Projets financés en 2010
Modélisation du rôle des interactions socio-environnementales dans la propagation de l’obésité
Dominique BICOUT - TIMC/IMAG – UMR 5525
Depuis la publication de Christakis et al. [2] en 2007, plusieurs travaux [1-7] se sont penchés sur la question des interactions sociales dans l’augmentation de la prévalence de l’obésité et ont étudiés différents aspects du problème. Le travail qui se rapproche le plus au notre est celui de Bahr et al. [1+ qui modélise des situations de propagation de l’obésité à l’équilibre dans des topologies différentes de réseaux. Ces auteurs concluent à une indépendance duréseau dans la génération des configurations d’équilibres des populations normal-obèse. Notre travail va bien au-delà de ces conclusions en réexaminant les forces d’influences sociales entre individus comme définies par Bahr et al. et en considérant les aspects dynamiques.
Sunspots : modélisation et inférence statistique du phénomène des tâches solaires
Une tache solaire est une région de la surface du soleil marquée par une température inférieure à son environnement et par une intense activité magnétique inhibant la convection. C'est principalement la baisse de température de la tache relativement à son environnement qui la rend visible. La compréhension et l'analyse de ces taches solaires sont des problèmes extrêmement importants car ils sont des indices du niveau d'activité solaire. L'observation de ces taches remonte aux temps anciens. Cependant on considère qu'elles sont à peu près fiables depuis 1874 et prétraitées d'une manière standard depuis 1976 (cf site web http://solarscience.msfc.nasa.gov/greenwch.shtml).
Ces données sont extrêmement riches puisque l'on dispose d'une information temporelle (décompte quotidien des taches) et d'une information spatiale (position des taches à la surface du soleil). L'objectif de projet de recherche vise à proposer des outils et modèles adaptés à ce type de données en vue de proposer un modèle de processus ponctuel spatio-temporel sur la sphère. L'originalité de ce projet est clairement établie ici car à notre connaissance il n'existe aucune modélisation intégrant à la fois l'information temporelle et spatiale. La plupart des
travaux se concentre sur l'aspect modélisation temporelle.
L'objectif à plus long terme de ce projet de recherche vise à fournir des outis de prédiction de l'irradiance solaire.
Modélisation et optimisation des facteurs agissant sur la dispersion spatio-temporelle des communautés végétales
Serge FENET - LIRIS - Turing
Dans le cadre de la gestion des communautés et des métacommunautés au sein des paysages, une des questions cruciales qui se pose actuellement est de gérer (contrôler, restaurer) la dispersion des organismes afin de limiter les risques d'érosion de la biodiversité générés par le changement global (fragmentation et dégradation des paysages et des habitats, réchauffement climatique, invasion biologique). Une des mesures proposées par le Grenelle de l'Environnement est de développer le concept de trame bleue (verte) afin de garantir des voies de dispersion potentielles pour les organismes vivants au sein de ces paysages morcelés. Cependant, deux questions majeures se posent dans ce contexte. La première concerne l'efficacité de ces trames pour assurer la dispersion des organismes, et en particulier des organismes faiblement dispersants, comme les végétaux aquatiques. La seconde concerne le risque associé à ces trames de voir se propager plus efficacement les espèces invasives. Notre projet adresse ces deux questions majeures de la dispersion des espèces végétales au travers de deux applications : La première concerne les métacommunautés végétales aquatiques des étangs agro-piscicoles de la Dombes. La seconde concerne une invasion végétale représentée par le complexe d'espèces fortement dispersantes du genre 'renouées du Japon'.
Approche intégrative et computationnelle pour la génétique du paysage : application à l’impact des changements climatiques sur la variation intra-spécifique
Olivier FRANCOIS - TIMC/IMAG – UMR 5525
Le présent projet s’attache à développer une vision prospective de la génétique du paysage. Pour cela, nous utilisons comme modèle biologique un groupe de 24 plantes alpines dont l’habitat recouvre l’ensemble de l’arc alpin (environ 7,000 plantes ont été génotypées). A l’aide de méthodes bayésiennes, nous chercherons à projeter les changements de structure génétique de ces populations en corrélation avec des scénarios de réchauffement climatique. Pour cela nous nous appuierons sur le formalisme des modèles statistiques de régression à classes latentes, et sur les scénarios de changement climatique élaborés par le GIEC (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat).
L’originalité de notre projet de s’intéresser pour la première fois aux prédictions de changements intra-spécifiques à de grandes échelles géographiques et en utilisant un grand nombre d’espèces et de marqueurs génomiques. L’objectif est d’affiner les estimations de déplacement des espèces (Thuiller et al 2005) afin de décrire comment, à l’intérieur de chaque espèce, les flux géniques peuvent être réorientés par les changements climatiques.
