Vincent Rodin.
Contribution à l'utilisation de l'Informatique en Biologie.
Mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches,
Université de Rennes I, Rennes (France), 6 Décembre 2004.
Résumé:
Dans ce document, nous avons abordé plusieurs aspects de l'utilisation
des systèmes multi-agents en biologie.
Nous avons tout d'abord montré le bien-fondé de l'approche
multi-agents pour la modélisation et la simulation de
phénomènes biologiques.
Rappelons que les systèmes biologiques et les systèmes
multi-agents ont un certain nombre de caractéristiques communes comme
la robustesse, l'émergence, l'auto-organisation et
l'adaptabilité, caractéristiques qui justifient d'autant plus
notre approche.
L'intérêt majeur de l'utilisation des systèmes multi-agents
est, sans nul doute, la possibilité d'interagir avec le modèle
en cours d'exécution.
Le biologiste a désormais à sa disposition un véritable
laboratoire d'expérimentation in virtuo où il peut, à
tout moment, comme dans des conditions expérimentales in vivo ou
in vitro, intervenir sur le déroulement de son expérience
numérique en ajoutant - ou en enlevant - une cellule ou une
molécule, en modifiant le comportement d'une ou de plusieurs
cellules, etc.
Un autre aspect de notre contribution est l'utilisation de systèmes
multi-agents pour l'acquisition de données biologiques par traitement
d'images. Nous avons ainsi présenté deux applications dans des
domaines aussi variés que la détection de stries concentriques
sur des images d'otolithes et la détermination de spots sur des images
de gels d'électrophorèse 2D.
Les agents utilisés disposent de capteurs sur les images.
Ils ont ainsi accès à des informations sur leur environnement
local. Grâce à des comportements très simples, les agents
sont capables de percevoir des contours locaux dans les images, tout en
retrouvant la continuité de ces contours lors de leurs
déplacements.
D'autres types d'application sont envisageables puisque les agents
utilisés ne travaillent qu'avec des informations de bas niveau.
Ils peuvent donc être facilement adaptés.
Nous avons aussi abordé un problème qui, a priori, ne concerne
que l'informatique et plus précisément l'arrêt automatique
de systèmes multi-agents.
Avec comme exemple le traitement d'images par système multi-agents,
nous avons vu comment transposer des concepts immunitaires afin de
réguler une population d'agents.
Les agents héritent de caractéristiques leur permettant de
s'adapter à leur environnement local par mutation lors de la
prolifération.
Ils subissent également les sélections négatives et
positives afin de ne garder que des agents adaptés au problème.
Les résultats obtenus par cette approche révèlent une
meilleure stabilité de la qualité du traitement ainsi qu'un
nombre plus faible de cycles de simulation.
L'utilisation de métaphores issues notamment de la régulation
de phénomènes biologiques constitue, de notre point de vue,
une avancée majeure dans le domaine des systèmes multi-agents.
Cette voie de recherche doit être approfondie, nous sommes en effet
certains que les phénomènes biologiques recèlent de
nombreux mécanismes d'optimisation et de régulation non encore
explorés par les informaticiens.
Citons, par exemple, la balance TH1-TH2 intervenant dans l'allergie comme
facteur déclencheur ou régulateur de la réaction
immunologique.
Mots-clefs:
Systèmes multi-agents, Modélisation et simulation
de systèmes physiologiques humains, Systèmes immunitaires
artificiels pour la régulation, Traitement d'images biologiques.
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