Obligement - L'Amiga au maximum

Lundi 29 mai 2017 - 15:15  

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Reportage : L'Amiga au laboratoire de neurophysiologie à Los Angeles
(Article écrit par Laurent Itti et extrait d'Amiga News - mars 1994)


Le Club Amiga Télécom-Paris s'est rendu pour le reportage d'aujourd'hui dans un laboratoire médical de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), où l'Amiga est utilisé massivement dans la plupart des travaux en cours.

Introduction

Le laboratoire du professeur Ronald M. Harper, Ph.D. (ce qui est plus ou moins l'équivalent de notre Docteur-ès-Sciences national) se trouve au septième étage du Brain Research Institute (Institut de Recherche sur le Cerveau), au sein du Center for Health Sciences (Centre de Sciences pour la Santé) du campus de UCLA. Les études menées par le professeur Harper et son équipe sont axées sur la neurophysiologie, c'est-à-dire le fonctionnement du système nerveux, et souvent, plus particulièrement, du cerveau.

La profusion de machines Amiga dans ce laboratoire saute tout de suite aux yeux. Voyons rapidement comment cela a été possible, avant de brièvement décrire les principaux projets utilisant l'Amiga, et de voir comment l'Amiga s'intègre au quotidien dans le travail de l'équipe.

Historique

Les travaux du laboratoire du professeur Harper font appel à des outils informatiques depuis leur commencement. Ce furent d'abord des machines DEC (Digital Equipment) telles que des PDP-8 ou des PDP-12, et, plus tard, des PDP-11. Ces machines étaient en effet, en leur temps, ce qui pouvait se trouver de mieux en matière d'ordinateurs de laboratoire.

Il a pourtant bien fallu un jour penser à les remplacer pour des systèmes plus modernes et plus puissants. Le problème à l'époque (1985/1986) était que DEC n'avait pas continué à développer des machines de laboratoire pour succéder au PDP-11, mais était parti vers d'autres directions (principalement les mainframes).

Les capacités des ordinateurs "standards" de l'époque étaient alors bien trop restreintes : les PC étaient vraiment trop limités (port parallèle unidirectionnel, DMA restreint, pas d'autoconfiguration des cartes d'extension, très lourdes contraintes d'adressage, etc.) et les Mac étaient encore pires (pas de DMA, pas de bus externe, pas de couleur...). L'Amiga est donc tout naturellement apparu comme la solution idéale : il disposait de nombreuses entrées/sorties facilement pilotables (port parallèle bidirectionnel, prises manette, et RS-232 en standard), il affichait fièrement 25 canaux de DMA, un affichage couleur puissant et rapide, un vrai système d'exploitation multitâche... Ce dernier point est plus important qu'il n'y paraît : les vrais informaticiens sont toujours allergiques à ces caricatures de systèmes qui, après plus d'une décennie d'acharnement de la part de leurs concepteurs, ne sont toujours pas multitâches préemptifs !

Mais, comme d'habitude, aucune publicité n'avait été faite par Commodore vers les laboratoires et les universités. C'est donc, une fois de plus dans notre série d'articles, grâce à l'impulsion du chef du laboratoire que l'Amiga s'y est imposé. Après avoir pu juger des capacités, notamment graphiques, de la machine dans un magasin, Ronald M. Harper décida de s'en acheter une pour son usage personnel.

Peu de temps après, très satisfait de sa nouvelle acquisition, il en acheta une autre pour son laboratoire. L'Amiga était en effet, à l'époque, bien plus intéressant que les cartes graphiques pour PDP-11 qui valaient le même prix ! Plusieurs A2000 suivirent, puis des A3000 et des A4000. J'ai dénombré pas moins de 18 machines Amiga dans ce laboratoire lors de ma visite, dont plusieurs n'avaient plus de capot, et accueillaient des cartes d'extension maison. Toutes les machines sont parfaitement intégrées au réseau de UCLA, grâce à des liens Ethernet, et l'une d'elles tourne en serveur Unix.

