Article #4 – Dossier Pop’Sciences Diagnostic 2.0 : Quand l’IA intervient

Améliorer l’interprétation de l’imagerie médicale (IM) pour en optimiser l’exploitation est au cœur des enjeux de l’intelligence artificielle (IA). L’IA n’est plus “seulement” un domaine de recherche en plein essor et ses applications en sont, aujourd’hui, multiples.  Objectifs affichés : augmenter la précision du diagnostic afin d’améliorer la prise en charge thérapeutique, en évitant les erreurs potentiellement lourdes de conséquences. La guerre des algorithmes est ouverte pour aller toujours plus loin !

Un article de Nathaly Mermet, journaliste scientifique, rédigé
pour Pop’Sciences – 5 septembre 2023

Améliorer l’interprétation de l’imagerie médicale pour en optimiser l’exploitation est au cœur des enjeux de l’intelligence artificielle ©Unsplash

Initialement réservée au diagnostic des fractures des os, l’imagerie médicale a bénéficié d’avancées majeures dans l’ensemble des domaines thérapeutiques. Aujourd’hui, cette spécialité comprend la radiologie diagnostique (radiographies, scanners, IRM, échographie) et la radiologie interventionnelle, à savoir une forme de chirurgie mini-invasive qui utilise l’imagerie pour se repérer, comme pour déboucher une artère en cas d’AVC (accident vasculaire cérébral).

L’imagerie fonctionnelle en est le dernier exemple. Encore émergente et faisant l’objet de projets de recherche, elle vise à révéler les propriétés d’une zone étudiée, notamment sa fonctionnalité (par IRM, Rayons X…) ou à restituer des informations fonctionnelles (par TEP, IRM Fonctionnelle…).

“ L’IA d’aujourd’hui n’est pas la même que celle d’il y a 10 ans, et également différente de celle dont on disposera dans 10 ans” souligne le Dr Alexandre Nérot, médecin radiologue issu de l’Université de Lyon, spécialiste de radiologie interventionnelle et auteur d’une thèse d’exercice sur l’IA (développement d’intelligences artificielles par réseau de neurones). Actuellement en activité au Centre Hospitalier d’Annecy, il nous indique qu’en radiologie, l’usage de l’IA pour l’analyse d’image est attendu et à la fois craint depuis la révolution technologique qu’elle a généré en 2012. “L’évolution se fait par marche, déclenchant à chaque fois des développements de manière exponentielle, mais l’IA actuelle reste un outil et est encore loin de remplacer le radiologue” déclare-t-il, indiquant que si un jour la radiologie venait à être renversée par l’IA alors le problème sera sociétal et pas uniquement cantonné à la radiologie.

En pratique, “l’intérêt, déjà énorme, de l’IA en imagerie médicale est double : elle permet à la fois l’analyse des images, mais peut aussi améliorer de la qualité d’image, grâce à ses « connaissances » acquises en anatomie. Cela nous permet un gain de temps considérable dans la réalisation des images, jusqu’à 14 fois plus rapide ” reconnaît-il, indiquant que pour une fracture, par exemple, le radiologue n’interprète que rarement la radio, mais analyse davantage l’échographie, l’IRM et le scanner. Autre exemple, une mammographie bénéficiera quant à elle d’une double lecture : par le radiologue et par une IA. “L’intérêt n’est pas de remplacer le radiologue, mais d’apporter une nouvelle lecture” insiste Alexandre.

Parmi les perspectives d’applications séduisantes de l’IA pour l’IM : la surveillance de l’activité cérébrale et notamment ses réactions aux stimuli moteurs, émotionnels et mentaux. L’extension de l’IA au service de l’IM dans tous les champs médicaux est donc vertigineuse !

