Federico Battiston, le physicien italien qui a remporté le prix le plus convoité en science des réseaux

Tout est réseau. Les réseaux sociaux, mais pas seulement. Les réseaux existent dans le cerveau , dans les villages de chasseurs-cueilleurs aux Philippines, dans les systèmes économiques mondiaux, dans les pièces fermées des salles d’évasion. Des réseaux invisibles qui déterminent qui nous sommes et ce que nous choisissons. Et il existe une science qui les étudie. On l’appelle la science des réseaux , ou science des réseaux, et elle tente de comprendre comment les relations entre les personnes, les neurones et les institutions influencent le comportement collectif .

« Ce qui compte dans ces systèmes, constitués de composants très différents, ce sont leurs interactions ». C’est dans ces architectures subtiles que travaille Federico Battiston . Il s'intéresse à la physique statistique, « c'est-à-dire à la physique de nombreux objets », professeur italien qui vient de se voir décerner le prix Erd?s–Rényi, la plus prestigieuse distinction dans ce domaine, du nom de deux mathématiciens hongrois qui ont inventé les premiers modèles de réseaux à la fin des années 1950. Une sorte de petite médaille Fields pour la science des réseaux.

Battiston a donné une forte impulsion à la théorie des réseaux, où les connexions sont limitées entre paires d'individus, comme par exemple dans les réseaux sociaux. Il nous faut plutôt nous intéresser aux groupes, aux interactions collectives, aux moments où les influences ne sont pas celles d’une seule personne, mais de plusieurs.

Agé de trente-six ans, professeur associé à l'Université d'Europe centrale de Vienne, Battiston dirige le programme de doctorat en sciences des réseaux , unique en son genre en Europe. Il coordonne un groupe de recherche de huit personnes, dont des doctorants et des postdoctorants, venus du monde entier : Indiens, Chinois, Brésiliens, Sud-Africains et, bien sûr, Italiens.

La science des réseaux est un domaine interdisciplinaire qui traite de l’étude de tous les systèmes que nous pouvons représenter comme des réseaux .

« Non seulement les réseaux sociaux, mais aussi les systèmes écologiques, biologiques comme le cerveau, les systèmes de transport, les échanges économiques ou les alliances politiques. Tous peuvent être cartographiés comme des réseaux, c'est-à-dire un ensemble d'éléments, appelés nœuds , et de liens qui décrivent leurs interactions. Bien qu'ils soient différents les uns des autres - les personnes, par exemple, sont différentes d'éléments tels que les neurones ou les nations - ces systèmes ont également de nombreuses propriétés communes liées précisément à leur structure d'interaction. Et c’est précisément l’étude de leur architecture qui nous permet de comprendre des comportements émergents complexes, comme dans le cas de la propagation d’épidémies dans une population, ou d’une crise d’épilepsie, qui survient lorsque notre cerveau se synchronise trop».

Romano , lycée classique, diplôme en physique théorique de la Sapienza. Deux examens avec Giorgio Parisi, prix Nobel de physique dans le domaine des systèmes complexes en 2021. Puis il part : à Londres pour un doctorat en mathématiques avec Vito Latora, l'un des pionniers de la science des réseaux. Il poursuit ensuite ses études en neurosciences à Paris , en anthropologie à Zurich , puis trois ans à Budapest .

« La mobilité est une condition presque nécessaire pour faire carrière dans le monde universitaire. Je pense que j’ai pu obtenir de bons résultats car j’ai eu l’opportunité de travailler dans différents laboratoires. Mais déménager est un choix difficile, qui nécessite des compromis, même forts, sur le plan personnel." Battiston est à Vienne depuis 2020.

La science des réseaux est très présente dans la vie quotidienne. Et de nombreux concepts de cette discipline sont désormais entrés dans le langage courant. Combien de fois avez-vous entendu parler du petit monde , des six fameuses poignées de main qui relient tout le monde, des six degrés de séparation ou des super-propagateurs qui propagent un virus plus rapidement que les autres ?

« Ce sont tous des concepts qui proviennent de la théorie des réseaux. Aujourd’hui , les algorithmes qui nous conseillent quoi lire ou qui suivre sur les réseaux sociaux sont basés sur la théorie des réseaux. Cependant, une mauvaise utilisation de ces algorithmes peut entraîner des conséquences négatives telles que la formation de chambres d’écho , des environnements en ligne où nous interagissons presque uniquement avec des personnes qui pensent comme nous et nous finissons par renforcer et polariser nos préjugés».

