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@Hugo-Trentesaux
Hugo-Trentesaux committed Dec 4, 2020
1 parent 1b836e7 commit e1675f5
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58 changes: 41 additions & 17 deletions split/appA.tex
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Expand Up @@ -58,12 +58,27 @@
commentstyle = \color{ForestGreen},
}}



% http://wiki.ljp.upmc.fr/zebrain/
% analyse en Julia


\makeatletter % see https://tex.stackexchange.com/a/320345
\lst@InputCatcodes
\def\lst@DefEC{%
\lst@CCECUse \lst@ProcessLetter
^^80^^81^^82^^83^^84^^85^^86^^87^^88^^89^^8a^^8b^^8c^^8d^^8e^^8f%
^^90^^91^^92^^93^^94^^95^^96^^97^^98^^99^^9a^^9b^^9c^^9d^^9e^^9f%
^^a0^^a1^^a2^^a3^^a4^^a5^^a6^^a7^^a8^^a9^^aa^^ab^^ac^^ad^^ae^^af%
^^b0^^b1^^b2^^b3^^b4^^b5^^b6^^b7^^b8^^b9^^ba^^bb^^bc^^bd^^be^^bf%
^^c0^^c1^^c2^^c3^^c4^^c5^^c6^^c7^^c8^^c9^^ca^^cb^^cc^^cd^^ce^^cf%
^^d0^^d1^^d2^^d3^^d4^^d5^^d6^^d7^^d8^^d9^^da^^db^^dc^^dd^^de^^df%
^^e0^^e1^^e2^^e3^^e4^^e5^^e6^^e7^^e8^^e9^^ea^^eb^^ec^^ed^^ee^^ef%
^^f0^^f1^^f2^^f3^^f4^^f5^^f6^^f7^^f8^^f9^^fa^^fb^^fc^^fd^^fe^^ff%
^^^^20ac^^^^0153^^^^0152%
^^^^03b1% alpha
^^^^03b2% beta
^^^^03b4% delta
^^^^03bb% lambda
^^^^03b8% theta
^^00}
\lst@RestoreCatcodes
\makeatother


\chapter{Outils informatiques}\label{AppA}
Expand All @@ -74,7 +89,7 @@ \section{Simulation de l'effet de lentille thermique}\label{APPsimuthermallens}
\\ \href{https://github.com/Hugo-Trentesaux/these}{https://github.com/Hugo-Trentesaux/these}.
J'en décris ici le fonctionnement général.

Le fichier \verb|gaussianbeam.jl| contient les fonctions relatives à la propagation d'un faisceau gaussien. Le fichier \verb|grinlens.jl| contient le modèle proprement dit, il définit deux structures (\verb|Parameters| et \verb|Observables|) et une fonction (\verb|propagate|). La structure \verb|Parameters| contient les paramètres de la simulation, la structure \verb|Observables| contient une trace des différentes variables observables tout au long de la simulation. La fonction \verb|propagate| applique la formule des lentilles gaussiennes en itérant sur les lentilles fines successives. Des portions de code sont masquées et remplacées par \verb|[...]| pour plus de lisibilité (attention, un bug étrange dans \LaTeX déplace certains caractères unicode).
Le fichier \verb|gaussianbeam.jl| contient les fonctions relatives à la propagation d'un faisceau gaussien. Le fichier \verb|grinlens.jl| contient le modèle proprement dit, il définit deux structures (\verb|Parameters| et \verb|Observables|) et une fonction (\verb|propagate|). La structure \verb|Parameters| contient les paramètres de la simulation, la structure \verb|Observables| contient une trace des différentes variables observables tout au long de la simulation. La fonction \verb|propagate| applique la formule des lentilles gaussiennes en itérant sur les lentilles fines successives. Des portions de code sont masquées et remplacées par \verb|[...]| pour plus de lisibilité.

\juliastyle
\begin{lstlisting}
Expand All @@ -84,10 +99,10 @@ \section{Simulation de l'effet de lentille thermique}\label{APPsimuthermallens}
Base.@kwdef struct Parameters
# medium parameters
n # index of refraction
lλ # wavelength (m)
λ # wavelength (m)
P # power of laser (W)
k # thermic diffusion coefficient (W/m/K)
aα # absorption coefficient (1/m)
α # absorption coefficient (1/m)
dndT # index variation coefficient (1/K)
focale::Function # thermally induced focal length of liquid slice

Expand Down Expand Up @@ -171,7 +186,9 @@ \section{Simulation de l'effet de lentille thermique}\label{APPsimuthermallens}
\end{figure}


\section{Langage de programmation adapté}
\section{Langage de programmation adapté}\label{langageadapte}

Le programme d'analyse utilisé pour produire les cartes de réponse est un assemblage hétéroclite de scripts \emph{ad hoc} esquissés au fil des années. Je n'ai pas eu l'occasion de travailler dessus dans de bonnes conditions, mais si c'était le cas, je n'utiliserais certainement pas le langage Matlab. Ce dernier souffre de lacunes, de lenteur pour certaines tâches, d'une modularité très maladroite, ce qui rend difficile de maintenir de gros programme. De plus il est fermé, opaque, et sous licence propriétaire, ce qui diminue d'autant plus les possibilités d'utilisation. Dans cette section, je compare Matlab avec Python et Julia sur plusieurs points précis, avec exemples à l'appui.