<Les biais à l’épreuve des algorithmes

Les algorithmes ont pour “mission” d’apprendre à repérer des anomalies sur les images, et à détecter de manière fiable et rapide certaines structures subtiles. ©Pexel

Les algorithmes de machine learning, ou apprentissage automatique, ont pour “mission” d’apprendre à repérer des anomalies sur les images, et à détecter de manière fiable et rapide certaines structures subtiles. Grâce aux applications de l’IA à la médecine, il est désormais possible d’analyser massivement toutes sortes d’images dans le but de dépister les tumeurs et autres anomalies. Mais paradoxalement, les algorithmes ne sont pas toujours cliniquement pertinents. C’est ce qu’explique l’étude « Machine learning for medical imaging: methodological failures and recommendations for the future » (en français : Apprentissage automatique pour l’imagerie médicale : échecs méthodologiques et recommandations pour l’avenir), qui décortique les mécanismes à l’œuvre derrière ce paradoxe ^[1]. Selon les auteurs, face aux biais qui faussent les modèles, en particulier l‘insuffisance des données (quantitative et/ou qualitative) pour entraîner l’algorithme, l’informaticien doit sortir de sa zone de confort et communiquer avec le médecin qui est l’utilisateur de ces algorithmes. “Le manque de données est plutôt de l’imprécision, mais peut créer des biais si les données ne sont pas représentatives du cas réel” précise Alexandre Nérot.

Par ailleurs, dès lors qu’interviennent le Deep Learning et les réseaux de neurones artificiels*, on est en « zone d’opacité », dans laquelle l’explicabilité des résultats n’est pas évidente et où le médecin n’est pas toujours en mesure de comprendre comment l’outil a transformé les données en résultat. Il est donc nécessaire que développeurs et professionnels de santé utilisateurs parviennent à adopter un langage commun pour marier performance et sens. “De plus en plus, il y aura besoin de profils hybrides à l’interface des deux mondes” analyse le Dr Nérot, lui-même développeur, en capacité d’échanger avec les sociétés de développement, indiquant que, grâce à la mise en place d’un diplôme d’IA pour les radiologues, il y aura chaque année une promotion dotée de la double compétence. “Sans devenir un spécialiste, mais avec la volonté de s’y intéresser, chaque médecin devra à l’avenir avoir une petite culture d’IA” affirme-t-il.

ÀÀ l’aube de l’IA 4 IM : déjà des apports majeurs, mais tellement plus à attendre encore !

Si en une décennie, la reconnaissance automatique d’images a bénéficié de progrès fulgurants, la puissance des algorithmes reste le nerf de la guerre pour “aller plus loin”. La compétition fait rage pour quantifier l’erreur et réduire l’incertitude en imagerie médicale afin de garantir la fiabilité et la précision des résultats obtenus.

Outre la quantité, il convient de disposer de données de haute qualité, contrôlées, afin d’entraîner des algorithmes d’IA à délivrer des résultats justes et précis… et leur validation reposera nécessairement sur la comparaison avec ceux obtenus par des experts humains, qui doivent rester les référents. CQFD :  l’IA reste tributaire à la fois des données et de la puissance des algorithmes.  La “data” est donc au cœur des enjeux, et c’est de fait là où le bât blesse si elle s’avère insuffisante, incomplète ou manquante. Composante faisant partie intégrante de l’IA, le machine learning va consister à alimenter le logiciel de milliers de cas cliniques grâce à la contribution des professionnels de santé afin qu’il soit en mesure d’effectuer des tâches de classement, permettant, par exemple, d’identifier des grains de beauté ou des mélanomes malins.

Si on estime que le médecin “réussit à 80%” une identification de cellules, la valeur ajoutée de l’IA n’existe que si elle dépasse largement cette probabilité, pour idéalement s’approcher d’une fiabilité à 100% et apporter une véritable sécurité. Précieux outil pour aider les médecins à diagnostiquer avec plus de précision et de rapidité, l’IA garde pour l’heure le statut… d’outil !

LL’IA appliquée à un monde de variables : l’imagerie médicale

Extrait de la table ronde « IA et santé » organisée par Pop’Sciences le 26 juin 2023. Un rendez-vous professionnel chercheur / journaliste, développé en collaboration avec le Club de la presse de Lyon (Projet LYSiERES²).