Dans les systèmes financiers, le concept de too big to fail a désormais été remplacé par celui de too interconnected to fail : « L'exposition totale d'une entreprise ou d'une institution financière n'est pas un paramètre suffisant pour saisir le risque d'une crise systémique, mais il est nécessaire de considérer les relations financières complexes entre différentes institutions pour comprendre comment la faillite d'une banque peut conduire à une série de « faillites en cascade » ».

En pensant au Covid , la science des réseaux a apporté des contributions fondamentales à l’épidémiologie. « En utilisant des données réelles sur les contacts sociaux et la mobilité, il est possible d'obtenir des prédictions beaucoup plus précises sur la progression des épidémies par rapport aux approches traditionnelles basées sur des équations mathématiques, qui supposent à tort que tous les individus sont également exposés au risque de contagion, sans tenir compte de leurs interactions spécifiques. Enfin, les algorithmes d’intelligence artificielle produisent des médicaments de plus en plus efficaces en identifiant de nouvelles combinaisons de principes actifs.

Mais la science des réseaux commence parfois aussi dans une escape room .

« Nous avons collecté des données sur les interactions entre les personnes pendant le jeu, puis nous avons observé qui gagnait et pourquoi. Qui prenait les décisions, qui était au cœur du réseau social, qui contribuait réellement à la solution. «Une manière utile de comprendre ce qui rend une équipe efficace, quelles structures d’interaction permettent l’émergence d’une meilleure coopération et performance».

Le réseau apparaît également dans le villages de chasseurs-cueilleurs aux Philippines ou au Congo. Là où il n'y a rien. Il n'y a pas de télévision, de téléphone ou d'Internet. « Dans ces populations , les connaissances, comme l’utilisation de certaines plantes à des fins médicales, se transmettent de famille en famille. Même notre microbiome dépend de nos interactions sociales. Dans une étude récente publiée dans Science , en reliant la diffusion des traits culturels et la distance génétique entre différentes populations à travers le monde, nous avons démontré comment les chimpanzés montrent également des signes d'accumulation culturelle qui sont dus au passage des connaissances entre différentes générations, une caractéristique qui jusqu'à récemment était considérée comme une prérogative de notre espèce. Les chimpanzés ne construiront jamais d'ordinateur, mais peut-être que nous, les humains, ne sommes pas si spéciaux après tout..."

La science des réseaux s’applique également au changement climatique . « Par exemple, nous pourrions sensibiliser au changement climatique par une action collective promue par des interactions sociales appropriées ».

Il y a un jeune ingénieur qui étudie les images de tomodensitométrie pour apprendre aux machines à mieux les lire. Elle n’a que 25 ans, elle est experte en modélisation mathématique et elle est convaincue que ces données ont une valeur clinique bien plus grande que ce que nous sommes en mesure d’exploiter aujourd’hui. Elle s’appelle Angelica Iacovelli et elle va au-delà des projets de recherche. Il a développé des algorithmes avec un objectif précis : automatiser les analyses de tomodensitométrie en oncologie, un processus qui est encore effectué manuellement dans de nombreux hôpitaux aujourd'hui et dont dépendent des décisions fondamentales. Tout d’abord : le type de soins.

Il a étudié à l'Université polytechnique de Milan, a fait des recherches à Stanford, a fondé une startup aux États-Unis et travaille aujourd'hui entre Milan et San Francisco. Il collabore avec l’oncologue Michele Ghidini du Policlinico de Milan et a un rêve : « Faire en sorte que la recherche ne reste pas enfermée dans des documents, mais devienne un véritable outil entre les mains des médecins ».

L'entendre parler est une merveille.

« Nous avons développé un logiciel qui automatise l’analyse des images CT pour extraire des métriques clés qui ne sont pas utilisées aujourd’hui. Parmi ces mesures, nous extrayons par exemple la masse musculaire squelettique. C'est précisément à partir de cette mesure que nous déterminons si un patient en oncologie est sarcopénique. Il explique précisément que la sarcopénie est une maladie caractérisée par une perte musculaire et une perte de force, et que, selon les dernières études scientifiques, elle est corrélée à une dégradation des résultats thérapeutiques et à un taux de mortalité plus élevé. « Aujourd'hui, ces analyses sont réalisées manuellement ou avec des outils conçus pour la recherche et non utilisables en pratique clinique (leur marge d'erreur est très élevée). Aucun logiciel cliniquement opérationnel n'a encore été mis au point pour identifier la sarcopénie directement à partir d'images CT. Notre objectif est précisément celui-ci : introduire cette technologie en clinique, avec des résultats disponibles en moins de deux secondes et sans l'intervention d'un expert externe, tel qu'un nutritionniste. »

Quelqu'un a-t-il déjà pensé à cela auparavant ? « Dans le domaine médical, l’innovation se fait très lentement. Nous sommes confrontés à des réglementations, à des politiques, à des délais longs . C'est difficile, souvent ceux qui essaient abandonnent. Mais quelqu’un doit le faire. Et si personne ne le fait, je le ferai.

