NeuGRID

neuGRID est un projet financé par l'Union européenne dans le septième programme cadre. Ce projet prévoit le développement d’une infrastructure numérique pour la recherche scientifique, fondée sur la technologie des grilles informatiques et équipée d’une interface d’utilisation facile, qui permettra aux neuroscientifiques européens de faire avancer la recherche pour l’étude des maladies neurodégénératives. Grâce à l’utilisation du paradigme des grilles informatiques dans le projet neuGRID, la possibilité de stocker et classer une quantité considérable de données d’imagerie médicale sera accompagnée par la possibilité d’effectuer des analyses couteuses en temps de calcul.

Description

L’objectif de ce projet est l’utilisation conjointe de deux infrastructures numériques, qui ont été développées afin de permettre à la communauté neuroscientifique européenne de faire avancer la recherche sur les maladies neurodégénératives, comme la maladie d’Alzheimer.

Grâce aux analyses d’images 3D IRM et à une série de services distribués, il sera possible d'identifier des marqueurs des maladies neurodégénératives. Grâce à la flexibilité de l’infrastructure technologique, il sera également possible d'étendre les fonctionalitées de neuGRID à d'autres applications médicales.

• Au plus haut niveau, les interfaces utilisateurs répondront aux exigences des différents domaines applicatifs (i.e. calcul de l’épaisseur corticale), tout en conservant un aspect très générique, afin de garantir une utilisation future aisée.
• Au plus bas niveau, les services d’interface grid avec les systèmes distribués (i.e. grid, cloud, …) sont constitués par des composants logiciels existants, pouvant être reconnus par la grille et pouvant interagir avec les logiciels de grille choisis (le plus connu EGEE/gLite^[1]). Ils fournissent un système d’accès virtuel aux fichiers informatiques, en cartographiant , sur un modèle hiérarchique commun, les données existantes qui sont disponibles dans le système. Ainsi, d’autres centres peuvent accéder aux données mais également aux fonctions de requête/soumission de tache de calcul.
• Entre ces deux niveaux, il y a une série de services génériques, comme le service de requête et le service de dépôt et de manipulation des images.

Activités du réseau (Networking Activities)

Les activités dites de réseau englobent les différents aspects de la coordination des ressources distribuées. Pour que le projet conserve sa vocation scientifique sur les besoins de la communauté clinique, un organisme externe superviseur (le Conseil consultatif) a été créé. Les activités qui relèvent de cette plage d’activité sont:

• Le développement de standards éthiques et de protocoles de protection des données personnelles (conformément aux nouveaux standards grille dans le secteur sanitaire);
• La création d’une base de données d’images médicales sur laquelle peuvent s'effectuer des tests de validation, de performance et de faisabilité du système;
• L’organisation de sessions de formation pour les utilisateurs finaux relèvent:
• Une forte activité de diffusion destinée aux utilisateurs potentiels, aux décisionnaires et aux représentants politiques;
• La promotion d’activités de concertation et d'harmonisation avec des projets connexes aussi bien au niveau technique que clinique pour assurer un solide réseau de communication externe pour le projet.

Protection des données et sécurité dans neuGRID

La protection et la sécurité des données a bénéficié d’une attention particulière, selon des scénarios de référence:

1. Scénario A: les images et les données cliniques sont recueillies auprès des sujets spécifiquement autorisés à accéder à l’infrastructure neuGRID,
2. Scénario B.1: les images et les données cliniques précédemment recueillies par différents projets de recherche sont classées dans neuGRID,
3. Scénario B.2: Les images et les données cliniques précédemment relevées par différents projets de recherche sont analysées, mais non classées, dans neuGRID.

Coopération internationale

neuGRID collabore de façon opérationnelle avec:

CBRAIN^[2] - CBRAIN est un réseau canadien qui lie cinq centres de recherche d’avant-garde dans l’étude d’images cérébrales. Ces centres sont interconnectés par une architecture orientée services pour automatiser les processus distribués et la catalogation des informations relatives aux images cérébrales.

De la même manière que neuGRID, CBRAIN utilisera LORIS pour la classification et la communication des données, avec CIVET, (pipeline pour l’extraction de l’épaisseur corticale) comme test de logiciel d’application. LORIS a été développé dans le laboratoire de neuroimagerie (ACE) au centre Mc Connell Brain Imaging de l’Institut Neurologique de Montréal (MNI), grâce au support de l’Institut National de la Santé (NIH). CBRAIN, qui sera achevé en 2011, profitera du haut niveau d’opérabilité du réseau numérique de la grille nationale canadienne, à l’intérieur duquel il y a un consortium constitué de sept centres régionaux, qui représentent soixante-et-une institutions et qui sont liées par CANARIE, le réseau évolué de recherche et d’innovation du Canada, pour le support des applications HPC distribuées. (https://www.computecanada.org) Le principal scientifique est le professeur Alan Evans de l’Institut Neurologique de Montréal à l’Université McGill.

