Design of a modular biomimetic neural network for the study of neurodegenerative diseases
Conception d'une plateforme modulable de réseau de neurones biomimétiques pour l'étude des maladies neurodégénératives
Résumé
Neuroscience has been the subject of many studies and has seen new fields of research
emerge where technology and biology can be used to find solutions to understand and cure
neurological diseases. These illnesses affect millions of people around the world. TheWorld
Health Organization (WHO) predicts a 3 fold increase in the number of patients in the next
30 years.
Advances in neuroscience have led to the development of models describing the physiology
of neurons and also methods of hardware implementation of these models. Among
these methods, neuroprostheses are devices for restoring certain neuronal functions through
communication with the nervous system.
This thesis work show that the realization of the biomimetic system was carried out
thanks to digital components such as Field Programmable Gate Array (FPGA) which allows
to benefit from the flexibility and speed of prototyping of these technologies. The real-time
platform of biologically realistic neural networks developed is configurable. It becomes a
neuro-computational tool allowing the realization of bio-hybrid experiments for the study
of the behavior of the nervous system and more particularly of the neurodegenerative diseases.
This work was placed in a larger context. The FPGA digital operator library developed for
the platform has been reused for the study of dynamics similar to neural networks such as
biochemical network simulation or combinatorial optimization problem solving.
Les neurosciences ont fait l’objet de nombreuses études et ont vu émerger de nouveaux
domaines de recherche où la technologie et la biologie peuvent être utilisées en synergie
dans le but de trouver des solutions pour comprendre et guérir lesmaladies neurologiques.
Ces maladies affectent des millions de personnes à travers le monde. L’Organisation Mondiale
de la Santé (OMS) prévoit une multiplication par 3 du nombre de malades dans les 30
ans à venir.
Les progrès des neurosciences ont permis l’émergence de modèles décrivant la physiologie
des neurones et aussi de méthodes d’implémentationmatérielle de ces modèles. Parmi
cesméthodes, les neuroprothèses sont des dispositifs permettant de rétablir certaines fonctions
neuronales grâce à une communication avec le système nerveux. La méthodologie de
conception implique l’étude du comportement des cellules et la création de plateformes
biomimétiques interagissant en temps réel avec les cellules vivantes.
Dans ces travaux de thèse, la réalisation du système biomimétique a été menée grâce
à des composants numériques tels que les Field Programmable Gate Arrays (FPGA), ce qui
permet de bénéficier de la flexibilité et de la rapidité de prototypage de ces technologies.
La plateforme temps réel de réseaux de neurones biologiquement réalistes développée est
paramétrable. Elle devient ainsi un outil neuro-computationnel permettant la réalisation
d’expériences bio-hybrides pour l’étude du comportement du système nerveux et plus particulièrement
des maladies neurodégénératives.
Ces travaux se sont placés dans un contexte plus large. La bibliothèque d’opérateurs
numériques sur FPGA développée pour la plateforme a été réutilisée pour l’étude des dynamiques
semblables à celles des réseaux de neurones telles que la simulation de réseaux
biochimiques ou la résolution de problèmes d’optimisation combinatoire.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
---|
Loading...