\subsection{Memory mapping}

Expand Down Expand Up @@ -389,33 +406,40 @@ \subsubsection{Julia}
\end{lstlisting}


\subsection{Conclusion}

Python est un langage mature largement utilisé dans le domaine. Il dispose de bibliothèques bien conçues écrites en C et compilées. C'est une très bonne alternative à Matlab. Cependant, certaines fonctionnalités très utiles sont absentes du langage. C'est pourquoi ma préférence va pour Julia, qui permet un traitement plus bas niveau tout en fournissant des abstractions plus haut niveau.



\section{Atlas interactifs}

Plusieurs outils ont été développés pour explorer le cerveau de poisson zèbre directement dans le navigateur. Je décris rapidement les principaux et en introduis un nouveau que j'ai réalisé pour répondre à certains besoins.

% TODOcite Randlett Tabor Kunst

\subsection{ZBrainAtlas}

Le \href{https://engertlab.fas.harvard.edu/Z-Brain/home/}{Z Brain Atlas} permet de visualiser dans un même espace de référence les tranches horizontales de cerveaux marqués avec des anticorps différents et de superposer les contours de régions anatomiques. Cela permet de parcourir rapidement les différents types de neurones présents dans une certaine zone.
Le \href{https://engertlab.fas.harvard.edu/Z-Brain/home/}{Z Brain Atlas} \cite{randlett_whole-brain_2015} permet de visualiser dans un même espace de référence les tranches horizontales de cerveaux marqués avec des anticorps différents et de superposer les contours de régions anatomiques. Cela permet de parcourir rapidement les différents types de neurones présents dans une certaine zone.

\subsection{ZebrafishBrainBrowser}

Le \href{http://zbbrowser.com}{Zebrafish Brain Browser} \cite{tabor_brain-wide_2019} permet d'explorer selon trois coupes transverses et une vue tridimensionnelle un volume reconstruit à partir de différentes régions anatomiques, et différents marquages fluorescents provenant de multiples publications. Il permet une recherche approfondie croisant une grande base d'informations de nature très différentes.

\subsection{MapZebrain}

Le \href{https://fishatlas.neuro.mpg.de/}{Max Planck Zebrafish Brain Atlas} propose trois outils très riches en fonctionnalités pour explorer le cerveau à travers une vue tridimensionnelle. Cette vue peut être en 3D réelle avec perspective avec un angle de vue réglable, en tranche suivant trois plans (sagittal, frontal, transverse), ou en projection isométrique autour de l'axe rostro-caudal.
Le \href{https://fishatlas.neuro.mpg.de/}{Max Planck Zebrafish Brain Atlas} \cite{kunst_cellular-resolution_2019} propose trois outils très riches en fonctionnalités pour explorer le cerveau à travers une vue tridimensionnelle. Cette vue peut être en 3D réelle avec perspective avec un angle de vue réglable, en tranche suivant trois plans (sagittal, frontal, transverse), ou en projection isométrique autour de l'axe rostro-caudal.
L'un permet de visualiser les régions anatomiques du cerveau sélectionnées dans une arborescence, ce qui permet de se représenter leur structure tridimensionnelle et leur positions relatives.
Un autre permet de sélectionner la structure tridimensionnelle de neurones uniques filtrés suivant la position du soma, les régions traversées, ou leur position terminale. Un troisième permet de superposer dans plusieurs canaux de couleur les images matricielles correspondant à des cerveaux marqués pour différents cibles.

\subsection{FishExplorer}
% \subsection{FishExplorer}

Le \href{https://zebrafishatlas.zib.de/}{Fish Explorer} tente de présenter les mêmes données à travers une autre interface. Il n'apporte rien de nouveau pour l'instant.
% Le \href{https://zebrafishatlas.zib.de/}{Fish Explorer} tente de présenter les mêmes données à travers une autre interface. Il n'apporte rien de nouveau pour l'instant.