Quelques travaux utilisant l'Amiga

Comme nous l'avons déjà dit en introduction, le professeur Harper et son équipe s'intéressent à la neurophysiologie. J'ai pu voir plusieurs des études en cours, dont notamment des études sur l'épilepsie, sur l'Imagerie Fonctionnelle par Résonance Magnétique (Functional MRI) pour l'étude du contrôle cérébral de la respiration et de l'activité cardiaque pendant le sommeil, sur le syndrome de mort subite du nouveau-né (Sudden Infant Death Syndrome), ainsi que sur l'utilisation de microcaméras vidéo implantées pour suivre optiquement l'activation de certaines parties du cerveau. Voyons rapidement comment l'Amiga intervient, à des niveaux très variés, dans ces études.

Étude de l'épilepsie

L'épilepsie a parfois des origines connues, comme une tumeur cérébrale, mais existe aussi dans certains cas sans qu'aucune lésion anatomique ne soit perceptible. L'état structurel du cerveau peut pourtant être observé de nos jours avec une excellente précision (inférieure au millimètre), grâce à plusieurs techniques d'imagerie médicale (nous parlerons de l'une de ces techniques, l'IRM, dans la section suivante). On qualifie cette deuxième variété d'épilepsie d'essentielle, car ses origines sont fonctionnelles, et qu'aucun substrat anatomique ne peut être décelé. Il faut alors aller explorer plus en détail le fonctionnement du cerveau du patient pour comprendre la cause de la maladie.

Le professeur Harper et son équipe étudient ce phénomène en faisant placer des électrodes dans le cerveau du patient, et en suivant l'évolution de ce dernier sur plusieurs semaines. Des mesures de l'activité nerveuse (Brainwave Activity) sont enregistrées dans plusieurs régions du cerveau, et seront ensuite mises en relation avec d'autres mesures effectuées simultanément, telles que l'activité cardiaque.

Dans le cas de l'épilepsie essentielle, il est ainsi particulièrement intéressant de comparer l'activité nerveuse dans les lobes temporaux du cerveau à l'activité cardiaque. Les acquisitions de ces mesures ne sont pas effectuées directement par l'Amiga. Ceci poserait en effet de gros problèmes médico-légaux : avant qu'un appareil puisse être utilisé sur des patients humains, il doit recevoir une homologation, prouvant qu'il est sans danger et efficace. Les démarches à effectuer pour obtenir une telle homologation sont longues et onéreuses.

Une fois les données acquises, celles-ci sont par contre exploitées directement sur l'Amiga, en utilisant notamment un logiciel spécialisé dans l'analyse et le traitement de résultats d'acquisitions, SNIP, dont nous reparlerons ultérieurement.

Imagerie fonctionnelle par Résonance Magnétique (Functional MRI)

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une application du principe physique de la résonance magnétique nucléaire. L'adjectif "nucléaire" a été supprimé du nom de ce type d'examen, car il faisait peur aux patients.

L'IRM est fondée sur les propriétés de spin des particules subatomiques que sont les protons. Les protons possèdent des spins (on assimile souvent le concept de spin à une rotation de la particule sur elle-même, ce phénomène est bien sûr beaucoup plus compliqué et théorique en réalité) dont les orientations sont soit parallèles, soit antiparallèles. Les particules possédant un nombre pair de protons n'affichent pas de propriétés magnétiques significatives, car les spins des protons ont tendance à s'annuler deux à deux. Les particules possédant un nombre impair de protons agissent, par contre, comme des petits aimants, tournant (précessant) lorsqu'ils sont placés dans un fort champ magnétique. Les protons utilisés le plus couramment sont ceux d'hydrogène (proton unique), en raison de la relative force du signal émis, et de leur abondance dans les tissus biologiques.

Une onde radio-fréquence est alors introduite. Elle excite les protons dans les tissus, alors qu'ils s'étaient orientés dans la direction du fort champ magnétique. L'onde émise modifie cette orientation, et lorsque l'émission s'arrête, les protons reviennent à leur orientation originale, après une période de relaxation. Pendant la relaxation, les signaux émis par les protons peuvent être détectés par une antenne ou une bobine sensible, puis amplifiés et traités sur ordinateur. Une image de la concentration en protons est ainsi obtenue, grâce à un procédé de reconstruction tomographique. La résolution de tels examens est couramment inférieure au millimètre.

