CellML & COR Alan Garny (Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)

Download Report

Transcript CellML & COR Alan Garny (Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)

CellML & COR
Alan Garny
(Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)
CellML
CellML – Introduction
______________________________
 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
______________________________
CellML – Structure d’un Modèle
______________________________
 Unités.
 Composants.
 Groupes.
 Connections.
CellML – Mathématiques
______________________________
CellML – Mathématiques (suite)
______________________________
CellML – Unités
______________________________
CellML – Groupements
______________________________
 Contenu : pour spécifier la relation physique entre les
différents composants.
 Encapsulation : pour spécifier la relation logique entre
les différents composants.
CellML – Groupements (suite)
______________________________
CellML – Réactions
______________________________
CellML – Réactions (suite)
______________________________
CellML – Metadata
______________________________
CellML – Désavantages
______________________________
 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
______________________________
 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)
______________________________
 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
______________________________
 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
______________________________
 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
______________________________
 LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
Autres Interfaces
______________________________
 LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol
Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).
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/).
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/).
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/).
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/).
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
______________________________
 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
______________________________
 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
______________________________
 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
______________________________
<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
______________________________
 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
______________________________
3D Modelling
______________________________
Adresses Utiles
______________________________
 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/