\subsection{LJPzebrain}

\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=\textwidth]{./files/LJPzebrain_screenshot.png}
\caption{Annotated screenshot showing all the features of the LJP zebrain viewer.}
\caption{Annotated screenshot showing all the features of the LJP zebrain viewer. The main advantage is that it's interactive on mouse hover, lightweight and can be used with local data.}
\end{figure}

Les outils évoqués ci-dessus permettent d'explorer une grande variété de données mises en commun mais sont assez complexes et nécessitent une bonne connaissance préalable de l'anatomie du cerveau. Ils sont difficiles à prendre en main et ne permettent pas de travailler avec des données locales. J'ai donc conçu un prototype à ambition pédagogique destiné aux débutants en imagerie de cerveau de larve de poisson zèbre ou pour dégrossir rapidement des données locales.
Expand Down
93 changes: 91 additions & 2 deletions split/bib/zotero.bib
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Expand Up @@ -2810,7 +2810,7 @@ @article{riley_development_2000
date = {2000},
langid = {english},
keywords = {otolith, zebrafish, mutant, utricular dysfunction, vestibular system},
file = {Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/PU469R3N/1097-4695(20000615)434329AID-NEU23.0.html:text/html}
file = {Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/PU469R3N/1097-4695(20000615)434329AID-NEU23.0.html:text/html;Riley et Moorman - 2000 - Development of utricular otoliths, but not saccula.pdf:/home/ljp/Zotero/storage/7H7YZ3HG/Riley et Moorman - 2000 - Development of utricular otoliths, but not saccula.pdf:application/pdf}
}

@article{de_vito_effects_2020,
Expand Down Expand Up @@ -2990,7 +2990,7 @@ @article{lovett-barron_ancestral_2017
urldate = {2020-11-17},
date = {2017-11-30},
langid = {english},
keywords = {Brain state, Calcium imaging, Mice, Neuromodulation, Volume registration, Zebrafish},
keywords = {Calcium imaging, Zebrafish, Brain state, Mice, Neuromodulation, Volume registration},
file = {Full Text PDF:/home/ljp/Zotero/storage/HJ76G2P7/Lovett-Barron et al. - 2017 - Ancestral Circuits for the Coordinated Modulation .pdf:application/pdf;Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/4CLIKVKL/S0092-8674(17)31243-6.html:text/html;ScienceDirect Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/6R83DISC/S0092867417312436.html:text/html;ScienceDirect Full Text PDF:/home/ljp/Zotero/storage/95J4CEUG/Lovett-Barron et al. - 2017 - Ancestral Circuits for the Coordinated Modulation .pdf:application/pdf;ScienceDirect Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/AYGCIUB7/S0092867417312436.html:text/html}
}

Expand Down Expand Up @@ -3031,4 +3031,93 @@ @article{gasparoli_is_2020
date = {2020-10-15},
note = {Publisher: Optical Society of America},
file = {Full Text PDF:/home/ljp/Zotero/storage/C4RTXSJ2/Gasparoli et al. - 2020 - Is laser repetition rate important for two-photon .pdf:application/pdf}
}

@article{randlett_whole-brain_2015,
title = {Whole-brain activity mapping onto a zebrafish brain atlas},
volume = {12},
rights = {2015 Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited. All Rights Reserved.},
issn = {1548-7105},
url = {https://www.nature.com/articles/nmeth.3581},
doi = {10.1038/nmeth.3581},
abstract = {Z-Brain is an atlas of the larval zebrafish brain. It can be combined with {pERK}-based neural-activity measurements from freely behaving zebrafish to identify brain regions involved in generating behavior.},
pages = {1039--1046},
number = {11},
journaltitle = {Nature Methods},
author = {Randlett, Owen and Wee, Caroline L. and Naumann, Eva A. and Nnaemeka, Onyeka and Schoppik, David and Fitzgerald, James E. and Portugues, Ruben and Lacoste, Alix M. B. and Riegler, Clemens and Engert, Florian and Schier, Alexander F.},
urldate = {2020-11-20},
date = {2015-11},
langid = {english},
note = {Number: 11
Publisher: Nature Publishing Group},
file = {Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/VAMBFZEH/nmeth.html:text/html;Version acceptée:/home/ljp/Zotero/storage/PUL7C6VE/Randlett et al. - 2015 - Whole-brain activity mapping onto a zebrafish brai.pdf:application/pdf;Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/NSAZVFW4/nmeth.html:text/html}
}

