Approches symboliques de la modélisation et de l’analyse des systèmes biologiques PDF Download
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Author: Cédric Lhoussaine
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1789480299
Category : Science
Languages : fr
Pages : 416
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Book Description
La biologie des systèmes, ou biologie systémique, est une approche de la biologie qui consiste à englober la complexité des interactions entre les entités biologiques dans un tout systémique. Le but étant de comprendre l’émergence de propriétés physiologiques ou fonctionnelles. Approches symboliques de la modélisation et de l’analyse des systèmes biologiques présente les apports de méthodes formelles issues de l’informatique pour la modélisation de la dynamique des systèmes biologiques. Il traite plus spécifiquement des méthodes symboliques, c’est-à-dire qui peuvent établir des propriétés qualitatives des modèles. Cet ouvrage expose différentes approches liées à la sémantique, au langage, à la modélisation et à leur lien avec les données, et nous permet d’examiner des problèmes fondamentaux et des défis auxquels nous confronte la biologie des systèmes. Une première partie regroupe des travaux qui s’appuient sur les diverses données accessibles pour construire des modèles alors que la seconde présente des contributions autour des questions de la sémantique et des méthodes formelles.
Author: Cédric Lhoussaine
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1789480299
Category : Science
Languages : fr
Pages : 416
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Book Description
La biologie des systèmes, ou biologie systémique, est une approche de la biologie qui consiste à englober la complexité des interactions entre les entités biologiques dans un tout systémique. Le but étant de comprendre l’émergence de propriétés physiologiques ou fonctionnelles. Approches symboliques de la modélisation et de l’analyse des systèmes biologiques présente les apports de méthodes formelles issues de l’informatique pour la modélisation de la dynamique des systèmes biologiques. Il traite plus spécifiquement des méthodes symboliques, c’est-à-dire qui peuvent établir des propriétés qualitatives des modèles. Cet ouvrage expose différentes approches liées à la sémantique, au langage, à la modélisation et à leur lien avec les données, et nous permet d’examiner des problèmes fondamentaux et des défis auxquels nous confronte la biologie des systèmes. Une première partie regroupe des travaux qui s’appuient sur les diverses données accessibles pour construire des modèles alors que la seconde présente des contributions autour des questions de la sémantique et des méthodes formelles.
Author: VINCENT.. DESALME
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages :
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Book Description
Author: Min Zhang
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans cette thèse, trois calculs de processus sont étudiés et appliqués à l'analyse de processus biologiques : une variante du π -calcul introduite ici, le I π -calcul: le k-calcul de Danos et Laneve et sa variante à grain plus fin, le mk-calcul: et les systèmes réactifs biqraphiques de Milner. Le manuscrit comporte trois parties. Dans la première partie, nous modélisons la transduction du signal, et plus spécifiquement le processus d'activation de la protéine "ras". On introduit une nouvelle extension du π -calcul. le I π -calcul, pour modéliser ce processus biologique en présence d'aberrance. Le calcul est obtenu en ajoutant deux actions aberrantes au Iπ -calcul. Le Iπ -calcul quoique déjà assez expressif pour exprimer l'aberrance. peut être encore précisé par l'introduction d'informations supplémentaires dans la syntaxe, soit sous forme de "taqs" soit sous forme de types. Les tags sont plus intuitifs, mais ils introduisent de la redondance, qui est éliminée dans la présentation de cette information sous forme de types. Nous montrons l'équivalence entre les deux espèces de décoration. Le système de types / tags présenté ici est très rudimentaire. mais notre espoir est de l'enrichir pour intégrer des paramètres quantitatifs tels que la température, la concentration, etc... dans la modélisation des processus biologiques. Dans la seconde partie, nous abordons d'un point de vue formel la question de l'auto-assemblage dans le kappa-calcul, un langage de description d'interactions protéine-protéine Nous définissons un sous-ensemble de règles de calcul réversibles nous permettant d'assurer un codage sans blocage du calcul "à gros grain" (le K-calcul) dans un calcul "à grain fin" (le mk-calcul). Nous prouvons la correction de cette simulation de manière interne (à l'aide des règles réversibles), améliorant ainsi les résultats de Danos et Laneve. Enfin, dans une partie plus prospective, nous suggérons comment l'on peut utiliser les bigraphes pour modéliser et analyser les processus biologiques. Nous montrons d'abord commment coder l'exemple "ras" dans ce formalisme. Puis nous indiquons sur un exemple comment l'on peut traduire le K-calcul dans les bigraphes.
Author: Gilles Didier
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1789480698
Category : Science
Languages : fr
Pages : 330
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Book Description
À l’origine de la diversité du vivant, l’évolution biologique est le phénomène par lequel les espèces naissent, se transforment ou disparaissent au cours du temps. Son étude fait intervenir des méthodes d’analyse sophistiquées qui reposent à la fois sur la modélisation mathématique des processus biologiques qui interviennent et sur la conception d’algorithmes efficaces pour ajuster ces modèles aux données génétiques et morphologiques. Modèles et méthodes pour l’évolution biologique expose les principales méthodes utilisées pour étudier l’évolution et offre un large panorama illustrant la variété des approches formelles mises en oeuvre notamment dans l’optimisation combinatoire, les modèles stochastiques, l’inférence statistique, l’échantillonnage par Monte-Carlo. Certaines des applications marquantes de ces méthodes y sont détaillées. Elles concernent, par exemple, l’étude d’événements migratoires des anciennes populations humaines ou la progression des épidémies.