L'IRM fonctionnelle repose sur les mêmes principes physiques, mais permet en outre d'obtenir des informations sur le fonctionnement de l'organe observé, grâce à un protocole d'acquisition plus complexe. Cette technique est utilisée par le laboratoire du professeur Harper, notamment dans le cadre d'une étude des différentes parties du cerveau activées pendant la respiration. Le traitement des images acquises est réalisé sur Amiga, grâce au logiciel ImageMaster. Des fonctions supplémentaires étaient requises pour de tels traitements : ils ont été directement commandés à la compagnie produisant ImageMaster.

Notons que d'autres techniques que l'IRM sont utilisées par ce laboratoire pour obtenir autant d'information que possible sur le cerveau des patients, notamment avant toute intervention chirurgicale. Ces techniques sont principalement :
  • Le PET (Positron Emission Tomography) : une substance émettant des positons (antiparticules des électrons) est créée dans un accélérateur de particules puis immédiatement injectée dans le sang du patient. Une caméra spécialisée détecte les photons émis (deux photons gamma partent en sens opposés (à 180°) lors de l'annihilation d'un positon et d'un électron), conduisant à l'obtention d'images de la perfusion cérébrale.

  • Le SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) : une substance radioactive est injectée dans le sang du patient, et la détection, par une caméra spécialisée, des photons gamma émis permet d'obtenir des images de perfusion cérébrale.

  • L'Angiographie Numérique (Digital Suhstraction Angiography, DSA) : qui permet de voir la vasculature au sein de divers organes.
L'Amiga permet d'aisément capturer les images produites par ces techniques, disponibles sur le réseau de l'hôpital.

Syndrome de mort subite du nouveau-né

Le syndrome de mort subite du nouveau-né (Sudden Infant Death Syndrome) est un phénomène encore mal connu, se caractérisant par la mort, soudaine et sans aucune raison détectée, d'un certain nombre de nouveau-nés. Ce phénomène est étudié dans le laboratoire du professeur Harper, principalement par des analyses des influx électriques cardiaques (électro-cardiogramme) et cérébraux (électro-encéphalogramme).

Ces données sont traitées grâce au logiciel d'analyse scientifique SNIP sur Amiga. Ce logiciel est disponible aux États-Unis pour environ 1000 dollars, et permet de facilement réaliser des études poussées de signaux monodimensionnels. Il dispose en outre, comme d'habitude sur Amiga, d'une interface graphique puissante, rapide et intuitive.

Laboratoire neurophysiologie Los Angeles

Visualisation directe de l'activité de certaines zones cérébrales

Pour cette étude, des microcaméras CCD (de la taille d'un petit circuit intégré standard) sont utilisées pour directement "observer" les neurones en activité. Chaque caméra est reliée à une fibre optique (ou à un faisceau de fibres), dans laquelle de la lumière est injectée par des diodes électroluminescentes (LED), et par laquelle les réflexions de cette lumière sur les neurones parviennent jusqu'à la caméra. Ces expériences sont menées pour l'instant sur des chats, de façon peu traumatisante, puisqu'un simple petit orifice dans leur crâne permet à la fibre optique de passer (cet orifice est percé sous anesthésie, bien sûr). Les images obtenues sont directement numérisées par un Amiga, grâce à un "frame-grabber" ordinaire branché sur le port parallèle, déclenché en synchronisme avec l'électro-cardiogramme de l'animal (ce déclenchement entre par un port manette dans l'Amiga !).

Laboratoire neurophysiologie Los Angeles

Cette expérience permet une visualisation optique en temps réel de l'activité nerveuse dans le cerveau : cette visualisation est bien entendu difficile à interpréter, en raison de la complexité des phénomènes mis en jeu. Pour simplifier, disons que l'activation des neurones se traduit par une modification de leur réflectance pour certaines longueurs d'onde (couleurs) de lumière. La modification de réflectance des neurones s'explique notamment par des mécanismes de recombinaison protéiniques lors de l'ouverture des canaux de sodium dans les neurones. Ces canaux sont activés à chaque fois qu'un neurone entre en fonctionnement, et permettent la transformation des données électriques reçues par les neurones (sur les dendrites, ou "pattes d'entrée") en phénomènes chimiques à l'intérieur du corps cellulaire de ces derniers.

Le type de lumière utilisé a été soigneusement choisi pour éliminer autant que possible les modifications de réflectance dues à un changement dans la perfusion sanguine de la zone observée. Certains phénomènes qui s'accompagnent généralement d'une augmentation globale de la perfusion dans la région étudiée ont ainsi pu être observés en tant que mécanismes purement neuro-physiologiques.