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Notes :

[1] Le “machine learning” consiste à apporter une solution à un problème donné en s’appuyant sur un réseau de neurones organisés selon une architecture particulière. Le deep learning est une façon de faire du machine learning en intégrant une quantité importante de données (Big Data)

PPour aller plus loin :

[1] https://www.inria.fr/fr/imagerie-medicale-intelligence-artificielle-apprentissage-automatique

• L’intelligence artificielle bouleverse le diagnostic en oncologie
• 12 LabEx impliqués
• Rouzeau S. (2019). Artificial intelligence: which prescription for the health sector? Les Echos
• Les start-ups françaises de la santé s’emparent de l’intelligence artificielle
• Demain : intelligence artificielle et santé, les données au service du patient
• https://idexlyon.universite-lyon.fr/idexlyon/version-francaise/navigation/les-actualites/journee-scientifique-inter-labex-intelligence-artificielle-transformations-et-defis-143684.kjsp

Manifestation internationale, la Semaine du Cerveau revient chaque année au mois de mars. Au programme : conférences, ateliers, spectacle, portes ouvertes et rencontres, pour tout savoir de cet organe incroyable et rencontrer les scientifiques qui explorent au quotidien les mystères de notre cerveau. Depuis plusieurs décennies, les recherches sur le cerveau connaissent un essor considérable, avec des découvertes spectaculaires à toutes les échelles, de la compréhension de ses mécanismes de développement aux dernières méthodes d’imagerie permettant de visualiser l’ensemble du fonctionnement cérébral.

SSemaine du cerveau 2023 – « Mon cerveau explore le monde »

La Semaine du Cerveau 2023 de la Métropole de Lyon s’est déroulée du 8 au 27 mars et s’est placée sous le thème : « Mon cerveau explore le monde ». Ce formidable organe nous permet de traiter les informations qui nous parviennent à la fois du monde extérieur et de notre monde intérieur.

Pour le monde qui nous entoure, nos sens tels la vision, l’audition, l’olfaction nous informent sur notre environnement et nous permettent d’adapter nos comportements. Cette analyse sensorielle ne repose pas uniquement sur les caractéristiques physiques des stimuli, mais également sur l’interprétation que nous en faisons en fonction de nos mémoires personnelles. Les données du monde extérieur se confrontent immanquablement à celles de notre monde intérieur. Par exemple, un sujet d’étude particulièrement développé depuis quelques années est celui de l’interprétation du regard des autres.  Il contient non seulement de l’information sur l’identité de l’émetteur mais également sur ses intentions et sur son état intérieur (joie, colère, peur…).  Une interprétation erronée du regard de l’autre pourrait être associée à certains troubles psychiatriques comme l’autisme ou la schizophrénie.

Même en absence de stimuli de notre environnement, ou d’attention soutenue, notre cerveau traite en permanence de l’information issue de notre monde intérieur. Les travaux des dernières décennies amènent les chercheurs à se demander si notre cerveau se repose vraiment. Que se passe-t-il à l’état de repos, quand nos sens semblent négliger le monde extérieur ? Que se passe-t-il lors de la concentration mentale, par exemple lorsque l’athlète, dans une immobilité parfaite, simule mentalement l’action qu’il va accomplir plus tard ? Même lors du sommeil profond notre cerveau se repose-t-il vraiment ou continue-t-il à explorer notre monde intérieur ?

Les animations de la Semaine du Cerveau 2023 aborderont plusieurs de ces thèmes qui font l’objet de recherches particulièrement développées dans la Métropole de Lyon. Les rencontres se veulent interactives et nous comptons sur votre participation. Les chercheurs et chercheuses en neurosciences de notre communauté ont préparé des interventions destinées au grand public. Au nom du Comité d’organisation et de nos sponsors je les remercie chaleureusement pour leur engagement.

Rémi Gervais, Professeur émérite, Université Claude Bernard Lyon 1, Conseiller scientifique de la Semaine du Cerveau – Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Lyon 1 / CNRS / Inserm).

Chiffres clés de cette 25^e édition : 18 événements en présentiels, plus de 40 scientifiques mobilisés, plus de 1200 participants, un collectif de 11structures organisatrices.

Deux rendez-vous ont été enregistrés >> Voir ou revoir les conférences :

• Quand le cerveau se repose, au grand auditorium du Musée des Confluences – 15-03-2023
• Raisonnement et biais cognitifs : quand notre cerveau nous joue des tours, à la Bibliothèque municipale Lyon Part-Dieu – 14-03-2023

ssemaine du cerveau 2022 – « Vos sens en question »

Vision, audition, olfaction, toucher, douleur… Notre cerveau est alimenté chaque jour par les informations transmises par les différents canaux sensoriels. C’est à partir de ces données, et de celles stockées dans notre mémoire, que nous construisons notre représentation du monde.

