CellML & COR Alan Garny (Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)
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Transcript CellML & COR Alan Garny (Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)
CellML & COR
Alan Garny
(Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)
CellML
CellML – Introduction
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Un langage XML qui permet d’échanger des modèles
décrivant des processus cellulaires et sous-cellulaires.
CellML utilise MathML pour décrire les modèles de
manière mathématique.
Un modèle consiste de composants. Chacun d’entre
eux contient des variables et des équations mathématiques qui les manipulent.
Des metadata peuvent être incorporées via RDF
(Resource Description Framework).
CellML – Principes de Base
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CellML – Structure d’un Modèle
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Unités.
Composants.
Groupes.
Connections.
CellML – Mathématiques
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CellML – Mathématiques (suite)
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CellML – Unités
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CellML – Groupements
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Contenu : pour spécifier la relation physique entre les
différents composants.
Encapsulation : pour spécifier la relation logique entre
les différents composants.
CellML – Groupements (suite)
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CellML – Réactions
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CellML – Réactions (suite)
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CellML – Metadata
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CellML – Désavantages
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Les commentaires ne peuvent qu’être faits par
l’intermédiaire de RDF.
Gestion des groupements et connexions entre les
différents composants/variables.
Très bien pour la modélisation cellulaire, mais pas
adapté pour la modélisation multicellulaire.
CellML – Futur
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CellML 1.1 est maintenant disponible pour évaluation.
La principale différence est la possibilité de réutiliser
des composants d’autres modèles.
CellML s’est révélé plus versatile qu’initialement
prévu. CellML ModelML.
Volonté de représenter un modèle avec
Intégration avec, par exemple, BioPAX.
OWL.
Connexion avec des outils/représentations OMG tels
que UML ou MOF ? Intégration au groupe OMG des
Sciences de la Vie ?
CellML – Futur (suite)
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Supprimer les réactions chimiques et biochimiques.
Elles devront être converties en leur équivalent
mathématique.
Supprimer tout ce qui est spécifique à un domaine
particulier. Utilisation de RDF et OWL.
FieldML & AnatML
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FieldML et AnatML sont deux autres langages XML
développés par Auckland.
FieldML est utilisé pour décrire une structure dans le
temps et l’espace.
AnatML a initialement été développé pour manipuler
des informations et documentations géométriques
obtenues durant un projet de modélisation du squelette
et des muscles humains.
A l’heure actuelle, ces langages sont très liés à
CMISS.
COR
COR – Introduction
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COR (1) ? Le sens de COR change d’une langue à
l’autre (e.g. le cœur en latin).
COR (2) ? Dans le contexte actuel, COR veut dire
Cellular Open Resource.
Quoi ? Un environnement pour simuler des problèmes
électrophysiologiques cellulaires et multicellulaires.
Pourquoi ? OxSoft HEART a du être stoppé après
presque 20 ans de développement.
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome
Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome
Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).
Autres Interfaces
______________________________
LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome
Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).
CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
Fichiers COM et IP
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Cell Editor™ (fait partiecm
d’In Silico Cell™, Physiome
Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).
CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).
Autres Interfaces
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LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).
Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome
Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).
CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).
Also Virtual Cell (LM Loew), Continuity (AD
McCulloch), Entelos® PhysioLab® (Entelos, Inc.),
BioPSE (CR Johnson), CM16 (A Noma), etc.
Spécifications
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Remplacement pour OxSoft HEART 4.X, mais avec
des fonctionnalités en plus.
Construit autour de CellML.
Les modèles ne sont pas codés en dur. A la place, ils
sont stockés dans des fichiers qui peuvent être édités.
Les modèles sont analysés et convertis en code
machine (Intel x86) pour une optimisation optimale.
Permet la modélisation multicellulaire « simple ».
Disponible gratuitement, source code inclus.
CellML
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<model name="hodgkin_huxley_squid_axon_1952“
cmeta:id="hodgkin_huxley_squid_axon_1952"
xmlns=http://www.cellml.org/cellml/1.0#
xmlns:cellml="http://www.cellml.org/cellml/1.0#"
xmlns:cmeta="http://www.cellml.org/metadata/1.0#">
...
<units name="millisecond">
<unit prefix="milli" units="second" />
</units>
...
<component name="sodium_channel">
<variable name="i_Na" public_interface="out“
units="microA_per_cm2" />
...
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<apply id="E_Na_calculation"><eq />
<ci>E_Na</ci>
<apply><plus />
<ci>E_R</ci>
<cn cellml:units="millivolt">115.0</cn>
</apply>
</apply>
<apply id="i_Na_calculation"><eq />
<ci>i_Na</ci>
<apply><times />
<ci>g_Na</ci>
<apply><power />
<ci>m</ci>
<cn cellml:units="dimensionless">3.0</cn>
</apply>
<ci>h</ci>
<apply><minus />
<ci>V</ci>
<ci>E_Na</ci>
</apply>
</apply>
</apply>
</math>
</component>
...
</model>
Fichier
API
CM
Lisible
def model hodgkin_huxley_squid_axon_1952 as
def unit millisecond from
unit second {pref: milli};
enddef;
...
def comp sodium_channel as
var i_Na: microA_per_cm2 {pub: out};
...
E_Na = E_R+115.0{millivolt};
i_Na = g_Na*pow(m, 3.0{dimensionless})*h*(V-E_Na);
enddef;
...
enddef;
Convivialité
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Parmi les fonctionnalités : la représentation graphique
d’une équation.
ode(Xr1, time) = 50.0{dimensionless}/
(1.0{dimensionless}+
exp(-(V-5.0{millivolt})/9.0{millivolt}))*
(1.0{dimensionless}-Xr1)- 0.05{dimensionless}*
exp(-(V-5.0{millivolt});
Exécution du Modèle
______________________________
Différentes approches possibles :
1. Pseudo-compilateur,
2. Générer du code C, le compiler pour obtenir une
DLL utilisée par le programme,
3. Générer du code machine.
D = A+B+C
FLD @A
FLD @B
FADDP ST(1)
FLD @C
FADDP ST(1)
FSTP @D
DD05
DD05
DEC1
DD05
DEC1
DD1D
@A
@B
@C
@D
FLD @A
FADD @B
FADD @C
FSTP @D
DD05
DC05
DC05
DD1D
@A
@B
@C
@D
Modélisation 0D
______________________________
Modélisation 1D
______________________________
2D Modelling
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3D Modelling
______________________________
Adresses Utiles
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CellML : http://www.cellml.org/
http://www.w3.org/xml/
http://www.w3.org/math/
http://www.w3.org/rdf/
http://www.bioeng.auckland.ac.nz/
COR : http://cor.physiol.ox.ac.uk/
http://noble.physiol.ox.ac.uk/