Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

Chapitre II : circuits analogiques élémentairesacquisitions numériques de signaux neuronaux se font généralement avec une fréquenced'échantillonnage maximale de 40 kHz.A cette fréquence les conversions analogique-numérique ou numérique-analogique ne posentpas de problèmes particuliers, nous pouvons donc penser qu'avec les processeurs dont lafréquence d'horloge approche le GHz il devrait en être de même de la résolution numériquedes équations. Malheureusement le bus PCI qui doit servir à transmettre les données entre lamémoire principale et les convertisseurs forme le goulet d'étranglement de ce système :l'architecture maître/esclave et l'optimisation des transferts en mode bloc du bus PCI setraduisent par l'impossibilité de synchroniser des transmissions bidirectionnelles en mode"byte" à des taux supérieurs à 100 kHz.Cet état de fait est encore aggravé par les systèmes d'exploitations multitâches qui sont conçuspour assurer le partage des ressources entre applications et ne sont donc pas adaptés au calcultemps réel puisque la synchronisation devient quasiment impossible à maîtriser.Notons que les équations à résoudre représentent quand même une charge importante pour lecalculateur et en guise de référence, il faut 38 s au logiciel neuron tournant avec un processeurG4 à 400 MHz pour simuler 1 s d'activité d'un modèle de Hodgkin et Huxley à deuxconductances avec un pas minimum de 0,025 ms (40 kHz, mais ce logiciel n'est cependant passpécifiquement optimisé en vitesse d'exécution).Finalement, au delà de quelques conductances, l'emploi d'un micro-ordinateur de bureaudevient impossible. Si l'on souhaite rester avec une solution numérique, il devient nécessaired'utiliser une architecture plus adaptée. L'utilisation de circuits numériques programmables oula conception de circuits intégré est envisageable, mais compte tenu de la difficultéd'implanter des blocs de calcul à virgule flottante il est préférable d'utiliser unmicroprocesseur dédié au traitement du signal (DSP : Digital System Processor). Doté d'unearchitecture adaptée, de périphériques d'entrée/sortie analogiques et d'un noyau temps réelc'est la solution la plus adaptée pour un traitement numérique de notre problème.Le type de matériel étant défini, il reste cependant un très gros travail au niveau logiciel. Lechoix et la conception d'algorithmes garantissant la convergence n'est en effet pas unproblème trivial. On peut voir par exemple l'évolution, toujours en cours, des simulateurs detype spice, utilisés en microélectronique. Certains auteurs restent encore excessivementprudent quant à leur usage et préconisent l'utilisation de maquettes analogiques [PEASE 93].85