Angelica travaille avec des modèles mathématiques et des algorithmes d'intelligence artificielle appliqués à l'analyse d'images médicales. « J'utilise, entre autres, des réseaux neuronaux et des techniques de segmentation basées sur les unités Hounsfield (valeurs de densité contenues dans les scanners CT), pour distinguer automatiquement différents tissus corporels – tels que les muscles, la graisse viscérale et sous-cutanée – et en dériver des mesures cliniquement pertinentes ».

Son histoire commence à Bari. Il a grandi entre Grumo Appula et Palo del Colle, deux villes de l'arrière-pays de Bari. Enfant unique, origines modestes. « Mon père était concierge, ma mère s'occupait de la maison. Nous n'avons jamais eu beaucoup de ressources, nous avons fait de grands sacrifices pour étudier.

Après le lycée, il choisit l'ingénierie civile à l'École polytechnique de Milan. Ce n’est pas un chemin linéaire : « À un moment donné, je me suis retrouvé à étudier le béton et j’ai compris que ce n’était pas ce que je voulais faire ». Il s'arrête, réfléchit, change. Il s'inscrit en Ingénierie Mathématique : « J'ai aimé l'idée d'acquérir des outils solides, pour ensuite les appliquer dans différents domaines - biomédecine, finance, statistiques ». Durant ses années universitaires, il a remporté plusieurs bourses, est parti à l'étranger, une année en Espagne, une autre en Inde. Puis il obtient son diplôme et l'opportunité qui change tout se présente : faire de la recherche à Stanford. « À cette époque déjà, j’ai dû chercher des fonds pour pouvoir déménager. J'ai commencé à parler à tout le monde, à écrire partout, j'ai postulé pour toutes les bourses possibles, même celles pour lesquelles je n'étais pas éligible.

Finalement, elle a été sélectionnée par la bourse du fondateur Ermenegildo Zegna, qui l'a soutenue pour une période de recherche à Stanford. Il y travaille sur des modèles informatiques pour simuler le système cardiovasculaire, basés sur des graphiques et de l'intelligence artificielle. Et remporte le prix BHI. « Nous avons développé un jumeau numérique du flux sanguin dans le système cardiovasculaire : un modèle d’IA capable de simuler le comportement du système cardiovasculaire de manière personnalisée pour chaque patient. J'ai combiné les réseaux neuronaux à mémoire à long terme (LSTM) avec les réseaux neuronaux graphiques, obtenant ainsi des améliorations par rapport aux méthodes précédentes. Mais le plus impressionnant est la vitesse : les méthodes traditionnelles peuvent nécessiter des heures de calculs sur des supercalculateurs pour simuler ne serait-ce qu'un seul battement de cœur, notre modèle peut le faire en quelques secondes".

Une expérience qui lui fait comprendre beaucoup de choses. « J’ai réalisé que nous pouvions construire des outils très puissants. Mais je voulais qu'ils soient vraiment utilisés et qu'ils aient un impact." Iacovelli commence alors à chercher des contacts, à parler à ceux qui travaillent dans le monde des startups et reçoit une autre bourse de Des Traynor, co-fondateur d'Intercom, une licorne de la Silicon Valley.

Il rejoint ensuite Lead the Future , un réseau de talents italiens dans le monde STEM, conçu pour connecter mentors et mentorés, et rencontre l'oncologue Ghidini. « Il a passé des heures à me raconter les problèmes concrets que les médecins rencontrent chaque jour dans le service. Cela m’a ouvert un tout nouveau monde. J'ai contacté des centaines d'autres oncologues, en Italie et à l'étranger, pour vérifier s'il s'agissait d'un problème commun. Et j'ai découvert que c'était le cas.

À l'été 2024, Angelica a fondé Nucleo Research dans la Silicon Valley . La phase de validation démarre.

Les prochaines étapes de leur travail sont cruciales. « Nous souhaitons mettre en pratique clinique un logiciel permettant d'automatiser la mesure des lésions tumorales et leur classification en cibles et non cibles, bénignes ou malignes. « Mesure encore effectuée manuellement dans presque tous les établissements hospitaliers ».

