<p>The main objective of the reported study was to investigate how biomedical ontologies, logically structured representations of various aspects of the biomedical reality, can help researchers in analyzing experimental data. The dissertation reports two attempts to construct tools for the analysis of high-throughput experimental results using explicit domain knowledge representations. Furthermore, integrative efforts made by the community of Open Biomedical Ontologies (OBO), in which the author has participated, are reported, and a framework for consistently connecting the Gene Ontology (GO) with the Taxonomy of Species is proposed and discussed.</p>

The main objective of the reported study was to investigate how biomedical ontologies, logically structured representations of various aspects of the biomedical reality, can help researchers in analyzing experimental data. The dissertation reports two attempts to construct tools for the analysis of high-throughput experimental results using explicit domain knowledge representations. Furthermore, integrative efforts made by the community of Open Biomedical Ontologies (OBO), in which the author has participated, are reported, and a framework for consistently connecting the Gene Ontology (GO) with the Taxonomy of Species is proposed and discussed.

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Las investigaciones traslacionales tienen el objetivo de poner a disposición de investigaciones las evidencias obtenidas en investigaciones básicas para ensayos clínicos. Para facilitar la investigación traslacional es necesario relacionar dicha información mediante la integración de repositorios de información biológica y médica. Debido a la complejidad, cantidad, diversidad y rápida evolución de la información biológica, es imposible gestionar los repositorios biológicos de manera manual ya que supondría una gran inversión en tiempo y en esfuerzo. Por lo tanto, cada vez más es necesario dotar de nuevas herramientas de gestión que faciliten esta tarea y pueda ser realizada de manera autónoma. Esta tesis presenta un entorno para la gestión e integración semántica utilizado las tecnologías de la Web semántica, las cuales son utilizadas para representar, almacenar, explotar y guiar el proceso de integración de la información y conocimiento. Como resultado principal se integraron repositorios de genes y proteínas ortólogas con enfermedades genéticas. / Translational research aims to connect basic biomedical researches with clinical research in order to reach new conclusions based on biomedical evidences. To facilitate the translational research, biological and biomedical information must be related. So, we need to integrate biological and biomedical repositories. Life sciences is a knowledge based discipline, in the data and knowledge is represented through vast amounts of complex and changing information stored in disparate resources and in machine-unfriendly formats. Therefore, the availability of computational methods for organizing, accessing and retrieving information in a systematic way has become crucial for the progress of research in life sciences. In this thesis, we present a framework for the semantic management and integration using semantic web technologies. This framework assists life scientists in the exploration of orthologs/genetic diseases research paths by providing a precise, explicit meaning for information units and intertwining such information.

Introduction : Établir un diagnostic médical fiable requiert l’identification de la maladie d’un patient sur la base de l’observation de ses signes et symptômes. Par ailleurs, les ontologies constituent un formalisme adéquat et performant de représentation des connaissances biomédicales. Cependant, les ontologies classiques ne permettent pas de représenter les connaissances liées au processus du diagnostic médical : connaissances probabilistes et connaissances imprécises et vagues. Matériel et méthodes : Nous proposons des méthodes générales de représentation des connaissances afin de construire des ontologies adaptées au diagnostic médical. Ces méthodes permettent de représenter : (a) Les connaissances imprécises et vagues par la discrétisation des concepts (définition de plusieurs catégories distinctes à l’aide de valeurs seuils ou en représentant les différentes modalités possibles). (b) Les connaissances probabilistes (les sensibilités et les spécificités des signes pour les maladies, et les prévalences des maladies pour une population donnée) par la réification des relations ayant des arités supérieures à 2. (c) Les signes absents par des relations et (d) les connaissances liées au processus du diagnostic médical par des règles SWRL. Un moteur d’inférences abductif et probabiliste a été conçu et développé. Ces méthodes ont été testées à l’aide de dossiers patients réels. Résultats : Ces méthodes ont été appliquées à trois domaines (les maladies plasmocytaires, les urgences odontologiques et les lésions traumatiques du genou) pour lesquels des modèles ontologiques ont été élaborés. L’évaluation a permis de mesurer un taux moyen de 89,34% de résultats corrects. Discussion-Conclusion : Ces méthodes permettent d’avoir un modèle unique utilisable dans le cadre des raisonnements abductif et probabiliste, contrairement aux modèles proposés par : (a) Fenz qui n’intègre que le mode de raisonnement probabiliste et (b) García-crespo qui exprime les probabilités hors du modèle ontologique. L’utilisation d’un tel système nécessitera au préalable son intégration dans le système d’information hospitalier pour exploiter automatiquement les informations du dossier patient électronique. Cette intégration pourrait être facilitée par l’utilisation de l’ontologie du système. / Introduction: Making a reliable medical diagnosis requires the identification of the patient’s disease based on the observation of signs. Moreover, ontologies provide an adequate and efficient formalism for medical knowledge representation. However, classical ontologies do not allow representing knowledge associated with medical reasoning such as probabilistic, imprecise, or vague knowledge. Material and methods: In the current work, general knowledge representation methods are proposed. They aim at building ontologies fitting to medical diagnosis. They allow to represent: (a) imprecise or vague knowledge by discretizing concepts (definition of several distinct categories thanks to threshold values or by representing the various possible modalities), (b) probabilistic knowledge (sensitivity, specificity and prevalence) by reification of relations of arity greater than 2, (c) absent signs by relations and (d) medical reasoning and reasoning on the absent signs by SWRL rules. An abductive reasoning engine and a probabilistic reasoning engine were designed and implemented. The methods were evaluated by use of real patient records. Results: These methods were applied to three domains (the plasma cell diseases, the dental emergencies and traumatic knee injuries) for which the ontological models were developed. The average rate of correct diagnosis was 89.34 %. Discussion-Conclusion: In contrast with other methods proposed by Fenz and García-crespo, the proposed methods allow to have a unique model which can be used both for abductive and probabilistic reasoning. The use of such a system will require beforehand its integration in the hospital information system for the automatic exploitation of the electronic patient record. This integration might be made easier by the use of the ontology on which the system is based.