Diapositive 1

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(No Transcript)
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Contribution à lutilisation de linformatique en
biologie
Modélisation et simulation de systèmes
physiologiques humains
Systèmes multi-agents
ENIB/LI2 1995
Traitement dimages endoscopiques Rodin, 1993
Traitement dimages biologiques
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Caractéristiques des systèmes multi-agents
Agent perception-décision-action
Système multi-agents

• auto-organisation

• émergence

• robustesse

• adaptabilité

Autonomisation des modèles
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Plan

• Contexte
• Modélisation et simulation de systèmes
• physiologiques humains
• Traitement dimages biologiques
• Régulation de systèmes multi-agents
• Conclusions et perspectives

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Modélisation et simulation de systèmes
physiologiques humains
Histoire de rencontres interdisciplinaires

• 1997 CHU de Brest, Immunologie
• Pr. Pierre Youinou

• 1998 CHU de Brest, Hématologie
• Pr. Jean-François Abgrall

• 2001 INSERM Nantes U 463, Cancérologie
• Pr. François-Régis Bataille

• 2002 CHU de Brest, Allergologie/Dermatologie
• Pr. Laurent Misery

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Expérimentation in virtuo
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De lagent-cellule à lapproche systémique
Agent-interaction
Agent-interface
Agent-réaction
Ballet, 2000 Querrec, 2005 Desmeulles, 2006
Agent-cellule
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Modèle dagent-cellule
Modèles dagents situés aux comportements
complexes
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Exemple dapplication du modèle dagent-cellule
Simulation de la coagulation
Cellules Fibroblastes, endothéliales,
plaquettes Facteurs procoagulants TF, I, II, V,
VII, VIII, IX, X, XI, Facteurs
inhibiteurs TFPI, AT3, ?2M, PC, PS, PZ,
Cascade de la coagulation
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Exemple dapplication du modèle dagent-cellule
Eléments de validation du modèle multi-agents de
la coagulation

• Comparaison expérience biologique

Courbe de génération de thrombine Hemker, 1995

• Cohérence vis à vis de pathologies

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Exemple dapplication du modèle dagent-cellule
Simulation de la coagulation
patient sain, hémophile, hémophile avec
traitement
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De lagent-cellule à lapproche systémique
Agent-interaction
Agent-interface
Agent-réaction
Agent-cellule agent situé
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Modèle dagent-réaction

• au niveau microscopique
• au niveau macroscopique

agent cellule/molécule
agent réaction
réaction
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Modèle dagent-réaction
Indiscernabilité spatiale

r1
r2
rm
Agents non situés
C1, C2, , Cn
Réacteur chimique
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Modèle dagent-réaction
Approches classiques
Itérations asynchrones et chaotiques
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Modèle dagent-réaction
E1 S1 ? E1 P1 E2 S2 ? E2 P2 P1 P2 ?
P1P2Complex E3 S1 ? E3 P1
E1 S1 ? E1 P1 E2 S2 ? E2 P2 P1 P2 ?
P1P2Complex
dS1/dt kcat1E1S1/(Km1S1)
kcat3E1S1/(Km3S1) dS2/dt
kcat2E2S2/(Km2S2) dP1/dt
kcat1E1S1/(Km1S1) kon3P1P2
kcat3E1S1/(Km3S1) dP2/dt
kcat2E2S2/(Km2S2) kon3P1P2
dP1P2Complex/dt kon3P1P2
dS1/dt kcat1E1S1/(Km1S1) dS2/dt
kcat2E2S2/(Km2S2) dP1/dt
kcat1E1S1/(Km1S1) kon3P1P2
dP2/dt kcat2E2S2/(Km2S2)
kon3P1P2 dP1P2Complex/dt kon3P1P2
new EnzimaticReaction(plasma, E1, S1, P1, kcat1,
Km1) new EnzimaticReaction(plasma, E2, S2, P2,
kcat2, Km2) new ComplexFormationReaction(plasma,
P1, P2, P1 P2Complex, kon3) new
EnzimaticReaction(plasma, E3, S1, P1, kcat3,
Km3)
new EnzimaticReaction(plasma, E1, S1, P1, kcat1,
Km1) new EnzimaticReaction(plasma, E2, S2, P2,
kcat2, Km2) new ComplexFormationReaction(plasma,
P1, P2, P1 P2Complex, kon3)
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Exemple dapplication du modèle dagent-réaction
VIIIa IXa -gt VIIIa-IXa VIIIa-IXa X -gt
VIIIa-IXa Xa Va-Xa II -gt Va-Xa IIa AT3
(IXa, Xa, XIa, IIa) -gt 0 alpha2M IIa -gt 0 I
IIa -gt Ia IIa TM (endo cell) IIa -gt
IIi AT3(endo cell) (IXa, Xa, XIa, IIa) -gt
0 ProC IIi -gt PCa IIi PCa Va -gt 0 PCa
Va-Xa -gt Xa PCa PS -gt PCa-S PCa PCI -gt 0 PCaS
Va -gt 0 PCaS V -gt PCa-S-V PCa-S-V VIIIa-IXa
-gt IXa PCa-S-V VIIIa -gt 0
Fibroblaste VIIa -gt VII-TF VII VIIa -gt VIIa
VIIa VII VII-TF -gt VIIa VII-TF IX VII-TF -gt
IXa VII-TF X VII-TF -gt Xa VII-TF TFPI Xa
-gt TFPI-Xa TFPI-Xa VII-TF -gt 0 VII IXa -gt
VIIa IXa IXa X -gt IXa Xa II Xa -gt IIa
Xa XIa IX -gt XIa IXa XIa XI -gt XIa
XIa IIa XIa -gt IIa XIa IIa VIII -gt IIa
VIIIa IIa V -gt IIa Va Xa V -gt Xa Va Xa
VIII -gt Xa VIIIa Xa Va -gt Va-Xa
Simulation de la coagulation
patient sain, hémophile, hémophile avec
traitement
42 réactions
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De lagent-cellule à lapproche systémique
Agent-interaction
Agent-interface
Agent-réaction agent non situé
Agent-cellule agent situé
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Modèle dagent-interface
Phénomènes de transport
advection diffusion
Réacteur chimique
Réacteur chimique
Milieu
Milieu
Phénomènes de relaxation
Réacteur chimique
Milieu
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Modèle dagent-interface
Point de vue classique
transport
réacteur chimique

