Nicolas Glade


  • [Table des matières]


    Introduction (page 7)
    Nicolas Glade & Angélique Stéphanou
    Le critique et le chaotique,
    essences de l'adaptabilité et de la robustesse du vivant
    Chaos déterministe et hasard
    Évolution et robustesse
    Chaos pathologique et chaos déterministe
    Criticité et criticalité
    De l'importance de l'hétérogénéité
    De la spatialité à l'historicité
    Chapitre 1 (page 21)
    Franck Varenne
    Diversité des biologies théoriques
    face aux complexités du vivant
    1] Préambule sur les mathématisations avant 1920
    1.1] Les mathématisations en biologie :
    une classification de Volterra
    1.2] Ancienneté de la théorisation mathématique
    2] D'Arcy Thompson : une biomécanique
    2.1] La biomécanique comme science mixte minimale
    2.2] Les hypothèses épistémologiques de d'Arcy Thompson
    2.3] Pourquoi recourir aux mathématiques en biologie théorique ?
    3] Lotka : une biologie physique
    3.1] Biophysique et biologie physique
    3.2] Une biologie physique énergétiste
    4] Woodger : une biologie axiomatique
    4.1] Vers des « principes biologiques »
    4.2] Le « vitalisme méthodologique » de Woodger
    4.3] Un système axiomatique pour la biologie :
    le système (P, T, org, U,...)
    4.4] Représenter une augmentation
    de complexité sans recours au vitalisme
    5] Rashevsky-1 : une biophysique
    5.1] Épistémologie physicaliste et « théories physico-mathématiques »
    5.2] Deuxième épistémologie : fonctionnalisme et « principes formels »
    6] Rashevsky-2 : une biotopologie
    7] Rosen-1 : une biologie « catégoriale »
    7.1] Approche des graphes par des diagrammes de bloc
    7.2] Approche catégoriale des graphes
    8] Rosen-2 : une biologie théorique antimécaniste
    9] Un essai de synthèse comparative
    10] Conclusion
    Chapitre 2 (page 73)
    Maël Montévil
    Changements de symétrie, criticité et aléatoire :
    mathématiques et objectivation du vivant
    1] Géométrie du temps des mammifères
    1.1] Introduction
    1.2] Allométries
    1.3] Géométrie du temps biologique
    1.4] Structure de la variabilité du temps biologique
    1.5] Bilan
    2] Phénomènes et mathématiques en physique
    2.1] Symétries
    2.2] Constitution théorique des objets physiques
    2.3] Changements de symétries en physique et criticité
    3] Le cas des objets biologiques
    3.1] Hypothèse
    3.2] Les objets biologiques
    4] Stabilités chez le vivant
    4.1] Les symétries comme contraintes
    4.2] La mesure en biologie
    5] Conclusion
    Chapitre 3 (page 99)
    Jacques Demongeot
    De la stabilité des systèmes dynamiques modèles du vivant
    1] Définitions de la stabilité et de la robustesse
    1.1] Définition de la stabilité trajectorielle
    et de la stabilité asymptotique
    1.2] Définition de la stabilité structurelle
    1.3] Définition de la résilience, de la résistance et de la robustesse
    1.4] Définition des systèmes potentiels, hamiltoniens et mixtes
    2] Exemples de réseaux de régulation asymptotiquement
    stables, résistants et robustes, ou non
    2.1] Exemple d'un réseau de régulation métabolique potentiel asymptotiquement stable en morphogenèse
    2.2] Exemple d'un réseau de régulation conservatif immunologique non asymptotiquement stable
    2.3] Exemple d'un réseau de régulation physiologique mixte asymptotiquement stable
    2.4] Exemple d'un réseau de régulation métabolique mixte asymptotiquement stable
    2.5] Exemple d'un réseau de régulation neuronale robuste
    2.6] Exemple d'un réseau de régulation génétique asymptotiquement stable, non résistant
    2.7] Exemple d'un réseau de régulation écologique non asymptotiquement stable, ni robuste
    2.8] Exemple d'un réseau de régulation génétique asymptotiquement stable, non robuste
    3] Les molécules de la stabilité et de la robustesse :
    microARN, mitomiR et chloromiR
    3.1] Rôle des microARN dans l'architecture des réseaux
    de régulation génétique
    3.2] MicroARN et horloge chromatinienne
    3.3] MicroARN et énergétique cellulaire
    3.4] MicroARN, morphogenèse et cycle cellulaire
    3.5] MicroARN mitochondriaux
    3.6] MicroARN chloroplastiques
    3.7] MicroARN et cancer
    3.8] MicroARN et pathologie infectieuse
    4] Architecture générale d'un réseau
    de régulation génétique et robustesse
    5] Perspective : rôle de l'évolution.