Mais quels sont les mécanismes qui sous-tendent au final la construction du « soi » ? C’est une question à laquelle les neurobiologistes tentent de répondre depuis plusieurs décennies. Sur le plan expérimental, la perception s’étudie à plusieurs niveaux que l’on peut appeler « bas niveau et haut niveau ».
Depuis le début du XXI^e siècle, les recherches sont davantage consacrées à la perception dite de bas niveau : comment nos capteurs (rétine, oreille interne, muqueuse olfactive…) peuvent-ils interpréter les signaux du monde extérieur et transmettre les informations à notre cerveau ?

Plus récemment, les neuroanatomistes se sont intéressés au traitement dit de haut niveau, en tentant de comprendre la manière dont notre cerveau est capable de traiter des processus complexes, comme la compréhension de la parole, la reconnaissance d’un visage familier, ou encore la catégorisation, l’attention sélective et le caractère émotionnel attribué à un stimulus. Autant de mécanismes indispensables, notamment pour l’apprentissage tout au long de la vie et pour nos interactions avec les autres.
La recherche dans ce domaine s’étend maintenant à l’intelligence artificielle et à la robotique, pour la mise au point de machines autonomes et d’humanoïdes performants.

À l’étude de la perception du monde réel, s’ajoute celle des illusions d’optique et des hallucinations. D’où viennent ces déformations de nos perceptions ou de la production endogène d’images ou de parole, telles que celles observées chez le schizophrène ?

Les chercheurs et chercheuses en neurosciences de la Métropole de Lyon qui s’intéressent à ces questions vous attendent pour partager avec vous leurs découvertes. Au nom du Comité d’organisation et de nos sponsors je les remercie chaleureusement pour leur engagement.

Rémi Gervais, Professeur Émérite en neurosciences, Université Claude Bernard Lyon 1, conseiller scientifique de la Semaine du Cerveau – Centre de Recherches en Neurosciences de Lyon (Lyon 1 / CNRS / Inserm / Université Jean Monnet).

<Semaine du cerveau 2021 – « Moi, mon cerveau et les autres »

Dans l’agglomération lyonnaise, la programmation 2021 était construite autour du fil rouge thématique « Moi, mon cerveau et les autres » : une formule qui résume bien l’évolution des recherches en neurosciences au cours des dernières décennies, et les défis qui animent actuellement la communauté scientifique. En effet, confrontés à l’immense complexité du cerveau, les chercheurs ont d’abord développé des approches expérimentales centrées sur l’étude des fonctions sensorielles et motrices, le « moi », jusqu’à la fin du XXe siècle : mémoire, sommeil, langage, motricité… de vastes territoires d’étude centrés sur la neurobiologie de l’individu. Depuis, les progrès en particulier expérimentaux ont permis de belles avancées dans l’étude et la compréhension du « cerveau social », qui régit nos interactions avec les autres. Par quels mécanismes partage-t-on les émotions ressenties par les autres et comment pouvons-nous deviner leurs intentions ? Certains troubles du comportement social ne seraient-ils pas associés au dérèglement de circuits neuronaux identifiables ? Plus récemment, les neurosciences s’aventurent également du côté des interfaces cerveau-ordinateur, et de l’intelligence artificielle.

Rémi Gervais, conseiller scientifique de la Semaine du Cerveau à Lyon
Professeur Émérite en neurosciences, Université Claude Bernard Lyon 1 – Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard / Inserm / Université Jean Monnet)

>>> Des conférences en ligne pour nourrir votre cerveau

L’édition 2021 de la Semaine du Cerveau s’est déroulée intégralement en ligne. Les rencontres ont été enregistrées et sont disponibles sur la chaîne Youtube de Pop’Sciences. Retrouvez ci-dessous l’intégralité des thématiques et intervenants, ainsi que les liens des vidéos.