@article{tabor_brain-wide_2019,
title = {Brain-wide cellular resolution imaging of Cre transgenic zebrafish lines for functional circuit-mapping},
volume = {8},
issn = {2050-084X},
url = {https://doi.org/10.7554/eLife.42687},
doi = {10.7554/eLife.42687},
abstract = {Decoding the functional connectivity of the nervous system is facilitated by transgenic methods that express a genetically encoded reporter or effector in specific neurons; however, most transgenic lines show broad spatiotemporal and cell-type expression. Increased specificity can be achieved using intersectional genetic methods which restrict reporter expression to cells that co-express multiple drivers, such as Gal4 and Cre. To facilitate intersectional targeting in zebrafish, we have generated more than 50 new Cre lines, and co-registered brain expression images with the Zebrafish Brain Browser, a cellular resolution atlas of 264 transgenic lines. Lines labeling neurons of interest can be identified using a web-browser to perform a 3D spatial search (zbbrowser.com). This resource facilitates the design of intersectional genetic experiments and will advance a wide range of precision circuit-mapping studies.},
pages = {e42687},
journaltitle = {{eLife}},
author = {Tabor, Kathryn M and Marquart, Gregory D and Hurt, Christopher and Smith, Trevor S and Geoca, Alexandra K and Bhandiwad, Ashwin A and Subedi, Abhignya and Sinclair, Jennifer L and Rose, Hannah M and Polys, Nicholas F and Burgess, Harold A},
editor = {Raman, Indira M and Stainier, Didier Y and Wyart, Claire},
urldate = {2020-11-20},
date = {2019-02-08},
note = {Publisher: {eLife} Sciences Publications, Ltd},
keywords = {brain atlas, Cre, Gal4, imaging, intersectional genetics, registration},
file = {Full Text PDF:/home/ljp/Zotero/storage/4TTFL7P2/Tabor et al. - 2019 - Brain-wide cellular resolution imaging of Cre tran.pdf:application/pdf}
}

@article{kunst_cellular-resolution_2019,
title = {A Cellular-Resolution Atlas of the Larval Zebrafish Brain},
volume = {103},
issn = {0896-6273},
url = {https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(19)30391-5},
doi = {10.1016/j.neuron.2019.04.034},
abstract = {{\textless}h2{\textgreater}Summary{\textless}/h2{\textgreater}{\textless}p{\textgreater}Understanding brain-wide neuronal dynamics requires a detailed map of the underlying circuit architecture. We built an interactive cellular-resolution atlas of the zebrafish brain at 6 days post-fertilization (dpf) based on the reconstructions of over 2,000 individually {GFP}-labeled neurons. We clustered our dataset in "morphotypes," establishing a unique database of quantitatively described neuronal morphologies together with their spatial coordinates \textit{in vivo}. Over 100 transgene expression patterns were imaged separately and co-registered with the single-neuron atlas. By annotating 72 non-overlapping brain regions, we generated from our dataset an inter-areal wiring diagram of the larval brain, which serves as ground truth for synapse-scale, electron microscopic reconstructions. Interrogating our atlas by "virtual tract tracing" has already revealed previously unknown wiring principles in the tectum and the cerebellum. In conclusion, we present here an evolving computational resource and visualization tool, which will be essential to map function to structure in a vertebrate brain.{\textless}/p{\textgreater}{\textless}h3{\textgreater}Video Abstract{\textless}/h3{\textgreater}},
pages = {21--38.e5},
number = {1},
journaltitle = {Neuron},
shortjournal = {Neuron},
author = {Kunst, Michael and Laurell, Eva and Mokayes, Nouwar and Kramer, Anna and Kubo, Fumi and Fernandes, António M. and Förster, Dominique and Maschio, Marco Dal and Baier, Herwig},
urldate = {2020-11-20},
date = {2019-07-03},
pmid = {31147152},
note = {Publisher: Elsevier},
file = {Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/SD2ECFYL/S0896-6273(19)30391-5.html:text/html;Full Text PDF:/home/ljp/Zotero/storage/8F58EZSH/Kunst et al. - 2019 - A Cellular-Resolution Atlas of the Larval Zebrafis.pdf:application/pdf;Snapshot:/home/ljp/Zotero/storage/A8VNPX7W/S0896-6273(19)30391-5.html:text/html}
}

@article{loring_whole-brain_2020,
title = {Whole-brain interactions underlying zebrafish behavior},
volume = {65},
issn = {09594388},
url = {https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0959438820301380},
doi = {10.1016/j.conb.2020.09.011},
pages = {88--99},
journaltitle = {Current Opinion in Neurobiology},
shortjournal = {Current Opinion in Neurobiology},
author = {Loring, Matthew D and Thomson, Eric E and Naumann, Eva A},
urldate = {2020-11-23},
date = {2020-12},
langid = {english}
}

@article{meredith_interactions_1983,
title = {Interactions among converging sensory inputs in the superior colliculus},
volume = {221},
issn = {0036-8075, 1095-9203},
url = {https://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.6867718},
doi = {10.1126/science.6867718},
pages = {389--391},
number = {4608},
journaltitle = {Science},
shortjournal = {Science},
author = {Meredith, M. and Stein, B.},
urldate = {2020-12-01},
date = {1983-07-22},
langid = {english},
file = {Version soumise:/home/ljp/Zotero/storage/ZNINNIHB/Meredith et Stein - 1983 - Interactions among converging sensory inputs in th.pdf:application/pdf}
}
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