    Exemple : régulation du métabolisme du fer
    6] Conclusion
    7] Annexe mathématique
    7.1] Définition mathématique d'un réseau et propriétés dynamiques
    7.2] Approximation de la distance de Hamming circulaire
    Chapitre 4 (page 159)
    Jean-Pierre Françoise & et Marion Lahutte-Auboin
    Systèmes multi-échelles impulsionnels
    au voisinage de leur courbe critique
    1] Le contexte biologique : le rôle du lactate en physiologie,
    un nouveau paradigme
    2] Modèle pour l'échange des flux de lactate
    2.1] Échanges à travers l'unité fonctionnelle « vasculaire-interstitiel-cellulaire »
    2.2] Points stationnaires du système et isocline lente
    2.3] Courbe critique et portrait de phase
    3] Discussion sur les paramètres
    3.1] Limitations physiologiques de l'espace de phase
    3.2] Limites physiologiques des paramètres
    3.3] Simulations numériques
    4] Modèle avec stimulations
    4.1] La théorie des bifurcations
    4.2] Le système forcé avec un terme de contrôle
    4.3] Choix d'un forçage impulsionnel
    et explication géométrique de la déflexion
    4.4] Accrochage des fréquences
    5] Conclusions et perspectives
    Chapitre 5 (page 179)
    Arnaud Chauvière & Fernando Peruani
    Auto-organisation et agrégation
    cellulaire sans chimiotactisme
    Instabilités, ordre et désordre associés à la densité
    1] Modèle discret d'auto-organisation et d'agrégation cellulaire
    2] Modèles continus à deux vitesses
    pour la formation d'agrégats cellulaires
    2.1] Modèle de migration cellulaire en milieu fibreux
    2.2] Modèle minimal pour la formation d'agrégats cellulaires statiques : influence des phases d'immobilité dans une dynamique multicellulaire
    3] Généralisation à un modèle continu avec distribution de vitesses
    4] Conclusion
    Chapitre 6 (page 199)
    Bertrand Caré, Amanda Lo Van,
    Hugues Berry, Hédi Soula
    Signalisation sous contraintes spatiales
    Conséquences sur les conditions de stabilité
    et de bifurcation
    1] Impact du clustering membranaire : cas « overstacked »
    2] Situation plus réaliste : récepteurs contigus
    3] Hit & Run Pathway
    4] Clustering et oscillateur : bifurcation induite par l'espace
    5] Discussion
    Chapitre 7 (page 223)
    Nicolas Glade, Olivier Bastien & Hessam Hessami
    Phénomènes critiques en épidémiologie :
    résistance, spatialité, dynamiques humaines
    Des modèles aux applications
    1] Introduction
    1.1] Historique et motivations
    1.2] Données nouvelles, motivations nouvelles
    2] Cinétiques et mesures
    2.1] Cinétique SI avec délai (sans résistance)
    2.2] Cinétique SIR (avec résistance)
    2.3] Dynamique des groupes dans une population
    2.4] Mesures
    2.4.1] Indicateurs globaux obtenus à partir des cinétiques
    2.4.2] Micro et macro-événements
    2.4.3] Charges : charge infectieuse, charge sanitaire, charge de réserve
    2.4.4] Charges et criticalité comme signatures des maladies
    2.4.5] Utilisation des connaissances fines sur la dynamique infectieuse
    3] Modèles numériques
    3.1] Modèles spatialisés, modèles stochastiques
    3.2] Modélisation continue à EDO (espace
    globalement homogène) et EDP (espace localement homogène)
    3.3] SSA en temps continu (SSA-H et SSA-G)
    3.4] SSA en temps discret (SSA-AC et SSA-G)
    3.5] Systèmes multi-agents à groupes (SMA-G)
    4] Comportements critiques et oscillatoires
    4.1] Structure des populations :
    organisation globale et organisation locale
    4.2] Limitations des épidémies liées à la dynamique SIR
    5] Perspectives de modèles-outils pour l'épidémiologie
    Annexe A] Dynamiques SI et SIR
    A.1] Dynamique SI à délai (sans résistance)
    A.2] Dynamique SIR (avec résistance)
    A.3] À propos des équations de conservation [S]tot
    Annexe B] Surface effective
    Chapitre 8 (page 293)
    Sabir JACQUIR, Binbin XU,
    Stéphane BINCZAK, Jean-Marie BILBAULT
    Détection d'anomalie dans les signaux physiologiques
    1] De la membrane biologique à l'activité électrique
    1.1] Fonctions de la membrane plasmique
    1.2] Constituants moléculaires des membranes
    1.2.1] Résistance membranaire au repos
    1.2.2] Capacité membranaire
    1.3] Mécanismes des canaux ioniques
    1.4] Courants ioniques transmembranaires
    1.4.1] Courant de conduction
    1.4.2] Courant de diffusion
    1.5] Échanges ioniques au niveau de
    la cellule (exemple de la cellule cardiaque)
    1.6] Champ de potentiel extracellulaire et potentiel d'action