• Changer le corps et l’espace pour sonder et changer l’esprit

Dans le contexte de la recherche en neurosciences cognitives, la réalité virtuelle (RV) offre l’opportunité de créer des situations inédites en laboratoire, tout en permettant de garder le contrôle expérimental rigoureux nécessaire pour mener à bien des expériences dans des condition pseudo-naturelles. Utilisée seule, ou couplée à des outils propres de la recherche fondamentale en neurosciences, elle ouvre la voie à une meilleure connaissance des fonctions cérébrales allant de la perception visuelle 3D, passant par le contrôle moteur, jusqu’au vécu émotionnel et son retentissement sur la distance que l’on met entre nous et les personnes qui nous entourent. Elle nous permet même de changer temporairement l’apparence de notre corps, avec des conséquences parfois sur notre pensée. Autant de puissance réveille fascination et questionnement éthique, deux compagnons inséparables pour l’avenir de l’usage de la RV en sciences. Une conférence est proposée dans le cadre du Festival Science et Manga, organisé par la Bibliothèque universitaire Sciences de l’Université Claude Bernard Lyon 1.

Intervenants : Alessandro Farné, directeur de la plateforme Neuro-Immersion du Centre de recherche en neurosciences de Lyon, et Jérôme Goffette, philosophe des sciences à l’Université Claude Bernard Lyon 1.

• Émotions et comportement social

Quel est le lien entre reconnaissance des émotions et comportement social ? La capacité des enfants à reconnaître les émotions (transmission faciale et vocale) est un facteur essentiel pour les interactions sociales, notamment dans le contexte de pathologies génétiques. Que sait-on alors des liens entre reconnaissance des émotions, comportement social et pathologies psychiatriques ?

Intervenante : Marie-Noëlle Babinet, neuropsychologue à GénoPsy – Centre de Référence des Maladies Rares (Centre Hospitalier Le Vinatier) et doctorante au laboratoire Étude des mécanismes cognitifs

• Binge drinking, les cerveaux qui trinquent
  

Le binge drinking, qui désigne des comportements le plus souvent groupaux et épisodiques de forte alcoolisation, est un phénomène largement répandu chez les adolescents et les jeunes adultes. Cette pratique, empreinte d’une forte valeur rituelle, n’est pas sans conséquences à court et à long terme sur le cerveau.

Conférence traduite en langue des signes française.

Intervenants : Marc Antoine Douchet, chargé d’études en sciences humaines et sociales, Observatoire Français des Drogues et des Toxicomanies, Fabien Gierski, maître de conférences en neuropsychologie, Université de Reims Champagne Ardenne, Benjamin Rolland, professeur des universités praticien hospitalier (PUPH), Centre Hospitalier Le Vinatier, Hospices Civils de Lyon, Centre de recherche en neurosciences de Lyon

• Cerveau biologique et intelligence artificielle : quels rapports ?

Les algorithmes d’intelligence artificielle font désormais partie de notre quotidien. Ont-ils des similarités avec le fonctionnement du cerveau ? En quoi peuvent-ils contribuer aux recherches en neurosciences ?

Intervenants : Jérémie Mattout, chargé de recherche Inserm au sein du Centre de recherche en neurosciences de Lyon et Emanuelle Reynaud, maître de conférences à l’Université Lyon 2 et membre du laboratoire Étude des mécanismes cognitifs.

• Une histoire d’intelligence artificielle

Depuis quelques années, on parle beaucoup de l’intelligence artificielle… comme si c’était une nouvelle révolution ! Mais est-ce vraiment le cas ? Qu’est-ce que l’IA et que bouleverse-t-elle tant ?

Intervenante : Amélie Cordier, docteure en intelligence artificielle, présidente de Lyon-iS-Ai

• Pourquoi ma blague est tombée à l’eau ? Plongée au cœur des mécanismes de la cognition sociale et de la compréhension de l’autre

La cognition sociale est la capacité à comprendre et décoder les émotions et les intentions des autres. Gros plan sur cette fonction essentielle dans les interactions sociales par le biais d’extraits de films ou de séries discutés par des professionnels de la psychiatrie.

