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L’intelligence artificielle (IA) va fondamentalement changer la médecine et les soins de santé : les données diagnostiques des patients, provenant par exemple d’ECG, d’EEG ou de radiographies, peuvent être analysées à l’aide de l’apprentissage automatique, de sorte que les maladies peuvent être détectées à un stade très précoce sur la base de changements subtils. Toutefois, l’implantation de l’IA dans le corps humain reste un défi technique majeur.

Une IA neuromorphique

Les scientifiques de la chaire d’optoélectronique de l’Université de Dresde ont réussi pour la première fois à développer une plateforme d’intelligence artificielle implantable biocompatible qui classe en temps réel les modèles sains et pathologiques dans les signaux biologiques tels que les battements de cœur. Elle détecte les changements pathologiques même sans surveillance médicale.

Dans ce travail, l’équipe de recherche dirigée par le professeur Karl Leo, le docteur Hans Kleemann et Matteo Cucchi démontre une approche de la classification en temps réel des signaux biologiques sains et pathologiques basée sur une puce d’IA biocompatible. Ils ont utilisé des réseaux de fibres à base de polymères qui ressemblent structurellement au cerveau humain et permettent le principe d’IA neuromorphique de l’informatique à réservoir. La disposition aléatoire des fibres de polymères forme un « réseau récurrent », qui lui permet de traiter les données, comme le ferait le cerveau humain.

La non-linéarité de ces réseaux permet d’amplifier les plus petites variations du signal, qui sont souvent difficiles à évaluer par les médecins, comme dans le cas des battements du cœur. Cependant, la transformation non linéaire à l’aide du réseau de polymères rend cela possible sans aucun problème. Lors d’essais, l’IA a pu distinguer les battements de cœur sains de trois arythmies courantes avec un taux de précision de 88 %. Au cours de ce processus, le réseau a consommé moins d’énergie qu’un stimulateur cardiaque.

Des possibilités potentiellement illimitées

Les applications potentielles des systèmes d’IA implantables sont multiples : Par exemple, ils pourraient être utilisés pour surveiller les arythmies cardiaques ou les complications après une intervention chirurgicale et les signaler aux médecins et aux patients via un smartphone, permettant ainsi une assistance médicale rapide.

« La vision de la combinaison de l’électronique moderne et de la biologie a beaucoup progressé ces dernières années avec le développement des conducteurs mixtes dits organiques », explique Matteo Cucchi, doctorant et premier auteur d’un article. « Jusqu’à présent, cependant, les succès ont été limités à des composants électroniques simples tels que des synapses ou des capteurs. La résolution des tâches complexes n’a pas été possible jusqu’à présent. Dans notre recherche, nous avons maintenant franchi une étape cruciale vers la réalisation de cette vision. »

« En exploitant la puissance de l’informatique neuromorphique, telle que l’informatique à réservoir utilisée ici, nous avons réussi non seulement à résoudre des tâches de classification complexes en temps réel, mais nous serons aussi potentiellement capables de le faire dans le corps humain. Cette approche permettra à l’avenir de développer d’autres systèmes intelligents qui pourront contribuer à sauver des vies humaines. »

Cette recherche a été publiée dans Science Advances.

Source : Dresden University of Technology
Crédit photo : iStock