    1.7] Théorie du câble
    2] Observation expérimentale des signaux électriques cardiaques
    2.1] Modèle expérimental
    2.2] Champs de potentiels extra-cellulaires
    2.3] Classification de signaux
    3] Conditions expérimentales
    3.1] Cardiomyocytes en conditions basales
    3.2] Cardiomyocytes soumis à une stimulation électrique
    4] Approches de traitement et
    d'analyse non linéaires des données physiologiques
    4.1] Qualification de la non-linéarité dans les données physiologiques
    4.2] Diagramme de bifurcation
    4.3] Diagramme de Poincaré
    5] Reconstruction de l'espace de phase
    à partir des données expérimentales
    5.1] Dimension de plongement m
    5.2] Décalage temporel t
    5.2.1] t par la fonction d'autocorrélation
    5.2.2] t par l'information mutuelle
    5.2.3] t en fonction de m
    5.3] Espace de phase
    6] Conclusion
    Chapitre 9 (page 333)
    Véronique Thomas-Vaslin
    Complexité multi-échelle du système immunitaire :
    évolution, du chaos aux fractales
    1] Évolution du système immunitaire et concepts
    1.1] Système complexe interactif :
    organisme polygénomique, environnement et système immunitaire
    1.1.1] Organisme polygénomique
    1.1.2] Le système immunitaire et son environnement
    1.2] Bases conceptuelles théoriques en biologie et mathématiques
    1.3] Hypothèse d'émergence de l'auto-organisation
    arborescente multi-échelle du vivant et du système immunitaire
    1.3.1] Évolution des espèces et
    universalité fonctionnelle du système immunitaire
    1.3.2] Organisation arborescente dans le temps
    et l'espace : des écosystèmes aux immuno-récepteurs
    o Organisation arborescente du vivant
    o Organisation arborescente de l'organisme
    o Dissipation d'énergie et allométrie
    1.3.3] Structuration d'un système contraint. Émergence, diversité
    1.4] Développement et organisation
    du système immunitaire : créativité et sélection
    1.4.1] Interface fractale de la cognition immuno-récepteur/antigène
    1.4.2] Diversité somatique des immuno-récepteurs
    1.4.3] « Immunoception » de l'environnement et identité temporelle
    1.4.4] Différenciation et sélection thymique des lymphocytes T
    Répertoires et diversité
    o Sélection des répertoires
    o Autoréactivité et tolérance dominante
    1.4.5] Réponse immunitaire et contrôle
    1.4.6] Stabilité relative - compétition et diversité
    1.4.7] Historicité du système - transmission de caractères acquis
    1.4.8] Mémoire immunologique
    1.4.9] Résilience du système immunitaire
    1.5] Vieillissement du système immunitaire :
    imprédictibilité et désorganisation
    1.5.1] Désorganisation multi-échelle
    1.5.2] Rythmes biologiques et composante du temps
    1.5.3] Oscillations chaotiques et
    attracteurs dans le système immunitaire
    1.5.4] Instabilité, chaos, boucles de rétroaction :
    conséquences sur la dynamique des systèmes vivants
    1.6] Interprétation fractale-like du système immunitaire
    1.6.1] Construction/déconstruction et autocohérence
    1.6.2] Trajet hyperbolique dans l'espace et le temps
    1.6.3] Arborescence, dégénérescence et
    conservation de l'identité et de l'intégrité systèmes vivants
    1.7] Conclusions
    2] Observations expérimentales
    et modélisation du système immunitaire
    2.1] Approches qualitatives et quantitatives du système immunitaire
    2.1.1] Populations lymphocytaires et évolution au cours du temps
    2.1.2] Vieillissement, variabilité, diversité
    o Diversité et variabilité multi-échelle en
    fonction du vieillissement et du fond génétique
    o Sources de variabilité : augmentation
    de la variabilité avec le vieillissement
    o Score de diversité et de perturbation du
    répertoire lymphocytaire au cours du vieillissement
    o Prolifération lymphocytaire et vieillissement
    2.2] Déplétion transitoire du système
    2.3] Modélisations dans le temps et l'espace
    2.3.1] Modélisation in silico linéaire déterministe
    ou stochastique de la différenciation des thymocytes
    o Modélisation non linéaire et
    boucles de rétroaction lors de réponse immunitaire
    3] Perspectives
    Auteurs, résumés & abstracts (page 403)









  • Extrait
    Introduction
    Nicolas Glade & Angélique Stéphanou
    Le vivant discret et continu : dualité et complémentarité des modes de représentation en biologie théorique
    Chapitre 1
    Jacques Demongeot
    Des biomathématiques pour modéliser le vivant
    1] Introduction : panorama général des biomathématiques