En attendant, Angelica prépare la première levée de fonds auprès d'investisseurs internationaux. «J'évalue certaines opportunités de soutien de la part d'entités internationales intéressées par le projet».

C’est aussi une question personnelle qui l’anime. « J’ai grandi dans un contexte où la maladie était présente et je n’ai jamais eu de contrôle sur quoi que ce soit. Ma mère est décédée il y a quelques années d’une tumeur agressive. Mon père souffre de dystrophie musculaire, aujourd'hui il est inconscient. Si je ne peux pas changer le cours des choses, j'ai décidé d'au moins essayer de changer la façon dont elles sont affrontées.

Angelica dirige également la communication de la Fondation iTAL , une organisation à but non lucratif qui construit des ponts entre les talents italiens et la Silicon Valley.

Sa vision scientifique est claire. « Les modèles de détection sont aujourd’hui déjà extrêmement avancés. Je crois que le goulot d’étranglement ne se situe plus au niveau de la technologie. Le problème est tout ce qui vient après : les barrières réglementaires, la protection des données, les longs délais d’exécution, l’intégration dans les processus cliniques. Le médecin doit pouvoir faire confiance aux outils disruptifs. Notre objectif n’est pas de le remplacer, mais de lui donner un outil supplémentaire. Et le rendre fiable.

Qu’est-ce qui a vraiment fait une différence dans votre vie ?

« L’envie de faire quelque chose de moi-même. Souvent dans le monde de la recherche ou dans les grandes entreprises on fait partie d’un rouage. Je veux avoir un impact direct et réel, voir une idée se transformer en quelque chose qui fonctionne. Je suis presque obsédé par mon projet. Cela vient en premier dans ma vie. Et si je veux augmenter mes chances de réussir, je dois être dans la Silicon Valley. Quand vous êtes à San Francisco et que vous allez à un événement, personne ne vous demande : Comment allez-vous ? La première question que vous entendez est : que construisez-vous ? De plus, en Italie, on se sent toujours comme une fille « trop jeune » et on ne nous accorde pas de crédibilité. Si vous dites : je veux guérir le cancer, ils répondent avec ironie ou par : « Qu’est-ce que tu dis ? ». Si je dis la même phrase en Californie, la réponse est : « Super ! Comment comptez-vous vous y prendre ? Puis-je vous aider ? »

Nous, les jeunes, pouvons vous inspirer. Nous pouvons changer le monde, nous pouvons le faire même sans suivre les chemins traditionnels. Nous avons besoin de confiance. C’est pourquoi je dis à mes pairs de ne pas se laisser décourager par le pessimisme. Ce qui n’est rien d’autre qu’une approche défensive, un bouclier protecteur, une façon d’éviter les risques. Mais l’avenir ne se construit pas en restant en sécurité.

Battiston a travaillé dans de nombreux endroits au cours de sa carrière. Mais jamais en Amérique. « J’ai passé plusieurs mois au lycée aux États-Unis et j’ai beaucoup voyagé par la suite. Mais je ne suis pas un grand fan du système de recherche américain, qui est davantage basé sur la compétition , au sens darwinien de la survie du plus apte, que sur la coopération. En Europe, nous avons moins de ressources, mais dans notre artisanat, nous savons bien faire avec le peu que nous avons. Le prix Erdos-Renyi est presque toujours remporté par des chercheurs américains ou résidant aux États-Unis. Et aujourd’hui, je considère ce prix comme une reconnaissance de notre communauté européenne, qui a apporté des contributions fondamentales à la science des réseaux. Et à propos des universités italiennes, il ajoute : « Les mêmes problèmes critiques en Italie mis en évidence dans les journaux se retrouvent souvent à l'étranger aussi, atténués par des financements accrus. L'argent du PNRR a contribué à relancer notre pays, mais nous avons maintenant besoin de fonds structurels pour consolider ce qui a été accompli".

Retourneriez-vous en Italie ?

« Si des propositions intéressantes arrivaient, je les écouterais attentivement. Actuellement mes relations avec les Italiens se situent dans le domaine sportif. Je fais partie de l'équipe nationale des plus de 33 ans d'Ultimate Frisbee, un sport magnifique que je recommande à tous ceux qui souhaitent s'essayer à quelque chose de différent. Il ajoute : « Chacun de nous devrait trouver un domaine qui le passionne. Et passer du temps avec des experts, des superviseurs et des mentors. Car, comme l'enseigne la science des réseaux, la diffusion des connaissances nécessite des interactions . »