Intervenants : Laura Bon, neuropsychologue au Centre Hospitalier Le Vinatier, doctorante à l’Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod, et Romain Tabone, psychologue au Centre Référent Lyonnais en Réhabilitation et Remédiation cognitive/Centre Hospitalier Le Vinatier

• Ne parle pas si vite !

Comment notre cerveau s’adapte-t-il à quelqu’un qui parle avec un débit d’avalanche ? Peut-on accélérer sans limite ? Et les locuteurs du japonais, ils parlent vraiment plus vite que nous, non ? Parlent-ils donc moins longtemps pour dire la même chose ? Cet exposé vous dévoile les liens entre débit de parole et rythmes cérébraux et expliquera l’influence des différences entre langues sur la vitesse de parole.

Conférence traduite en langue des signes française.

Intervenants : Véronique Boulenger et François Pellegrino, chercheurs au laboratoire Dynamique du langage

• Comment notre cerveau apprend-il à faire des maths ?

Les nombres sont partout autour de nous et les compétences en mathématiques deviennent primordiales dans notre société de l’information. Comment les connaissances mathématiques des enfants se construisent-elles, en partie, à travers la vie quotidienne familiale ? Comment notre cerveau arrive-t-il à résoudre sans effort un problème arithmétique tel que “2+3” ? Nous essayerons ici de répondre à ces questions en discutant de l’état des connaissances actuelles sur les neurosciences des mathématiques.

Intervenants : Andrea Diaz-Barriga Yanez, Cléa Girard et Jérôme Prado, membres du Centre de recherche en neurosciences de Lyon

• Comment sonder les mystères de l’esprit des bébés ?

Notre nature sociale affecte la façon dont nous percevons notre environnement. Par exemple, nous voyons les visages avant toute autre chose. Quels sont les mécanismes cérébraux influençant notre vie sociale, et comment apparaissent-ils ? Des scientifiques illustreront comment les sciences cognitives révèlent les aspects les plus cachés de notre cerveau social qui se développe dès le plus jeune âge !

Intervenant : Jean-Rémy Hochmann, chercheur à l’Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod

• Sur les traces de la mémoire

Qu’est-ce que la mémoire et à quoi sert-elle ? Sous quelle forme et où conservons-nous nos connaissances, nos souvenirs, nos habiletés ? Quels sont les liens entre la mémoire et d’autres phénomènes, comme les émotions ou la musique ? Une équipe de chercheurs et chercheuses présente l’état actuel de nos connaissances sur ce sujet fascinant.

Intervenants : Hanna Chainay, Olivier Koenig, Gaën Plancher et Rémy Versace, , membres du Laboratoire Étude des Mécanismes Cognitifs

• Cerveau et IRM en résonance !

L’essor des neurosciences s’est fait en parallèle de celui l’imagerie. Mais que voit-on sur une image d’IRM, comment est-elle faite, quel sens lui donner ? Les laboratoires d’excellence CORTEX et PRIMES vous invitent à en apprendre davantage sur les liens entre neurosciences et IRM, de la construction de l’image à son interprétation.

Intervenants : Étienne Abassi, doctorant à l’Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod, Loïc Magrou post-doctorant à l’Institut Cellule Souche et Cerveau, Hélène Ratiney, chercheuse au Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l’Image pour la Santé, Kevin Tse Ve Koon, maître de conférences à Lyon 1, chercheur au Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l’Image pour la Santé, Magalie Viallon, physicienne médicale au CHU de Saint-Etienne, chercheuse au Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l’Image pour la Santé, Fabien Chauveau, chercheur au Centre de recherche en neurosciences de Lyon.

SSemaine du cerveau 2019 – perception, action, mémoire – développement

La 21^e édition de la Semaine du Cerveau à Lyon a proposé, du 5 au 20 mars 2019, une plongée dans la recherche en neurosciences, en particulier dans les domaines de la perception, de l’action, de la mémoire ou du développement.

> Les conférences : cliquez ici

> Les podcasts :

• Accord musical et accord olfactif | Conférence du 13 mars 2019 – Lieu : MLIS Villeurbanne
• Comprendre les émoticônes, émojis : de la sémiotique aux sciences cognitives | Conférence du 11 mars 2019 – Lieu : Théâtre Kantor – ENS de Lyon