LONI – Laboratoire de neuroimagerie^[3].LONI est une grande infrastructure de recherche de UCLA (University of the California, Los Angeles), équipée de la base de données la plus étendue pour l’étude des images neurologiques dans le cadre des maladies neurodégénèratives (ADNI – Initiative de neuro-imagerie pour l’étude de la maladie d’Alzheimer aux États Unis, au Japon et en Australie). Cette base des données contient environnement 12.000 études concernant le cerveau.

Grâce à l’application Workflow Management de LONI, les neuroscientifiques peuvent créer des nouveaux pipelines et avoir accès à une large grille d’algorithmes pour l’analyse fonctionnelle et morphométrique du cerveau. Le principal scientifique est le professeur Arthur Toga.

AddNeuroMed – AddNeuroMed est une étude prospective et multicentrique au sujet de la maladie d’Alzheimer. AddNeuroMed a étudié 900 sujets comme modèles guides et a collecté 2.500 images cérébrales. A noter que cette étude sera entièrement compatible avec les images ADNI. Le principal scientifique est le professeur Simon Lovestone de l’Institut de Psychiatrie du King’s College, Londres, Grande-Bretagne.

Activités de Service (Service Activities)

Les services distribués se fondent sur l’expérience et sur l’expertise acquises pendant le développement d’infrastructures numériques existantes, spécifiquement créées pour la recherche concernant les maladies neurodégénératives. Ces infrastructures peuvent fournir des services de calcul intensif, de gestion des données destinées à la communauté et des services “generiques”, qui peuvent améliorer et faciliter l’utilisation même de l’infrastructure. leur combinaison est née la plateforme de grille neuGRID qui peut fournir une grande variété de services aux utilisateurs finaux. Les activités dans ce secteur comportent le développement et l’approvisionnement de services spécifiques et médicaux pour les images et pour la grille.

L’infrastructure

Niveau 0 – elle fournit les services de base de l’infrastructure, en partant du service de gestion du système d’informations de la grille jusqu’au service pour la gestion de la base des données neuGRID.

Niveau 1 – elle contient les ressources informatiques proprement dites, accessibles aux neuroscientifiques pour l’acquisition de données, la spécification des pipelines et l’expérimentation de nouveaux marqueurs des maladies neurodégénératives.

Activités de Recherche Commune (Joint Research Activities)

Dans la section Activités de recherche commune le projet prévoit:

1. La vérification des besoins de l’utilisateur final et la création d’un environnement de travail collaboratif ;
2. La planification et la mise en œuvre de leur intégration au niveau technique;
3. La mise en place, de façon étendue, d’études de validation.

neuGRID doit fonctionner de façon transparente pour l’utilisateur final au niveau de l'interface, afin de produire résultats identiques aux systèmes utilisés par les centres d’excellence mais sans les limitations de puissance de calcul, ni les limitations potentielles concernant la capacité de stockage. Le plan de travail prévoit:

• Vérification des exigences, évaluation technique, planification et mise en œuvre;
• Evaluation de performance;
• Validation

Les activités incluent l'analyse des exigences de l’utilisateur et du système, la "gridification" des algorithmes et des pipelines et enfin l'intégration du prototype et la validation.

Exemple d’utilisation

Un chercheur interagit avec neuGRID afin de sélectionner une ensemble d’images à analyser, en utilisant l’algorithme choisi. Après avoir effectué le traitement de l’image sur la grille, les données d’entrée sont comparées aux données de sortie afin de vérifier le résultat du processus. Les données de sortie sont ensuite transférées à l’utilisateur (station à distance) pour d'autres analyses statistiques éventuelles et un affichage visuel avancé.

Utilisateurs

neuGRID s’adresse aux groupes d’utilisateurs suivants:

• Les neuroscientifiques, qui travaillent dans le cadre de la maladie d’Alzheimer auront à leur disposition une grande base des données de variables cliniques et d’images neurologiques, combiné à des interfaces de gestion d'algorithmes;
• Les chercheurs dans le domaine des algorithmes pourront s’initier à un puissant banc d’essai et accéder à une large communauté de neuroscientifiques, potentiels utilisateurs de leurs produits,
• Les industries pharmaceutiques pourront tester les marqueurs des maladies en utilisant des indicateurs de substitution dans les essais cliniques de médicaments pour les maladies neurodégénératives.

Prix et Reconnaissances

La demonstration neuGRID a récemment obtenu le prix la meilleur demonstration (‘Best Live Demonstration’) à la conférence EGEE’09^[4] (Enabling Grid for E-SciencE), qui a eu lieu à Barcelone, , Espagne et celui du 5ème EGEE User Forum^[5] qui s’est déroulé à Uppsala, Suède.

Notes

Bibliographie

Articles connexes

• Imagerie médicale
• Grille informatique

Liens externs

• Site officiel du projet neuGRID
• neuGRID video (demo) - en anglais

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