• Variables concentrations des réactifs dans
• chaque maille du milieu

• Tous les phénomènes sont supposés simultanés

• Résolution déquations aux dérivées partielles

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Modèle dagent-interface
Point de vue agent

• Phénomènes asynchrones et ordre chaotique

• Pas déquations aux dérivées partielles

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Exemple dapplication du modèle dagent-interface
Coagulation
Flux
Veine 3D
Réacteur chimique de coagulation 42 réactions
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De lagent-cellule à lapproche systémique
Agent-interaction
Agent-interface agent de transport
agent de relaxation
Agent-réaction agent non situé
Agent-cellule agent situé
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Modèle générique dagent-interaction
Principe dautonomie des modèles
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Modèle générique dagent-interaction
Asynchrone Chaotique
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Exemples de modèle générique dagent-interaction
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Exemple dapplication du modèle
dagent-interaction
Kératinocyte
Macrophage
Mastocyte
Vaisseau capillaire
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De lagent-cellule à lapproche systémique
Approche systémique
Agent-interaction multi-modèles
Agent-interface agent de transport
Agent-réaction agent de relaxation
Agent-cellule agent situé
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Plan

• Contexte
• Modélisation et simulation de systèmes
• physiologiques humains
• Traitement dimages biologiques
• Régulation de systèmes multi-agents
• Conclusions et perspectives

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Traitement dimages biologiques
Projet européen FAIR CT 96 1520
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Traitement dimages biologiques le cas des
otolithes
Approches classiques
Morphologie mathématique
Contours actifs

• Pointage du nucleus

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Traitement dimages biologiques le cas des
otolithes
Approche agent
Etat marqueur
Etat enregistreur
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Traitement dimages biologiques le cas des
otolithes
Résultats
Bonne estimation de lâge
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Plan

• Contexte
• Modélisation et simulation de systèmes
• physiologiques humains
• Traitement dimages biologiques
• Régulation de systèmes multi-agents
• Conclusions et perspectives

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Régulation de systèmes multi-agents
La biologie source dinspiration
pour la communauté SMA ?
Système Multi-agents
Phénomènes de régulation
Biologie
Régulation
Métaphore biologique
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Exemple de régulation biologique
Travaux en immunologie réponse humorale
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Exemple de métaphore biologique
AIS de régulation
Lymphocyte B Agent
Il4 Stimulant
Ag Travail à effectuer
Ac Travail effectué
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Exemple de métaphore biologique
Intérêts de la régulation immunitaire

• Auto-adaptation du système

• Temps de traitement quasi constant

• Meilleure stabilité des résultats

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Plan

• Contexte
• Modélisation et simulation de systèmes
• physiologiques humains
• Traitement dimages biologiques
• Régulation de systèmes multi-agents
• Conclusions et perspectives

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Conclusions
Systèmes multi-agents

• Modélisation et simulation
• de phénomènes biologiques

Modélisation individu-centrée ? interactions
Traitement dimages biologiques
Programmation par essaim
Régulation biologique
Métaphore pour la régulation dune population
dagents
AIS de régulation
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Activités liées à la recherche -- encadrements --
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Activités liées à la recherche -- responsabilités
--
Depuis 1998,
membre élu à commission de spécialistes de
lEcole Nationale dIngénieurs de Brest
Depuis 2002,
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Perspectives

• Paradigme systémique

Modélisation de systèmes biologiques complexes
Interaction, organisation
Itérations chaotiques et asynchrones
Structuration de la modélisation
Raulet, 2003

• Répartition

Interaction, organisation
Computing on the Grid (agent based cluster)
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Perspectives
Biologie
Informatique
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)