Multiscale models provide a unique tool for studying complex processes that study events occurring at different scales across space and time. In the context of biological systems, such models can simulate mechanisms happening at the intracellular level such as signaling, and at the extracellular level where cells communicate and coordinate with other cells. They aim to understand the impact of genetic or environmental deregulation observed in complex diseases, describe the interplay between a pathological tissue and the immune system, and suggest strategies to revert the diseased phenotypes. The construction of these multiscale models remains a very complex task, including the choice of the components to consider, the level of details of the processes to simulate, or the fitting of the parameters to the data. One additional difficulty is the expert knowledge needed to program these models in languages such as C++ or Python, which may discourage the participation of non-experts. Simplifying this process through structured description formalisms -- coupled with a graphical interface -- is crucial in making modeling more accessible to the broader scientific community, as well as streamlining the process for advanced users. This article introduces three examples of multiscale models which rely on the framework PhysiBoSS, an add-on of PhysiCell that includes intracellular descriptions as continuous time Boolean models to the agent-based approach. The article demonstrates how to easily construct such models, relying on PhysiCell Studio, the PhysiCell Graphical User Interface. A step-by-step tutorial is provided as a Supplementary Material and all models are provided at: https://physiboss.github.io/tutorial/.


翻译:多尺度模型为研究跨时空不同尺度发生的复杂过程提供了独特工具。在生物系统背景下,此类模型能够模拟细胞内水平(如信号传导)和细胞外水平(细胞间通信与协调)的机制。其目标在于理解复杂疾病中观察到的遗传或环境失调的影响,描述病理组织与免疫系统间的相互作用,并提出逆转疾病表型的策略。构建这些多尺度模型仍是极其复杂的任务,包括需考虑组件的选择、模拟过程的细节层次以及参数与数据的拟合。另一重困难在于需要使用C++或Python等语言编程这些模型所需的专业知识,这可能阻碍非专业人士的参与。通过结构化描述形式(结合图形界面)简化此过程,对于让更广泛的科学界能够进行建模以及为高级用户优化流程至关重要。本文介绍了三个依赖PhysiBoSS框架的多尺度模型案例,该框架作为PhysiCell的扩展模块,将细胞内描述以连续时间布尔模型形式整合到基于智能体的建模方法中。文章展示了如何借助PhysiCell图形用户界面PhysiCell Studio轻松构建此类模型。逐步教程作为补充材料提供,所有模型可通过以下网址获取:https://physiboss.github.io/tutorial/。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
Augmentation for small object detection
Arxiv
13+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:30
多智能体协作机制
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:26
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
9+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
7+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
14+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
10+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
5+阅读 · 4月24日
相关VIP内容
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员