    2] Des biomathématiques discrètes pour modéliser le vivant
    3] Des biomathématiques continues pour modéliser le vivant
    4] Perspectives
    5] Conclusion
    Chapitre 2
    Samuel Bernard
    Modélisation multi-échelles en biologie
    1] Introduction
    2] Du monoéchelle au multi-échelles en biologie
    3] Modèles basés sur les équations maîtresses
    4] Modélisation individu-centré
    5] Modèles hybrides continus-discrets
    6] Modèles EDP structurés
    7] Conclusion et discussion
    Chapitre 3
    Vitaly Volpert, Nikolay Bessonov, Nathalie Eymard, Alen Tosenberger
    Modèle multi-échelle de la dynamique cellulaire
    1] Introduction
    /> 2] Régulation intracellulaire et extracellulaire
    3] Mouvement du milieu
    4] Modèle multi-échelle
    5] Applications
    6] Discussion
    Chapitre 4
    Arnaud Chauvière, Haralampos Hatzikirou, Marco Tektonidis & Andreas Deutsch
    Introduction aux automates cellulaires de type « latticegas ». Application à la croissance in vitro des gliomes et à l’identification de leurs mécanismes d’invasion
    1] Introduction et objectifs du cours
    2] Généralités sur les automates cellulaires de type « lattice-gas »
    3] Modélisation de la croissance in vitro des gliomes
    Chapitre 5
    Emmanuel Promayon
    Modéliser les cellules comme des objets déformables 3D couplant biomécanique et chimie
    1] Introduction
    2] Modélisation
    3] Simulations
    4] Conclusion
    Chapitre 6
    Pascal Ballet, Alain Pothet, Gradimir Misevic, Anne Jeannin-Girardon, Alexandra Fronville, Vincent Rodin
    Une approche multi-agent pour la simulation en biologie cellulaire
    1] Introduction
    2] Historique
    3] Le défit de l’interdisciplinarité
    4] Modèle informatique
    5] Exemples d’application
    6] Enseignement et simulation individu-centré
    7] Conclusion
    Chapitre 7
    Julien Berro
    Approches individus-centrées pour l’étude du cytosquelette
    1] Introduction
    2] Le cytosquelette est un auto-assemblage de biopolymères
    3] Dynamique des filaments isolés
    4] Organisation collective de filaments et production de forces
    5] Organisation de structures intracellulaires
    6] Conclusion
    Chapitre 8
    Stéphanie Portet
    Assemblage in vitro des filaments intermédiaires
    1] Introduction
    2] Méthode
    3] Résultats
    4] Conclusion
    5] Annexe : Dérivations des ki,j
    Chapitre 9
    Hugues Berry
    Modélisation de la diffusion-réaction dans les milieux intracellulaires encombrés
    1] Le mouvement passif des macromolécules dans la cellule
    2] Modéliser la sous-diffusion anormale
    3] Conclusion : Sous-diffusion discrète, continue voire hybride
    Chapitre 10
    Patrick Amar
    Étude comparée de quelques méthodes de simulation de réactions biochimiques
    1] Modélisation continue à équations différentielles
    2] Modélisation discrète
    3] Le simulateur HSIM
    4] Oscillations et horloges biologiques
    Chapitre 11
    S. Randall Thomas
    Modélisation en physiologie
    1] Introduction
    2] Principes de base de biophysique et de thermodynamique
    3] Régulation à long terme de la pression artérielle : modèles physiologiques multi-organe, multi-échelle
    4] Fonction rénale et homéostasie
    5] Annexe
    Chapitre 12
    Pierre Baconnier
    Fractales, chaos et complexité en physiologie. À propos de la physiologie de la respiration chez les mammifères
    Préambule
    1] Introduction
    2] Morphologie de l’arbre trachéo-bronchique et géométrie fractale
    3] Oscillateurs respiratoires et chaos
    4] Systèmes complexes et physiologie
    Conclusion
    Chapitre 13
    Éric Fanchon
    La vie, les machines, l’information et les systèmes dynamiques
    1] Introduction : The language of God et The Book of Life…
    2] Gènes, séquences, information génétique
    3] Concept d’information, théorie de l’information
    4] Schrödinger : stochasticité et ordre biologique
    5] Notion de programme et déterminisme génétique
    6] Complexité et mesures de complexité
    7] Le vivant et la machine
    8] La fonction biologique
    9] Modéliser la dynamique des systèmes vivants
    Chapitre 14
    Sylvain Lespinats
    Le fléau de la dimension en biologie théorique
    1] Les métriques
    2] Dimension de l’espace et dimension intrinsèque des données
    3] Le fléau de la dimension
    4] Réduction de la dimension et analyse visuelle des données
    Auteurs & résumés/abstracts

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