The Role of Model Integration in Complex Systems Modelling: An Example from Cancer Biology

یکپارچه‌سازی مدل - فرآیندی که توسط آن می‌توان تلاش‌های مختلف مدل‌سازی را برای شبیه‌سازی سیستم هدف گرد هم آورد - یک فناوری اصلی در زمینه زیست‌شناسی سیستم‌ها است. در کار ارائه شده در اینجا، ادغام مدل به طور مستقیم با استفاده از سیستم های سرطان به عنوان مثال مورد بررسی قرار گرفت. یک مرور ادبیات عمیق برای بررسی فرم‌ها و انواع مدل‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، انجام شد. این برای رسمی کردن چالش‌های اصلی که یکپارچه‌سازی مدل ایجاد می‌کند، یعنی چالش پارادایم (فرمال‌گرایی که یک مدل بر آن استوار است)، تمرکز (سیستم دنیای واقعی که مدل نشان‌دهنده آن است) و مقیاس استفاده شد.

A. استراتژی ادغام مدل دو لایه، از جمله رویکرد دانش محور برای پرداختن به معناشناسی مدل، برای مقابله با این چالش ها توسعه داده شد. در مرحله اول، یک توصیف جدید از مدل‌ها در سطح رفتار، به جای مبنای ریاضی یا محاسباتی دقیق مدل، با تقطیر مجموعه‌ای از کلاس‌ها و ویژگی‌های انتزاعی ایجاد می‌شود. اینها می توانند رفتار مدل را به دقت توصیف کنند و از این رو تمرکز را به گونه ای توصیف می کنند که می تواند با توصیفات رفتاری سایر مدل ها ادغام شود. در مرحله دوم، این رفتار با تبدیل مدل‌ها به قوانین تعامل محلی، به یک سیستم مبتنی بر عامل تجزیه می‌شود.

این کتاب ارائه‌ای مفصل و کاملاً یکپارچه از روش ارائه می‌کند، که هم جنبه‌های نظری و هم عملی جدید آن را در بر می‌گیرد. جنبه‌هایی که خواننده را قادر می‌سازد تا عملاً آن را به نیازهای یکپارچه‌سازی مدل خود در تحقیقات دانشگاهی و محیط‌های حرفه‌ای اعمال کند. متن از خود حمایت می کند. همچنین شامل یک کتاب‌شناسی عمیق به مقالات و ادبیات تحقیقاتی مرتبط است. بررسی وضعیت فعلی هنر در مدل‌سازی تومور ارزش افزوده‌ای را ارائه می‌دهد.

Model integration – the process by which different modelling efforts can be brought together to simulate the target system – is a core technology in the field of Systems Biology. In the work presented here model integration was addressed directly taking cancer systems as an example. An in-depth literature review was carried out to survey the model forms and types currently being utilised. This was used to formalise the main challenges that model integration poses, namely that of paradigm (the formalism on which a model is based), focus (the real-world system the model represents) and scale.

A two-tier model integration strategy, including a knowledge-driven approach to address model semantics, was developed to tackle these challenges. In the first step a novel description of models at the level of behaviour, rather than the precise mathematical or computational basis of the model, is developed by distilling a set of abstract classes and properties. These can accurately describe model behaviour and hence describe focus in a way that can be integrated with behavioural descriptions of other models. In the second step this behaviour is decomposed into an agent-based system by translating the models into local interaction rules.

The book provides a detailed and highly integrated presentation of the method, encompassing both its novel theoretical and practical aspects, which will enable the reader to practically apply it to their model integration needs in academic research and professional settings. The text is self-supporting. It also includes an in-depth current bibliography to relevant research papers and literature. The review of the current state of the art in tumour modelling provides added value.