Author:
Publisher: Lulu.com
ISBN: 1430318678
Category : Reference
Languages : en
Pages : 385
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Book Description
This volume presents a catalogue of over 2000 doctoral theses by Africans in all fields of mathematics, including applied mathematics, mathematics education and history of mathematics. The introduction contains information about distribution by country, institutions, period, and by gender, about mathematical density, and mobility of mathematicians. Several appendices are included (female doctorate holders, doctorates in mathematics education, doctorates awarded by African universities to non-Africans, doctoral theses by non-Africans about mathematics in Africa, activities of African mathematicians at the service of their communities). Paulus Gerdes compiled the information in his capacity of Chairman of the African Mathematical Union Commission for the History of Mathematics in Africa (AMUCHMA). The book contains a preface by Mohamed Hassan, President of the African Academy of Sciences (AAS) and Executive Director of the Academy of Sciences for the Developing World (TWAS). (383 pp.)
Author: Russell Schwartz
Publisher: MIT Press
ISBN: 0262195844
Category : Science
Languages : en
Pages : 403
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Book Description
A practice-oriented survey of techniques for computational modeling and simulation suitable for a broad range of biological problems. There are many excellent computational biology resources now available for learning about methods that have been developed to address specific biological systems, but comparatively little attention has been paid to training aspiring computational biologists to handle new and unanticipated problems. This text is intended to fill that gap by teaching students how to reason about developing formal mathematical models of biological systems that are amenable to computational analysis. It collects in one place a selection of broadly useful models, algorithms, and theoretical analysis tools normally found scattered among many other disciplines. It thereby gives the aspiring student a bag of tricks that will serve him or her well in modeling problems drawn from numerous subfields of biology. These techniques are taught from the perspective of what the practitioner needs to know to use them effectively, supplemented with references for further reading on more advanced use of each method covered. The text, which grew out of a class taught at Carnegie Mellon University, covers models for optimization, simulation and sampling, and parameter tuning. These topics provide a general framework for learning how to formulate mathematical models of biological systems, what techniques are available to work with these models, and how to fit the models to particular systems. Their application is illustrated by many examples drawn from a variety of biological disciplines and several extended case studies that show how the methods described have been applied to real problems in biology.
Author: Jamil Ahmad
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 260
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Book Description
Les réseaux de régulation biologiques (RRB) représentent les interactions entre des entités biologiques. Par exemple, les réseaux de régulation génétiques sont des graphes dont les sommets représentent les gènes ou les produits (ARN ou protéines) et les arcs représentent leurs interactions. Cette thèse propose le formalisme d'automates hybride linéaire (AHL) pour l'analyse automatique des dynamiques des RRB. Le formalisme qualitatif de René Thomas est une approche bien connue pour la modélisation discrète et l'analyse des dynamiques des RRB. Il détermine le comportement qualitatif des RRB d'une manière rigoureuse. A partir d'un modèle discret, il n'est pas réellement possible (à cause de l'abstraction complète du temps) de déterminer des trajectoires particulières et en particulier des trajectoires cycliques ou non-cycliques. En nous basant sur le formalisme discret de René Thomas, nous introduisons la modélisation hybride des RRB par le formalisme des automates hybrides linéaires (AHL) qui prennent en compte les délais de production et de dégradation des produits de gènes. La modélisation hybride capture les deux types de comportement c'est-à-dire l'évolution discrète de niveau d'expression ainsi que l'aspect temporel (avec le temps) d'évolution continue des produits de gènes. Cette modélisation nous permet de faire l'analyse des AHL par l'outil de model-checking comme Hy-Tech pour l'accessibilité, les comportements cycliques comme le noyau d'invariance, les états stables et les chemins entre deux états donnés. Ces comportements abordent les aspects qui sont intéressants pour les biologistes. Par exemple, les cycles représentent l'homéostasie tandis que les états stables représentent la multi-stationnarité. Tous les comportements que nous analysons sont caractérisés par des contraintes de délais. Ces contraintes sont des conditions pour l'existence de ces différents comportements. Nous présentons les méthodes pour les calculs de la longueur, du volume et du diamètre du noyau d'invariance. Ces différentes mesures nous permettent d'introduire une notion de stabilité du noyau d'invariance. L'approche de modélisation hybride est appliquée sur plusieurs exemples réels des RRB. Ces exemples sont le RRB de la bactérie Pseudomonas aeruginosa, le RRB du cycle circadien du mammifère, le RRB du virus phage lambda, le système d'activation et de latence de la cellule-T et le réseau pour la réponse de la carence en carbone chez Escherichia coli.