Improvisation musicale collective & coordination
Nous partons de la ressemblance frappante qui est observable entre le déroulement d’une improvisation collective libre et le comportement de certains systèmes non linéaires. L’improvisation collective libre est la production d'un ensemble de musiciens improvisant simultanément sans référent, c’est-à-dire sans le moindre schème formel sous-jacent ou image directrice spécifiques à une pièce donnée. Cela ne signifie pas que les musiciens qui la produisent sont affranchis des automatismes et autres formules pré-calibrées dont ils connaissent l’efficace, mais ceux-ci concernent plutôt la génération immédiate de l’improvisation.
Le but de notre projet est d’aller au-delà de la simple métaphore et de modéliser effectivement l'improvisation collective libre par un ensemble de systèmes non linéaires en interaction. Le point de départ est la modélisation de la cognition d’un agent individuel (musicien improvisateur). Chaque improvisateur libre est un agent produisant un signal musical suivant une dynamique déterministe, non linéaire, ne dépendant à un instant donné que de l'ensemble des signaux musicaux joués précédemment. Le collectif d'improvisateurs libres peut ensuite être décrit comme un ensemble d'agents en interaction, avec des règles d'interaction qui sont elles mêmes le résultat de la dynamique.
PréBioDyn : Origine du code génétique et phénomènes émergents en chimie prébiotique
Nicolas GLADE - TIMC/IMAG
Cette étude se situe dans le contexte de la chimie prébiotique, entre l’apparition des premières briques du vivant (acides aminés en particulier) et l’émergence des premières formes ordonnées et auto-entretenues voire amplifiées, précurseur de systèmes de complexité croissante amenant à l’apparition de la matière vivante. Elle s'intéresse à 2 processus en particulier, relatifs à l'émergence de la complexité à partir de 'la soupe primitive' : l'autopoïèse et l'origine stéréochimique du code génétique.
Interfaces protéiques à la loupe
Le projet concerne l’étude de l’assemblage de protéines en oligomères. Plus particulièrement, nous étudions le rôle de l’assemblage protéique dans le développement de certaines pathologies humaines, dont les maladies neurodégénératives liées au vieillissement. En effet, une des causes de ces maladies est la transformation d’une protéine monomérique saine en une protéine oligomérique létale (ex. amyloïde, synucléine, prion). Cette dernière a la capacité de tuer les cellules induisant la mort neuronale et la neurodégénérescence. Les victimes de ce type de maladies sont en nombre toujours croissant et il est donc essentiel de s’en préoccuper.
Investigation pour la simulation numérique de nouvelles pistes thérapeutiques contre les glioblastomes multiformes
Angélique STEPHANOU - TIMC/IMAG – UMR 5525
Les tumeurs cérébrales de type glioblastome multiforme (GBM) sont les plus fréquentes chez l'homme adulte et les plus agressives. Il n'existe actuellement aucun traitement et la durée moyenne de vie des patients est de moins d'une année. De 5 à 10 nouveaux cas pour 100.000 habitants apparaissent chaque année.
La recherche de nouvelles voies thérapeutiques basées sur des protocoles multimodaux pourrait être l'une des clés dans la lutte contre ce type de tumeur agressive (Laigle-Donadey et col., 2009). Cependant, de part la complexité du processus global, il est difficile de trouver comment combiner les thérapies. La gestion de tels processus complexes est rendue possible grâce aux outils de modélisation, de simulation numérique et de commandes optimales et prédictives. Ainsi la modélisation mathématique de la croissance vasculaire et tumorale et des traitements thérapeutiques permet de prédire l'efficacité de la thérapie en évaluant les effets de dilution des médicaments dans le réseau vasculaire, les quantités effectivement délivrées à la tumeur et leur taux d'absorbtion (Alarcon et col. 2006; Stéphanou et col. 2005). Les modèles permettent également de cartographier l'oxygénation des tissus tumoraux, de localiser les zones hypoxiques, d'estimer la production des facteurs de croissance angiogéniques (VEGF), de simuler le remodelage vasculaire (dilatation, constriction et recroissance des vaisseaux) (Stéphanou et col., 2006) et l'évolution tumorale (croissance ou décroissance) en fonction du traitement (Sanga et col. 2006, Rockne et col. 2009; Swanson et col. 2009). Le traitement peut être adapté et optimisé à l'aide des modèles de commandes optimales et prédictives permettant de gérer les interactions complexes misent en jeu afin d'amener le système d’un état initial donné (pathologique) à l'état final désiré (sain), en respectant éventuellement certains critères comme la toxicité du traitement (Chareyron et Alamir, 2009).
Réseaux d’automates probabilistes
Eric THIERRY
Approche déclarative pour la modélisation des réseaux de régulation biologiques
Adrien ELENA (TIMC/IMAG – TIMB – UMR 5525
REHMI : Recherche d’Ensembles Homogènes de Modules d’Interactions
Christophe RIGOTTI - LIRIS - Combining
Etude de l’influence du mécanotropisme cellulaire sur la domiciliation des cellules souches engagées dans la réparation osseuse
Philippe TRACQUI - TIMC/IMAG – Dynacell – UMR 5525