L'intérêt de cette méthode est tout d'abord d'être quasiment non invasive, en comparaison avec les méthodes classiques consistant à placer des micro-électrodes directement sur les cellules étudiées. Ces électrodes touchant directement les neurones constituent un traumatisme bien plus important, qui, souvent, entraîne rapidement la mort des neurones observés. Ce principe optique présente en outre l'avantage de permettre aisément l'observation d'une assez grande zone (8 mm2), et ainsi d'étudier les "patterns d'activation" de la région en question, c'est-à-dire d'avoir une idée de quels groupes de neurones (clusters) travaillent ensemble.

Les résultats obtenus sont visualisés grâce à des cartes graphiques Rambrandt, ce qui pose aujourd'hui un problème, car ces dernières ne sont plus soutenues par leur constructeur.

L'Amiga au quotidien

Ce qui est le plus frappant dans le laboratoire du professeur Harper, c'est de constater à quel point l'Amiga a été parfaitement intégré dans les travaux de toute l'équipe. Il ne s'agit pas de trouver çà et là un pauvre Amiga isolé dans un coin sombre. Au contraire, les Amiga sont constamment utilisés, même si d'autres machines sont présentes, telles que quelques PC et une station Silicon Graphics Indigo.

En outre, des divers logiciels de traitement de données dont nous avons parlé plus haut, TeX (le processeur de texte standard pour toute publication scientifique) est utilisé sur Amiga, ainsi que divers traitements de texte, et des tableurs. Un Video Toaster est utilisé pour faire des cours et des conférences, etc. L'interfaçage avec le réseau de l'université marche très bien, et, une fois encore, l'Amiga se montre tout à fait à la hauteur de la tâche qui lui est assignée. Quel plaisir, par exemple, de sélectionner un morceau de texte dans une fenêtre Unix, puis de le faire glisser en utilisant la souris, jusqu'à finalement le déposer dans une fenêtre Amiga ! Comme d'habitude, l'aspect multitâche du système de l'Amiga est utilisé à fond, ainsi que le concept de métafenêtres (les "screens") : les Amiga du laboratoire exécutent tous en permanence une bonne dizaine d'applications, sur des écrans virtuels indépendants et de résolutions variées.

La seule ombre à ce tableau concerne comme d'habitude les logiciels de bureautique, qui, s'ils commencent maintenant à posséder une puissance raisonnable, restent largement bogués. Il faut alors se résigner à utiliser un PC. J'ai toutefois remarqué pendant ma visite une jeune fille travaillant avec un tableur sur Amiga !

De plus, l'aspect multisystème de l'Amiga s'affirme une fois encore comme l'un de ses atouts majeurs, notamment au travers de l'utilisation d'A-Max II (émulation Macintosh) et de cartes Emplant.

Enfin, la facilité d'extension de la machine, et en particulier la gestion très propre des cartes d'extension grâce au protocole d'autoconfiguration, a permis le développement de cartes spécifiques utilisées pour certaines études.

Conclusion

Ce laboratoire montre une fois de plus que l'Amiga peut rendre d'immenses services en milieu universitaire, en particulier pour tout ce qui touche à la recherche. Même si les capacités purement calculatoires de la machine sont maintenant limitées face à la croissance rapide des stations de travail à bas prix, l'Amiga s'affirme toujours comme la solution idéale pour un bon nombre d'applications. Il reste en particulier inégalé pour tout ce qui touche à l'acquisition et au traitement en temps réel, alors que c'est l'un des plus gros points faibles des stations de travail.

Il est toutefois regrettable de remarquer que, comme d'habitude, l'introduction de l'Amiga dans le laboratoire s'est faite par une initiative personnelle, sans aucune intervention de la part de Commodore. Il est enfin inquiétant de constater que, même dans une université aussi prestigieuse et riche que UCLA, Commodore n'a toujours pas su faire valoir les qualités des machines Amiga, ne serait-ce qu'en envoyant de la publicité aux laboratoires. Il y a là un très gros marché, surtout aux États-Unis, marché qui semble complètement ignoré.

Note : Je remercie le profeseur Ronald. M Harper pour son accueil chaleureux. Je remercie le Dr Linda Chang pour son aide à la rédaction d'une partie de cet article.


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