Author: Wei Niu
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 188
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Book Description
Cette thèse est consacrée à l'analyse qualitative des systèmes biologiques, modélisés comme des systèmes d'équations différentielles ou d'équations aux différences, en utilisant des méthodes algébriques. Nous avons étudié les problèmes de la détection d'états d'équilibre, de l'analyse de stabilité et de différents types de bifurcations, et de la construction de cycles limites pour des modèles biologiques continus et discrets. Nous montrons comment réduire les problèmes de l'analyse qualitative aux problèmes de résolution de systèmes polynomiaux ou semi-algébriques. Ensuite, nous expliquons comment ces problèmes formulés peuvent être résolus en utilisant une approche algébrique basée sur les méthodes d'ensembles triangulaires, des bases de Gröbner, d'élimination des quantificateurs, et de l'isolement et la classification des solutions réelles. De nombreuses expériences ont été réalisées sur les modèles biologiques différents et certains d'entre eux ont été présentés dans cette thèse, en démontrant l'efficacité des méthodes algébriques pour l'analyse qualitative de ces modèles. Les statistiques de temps en forme de tableau ont également été fournies pour comparer les performances des différentes méthodes algébriques. Nous avons développé un progiciel Maple pour l'analyse qualitative des modèles biologiques. Pour le système d'auto-assemblage de micelle avec puits chimiques, un modèle biochimique plane non linéaire, sa stabilité, trois types de bifurcations, et cycles limites ont été analysés en détail. Les conditions algébriques exactes sur les paramètres de ce système sont dérivées pour décrire les types de bifurcations et la stabilité et les types des points de bifurcation.
Author: Maxime Folschette
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 141
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Book Description
Author: Julie Aubert
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les progrès technologiques des vingt dernières années ont permis l'avènement d'une biologie à haut-débit reposant sur l'obtention de données à grande échelle de façon automatique. Les statisticiens ont un rôle important à jouer dans la modélisation et l'analyse de ces données nombreuses, bruitées, parfois hétérogènes et recueillies à différentes échelles. Ce rôle peut être de plusieurs natures. Le statisticien peut proposer de nouveaux concepts ou méthodes inspirées par les questions posées par cette biologie. Il peut proposer une modélisation fine des phénomènes observés à l'aide de ces technologies. Et lorsque des méthodes existent et nécessitent seulement une adaptation, le rôle du statisticien peut être celui d'un expert, qui connaît les méthodes, leurs limites et avantages. Le travail présenté dans cette thèse se situe à l'interface entre mathématiques appliquées et biologie, et relève plutôt des deuxième et troisième type de rôles mentionnés.Dans une première partie, j'introduis différentes méthodes développées pour l'analyse de données biologiques à haut débit, basées sur des modèles à variables latentes. Ces modèles permettent d'expliquer un phénomène observé à l'aide de variables cachées. Le modèle à variables latentes le plus simple est le modèle de mélange. Les deux premières méthodes présentées en sont des exemples: la première dans un contexte de tests multiples et la deuxième dans le cadre de la définition d'un seuil d'hybridation pour des données issues de puces à ADN. Je présente également un modèle de chaînes de Markov cachées couplées pour la détection de variations du nombre de copies en génomique prenant en compte de la dépendance entre les individus, due par exemple à une proximité génétique. Pour ce modèle, nous proposons une inférence approchée fondée sur une approximation variationnelle, l'inférence exacte ne pouvant pas être envisagée dès lors que le nombre d'individus augmente. Nous définissons également un modèle à blocs latents modélisant une structure sous-jacente par bloc de lignes et colonnes adaptées à des données de comptage issue de l'écologie microbienne. Les données issues de méta-codebarres ou de métagénomique correspondent à l'abondance de chaque unité d'intérêt (par exemple micro-organisme) d'une communauté microbienne au sein d'environnement (rhizosphère de plante, tube digestif humain, océan par exemple). Ces données ont la particularité de présenter une dispersion plus forte qu'attendue sous les modèles les plus classiques (on parle de sur-dispersion). La classification croisée est une façon d'étudier les interactions entre la structure des communautés microbiennes et les échantillons biologiques dont elles sont issues. Nous avons proposé de modéliser ce phénomène à l'aide d'une distribution Poisson-Gamma et développé une autre approximation variationnelle pour ce modèle particulier ainsi qu'un critère de sélection de modèle. La flexibilité et la performance du modèle sont illustrées sur trois jeux de données réelles.Une deuxième partie est consacrée à des travaux dédiés à l'analyse de données de transcriptomique issues des technologies de puce à ADN et de séquençage de l'ARN. La première section concerne la normalisation des données (détection et correction de biais techniques) et présente deux nouvelles méthodes que j'ai proposées avec mes co-auteurs et une comparaison de méthodes à laquelle j'ai contribuée. La deuxième section dédiée à la planification expérimentale présente une méthode pour analyser les dispositifs dit en dye-switch.Dans une dernière partie, je montre à travers deux exemples de collaboration, issues respectivement d'une analyse de gènes différentiellement exprimés à partir de données issues de puces à ADN, et d'une analyse du traductome chez l'oursin à partir de données de séquençage de l'ARN, la façon dont les compétences statistiques sont mobilisées et la plus-value apportée par les statistiques aux projets de génomique.
