Proposition de contrat de thèse - Projet ANR SYNBIOTIC

Intégration des niveaux d'organisation dans un langage dédié à la modélisation de systèmes complexes

Olivier Michel et Antoine Spicher - Projet Calcul Spatial et MGS - LACL - U-PEC

olivier.michel@u-pec.fr et antoine.spicher@u-pec.fr

U-PEC - ANR SYNBIOTC 36 mois pour un montant net de 1389€ par mois (1389€ bruts).

Langages de programmation, systèmes dynamiques complexes, modélisation et simulation multi-échelle, niveaux de description, biologie synthétique, compilation, typage.

Le projet de recherche SYNBIOTIC vise à développer des formalismes et des outils informatiques permettant de spécifier le comportement spatial global d'un système dynamique complexe et de le compiler sous la forme d’interactions entre processus individuels.

Les approches classiques de modélisation individu-centrés nécessitent la description des entités et des lois qui régissent les évolutions du système, à un seul et unique niveau de description : la molécule, la cellule ou le tissu en biologie ; le quartier, la ville ou le pays en urbanisme ; la note, la mesure ou le thème en musique…

Cette limitation a pour conséquence directe de ne pas permettre de référencer les entités intervenant dans d'autres niveaux de description. Ainsi, en biologie moléculaire, ne disposant d'aucune notion de cellule, on ne peut adresser directement des processus tels que le transport actif ou le quorum sensing. De façon plus générale, ces approches purement locales et réductionnistes ne permettent pas de prendre en compte des connaissances dont on dispose aux autres niveaux de description ni des relations causales qui existent entre les niveaux de description. Un challenge est de proposer un cadre pratique et théorique pour modéliser et simuler des systèmes dynamiques complexes en prenant en compte plusieurs niveaux de descriptions.

Le projet MGS développe un langage de programmation dédié à la modélisation et la simulation de systèmes dynamiques complexes. L'état du système est décrit à travers une structure de donnée - la collection topologique - qui met l'accent sur les relations topologiques entre les éléments du système. L'évolution du système est spécifiée au moyen d'une structure de contrôle - la transformation - qui décrit, sous forme de règles locales, les interactions entre les éléments du système. On souhaite développer les outils théoriques et les constructions du langage MGS qui permettront de prendre en compte de multiples niveaux de description d'un système dynamique.

1. Antoine Spicher, Olivier Michel, and Jean-Louis Giavitto. Interaction-based simulations for Integrative Spatial Systems Biology. Chapter in the book Understanding the dynamics of biological systems, Werner Dubitzky, Jennifer Southgate and Hendrik Fuß editors, 2011, 195-231
2. Olivier Michel, Antoine Spicher, and Jean-Louis Giavitto. Rule-Based Programming for Integrative Biological Modeling, Natural Computing, Volume 8, Issue 4 (2009), Page 865
3. Jean-Louis Giavitto and Antoine Spicher. Topological rewriting and the geometrization of programming. Physica D, 237:1302–1314, 2008
4. Jean-Louis Giavitto, Olivier Michel, and Antoine Spicher. Spatial organization of the chemical paradigm and the specification of autonomic systems. In Software-Intensive Systems, 2008