Dynamical modeling and analysis of large cellular regulatory networks.

The dynamical analysis of large biological regulatory networks requires the development of scalable methods for mathematical modeling. Following the approach initially introduced by Thomas, we formalize the interactions between the components of a network in terms of discrete variables, functions, and parameters. Model simulations result in directed graphs, called state transition graphs. We are particularly interested in reachability properties and asymptotic behaviors, which correspond to terminal strongly connected components (or "attractors") in the state transition graph. A well-known problem is the exponential increase of the size of state transition graphs with the number of network components, in particular when using the biologically realistic asynchronous updating assumption. To address this problem, we have developed several complementary methods enabling the analysis of the behavior of large and complex logical models: (i) the definition of transition priority classes to simplify the dynamics; (ii) a model reduction method preserving essential dynamical properties, (iii) a novel algorithm to compact state transition graphs and directly generate compressed representations, emphasizing relevant transient and asymptotic dynamical properties. The power of an approach combining these different methods is demonstrated by applying them to a recent multilevel logical model for the network controlling CD4+ T helper cell response to antigen presentation and to a dozen cytokines. This model accounts for the differentiation of canonical Th1 and Th2 lymphocytes, as well as of inflammatory Th17 and regulatory T cells, along with many hybrid subtypes. All these methods have been implemented into the software GINsim, which enables the definition, the analysis, and the simulation of logical regulatory graphs.

Projecte d'energia solar tèrmica

El proyecto consiste en el diseño de una instalación solar térmica para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en un edificio de nueva construcción en la localidad de Mollerussa (Lleida). Se han estudiado las necesidades térmicas de ACS en atención a las características constructivas y funcionales del edificio, dando cumplimiento a la normativa vigente. Conocida la demanda energética esperada, se han analizado los datos climatológicos y de temperatura de red de agua fría propios del emplazamiento, y se ha propuesto un campo de captación compuesto por captadores planos y los distintos subconjuntos que componen la instalación: acumulación, transferencia térmica, trazado hidráulico, regulación y control, y energía auxiliar. Con ello se ha llevado a cabo una simulación energética mediante la herramienta TSOL, software de simulación solar recomendado por entidades de reconocido prestigio, para comprobar que se han alcanzado los objetivos del sistema propuesto. Por último, se ha realizado un estudio del beneficio medioambiental que supone la instalación proyectada, indicando el ahorro energético para el usuario y las toneladas equivalentes de dióxido de carbono evitadas.

Agent based simulation to optimise emergency departments

Nowadays, many of the health care systems are large and complex environments and quite dynamic, specifically Emergency Departments, EDs. It is opened and working 24 hours per day throughout the year with limited resources, whereas it is overcrowded. Thus, is mandatory to simulate EDs to improve qualitatively and quantitatively their performance. This improvement can be achieved modelling and simulating EDs using Agent-Based Model, ABM and optimising many different staff scenarios. This work optimises the staff configuration of an ED. In order to do optimisation, objective functions to minimise or maximise have to be set. One of those objective functions is to find the best or optimum staff configuration that minimise patient waiting time. The staff configuration comprises: doctors, triage nurses, and admissions, the amount and sort of them. Staff configuration is a combinatorial problem, that can take a lot of time to be solved. HPC is used to run the experiments, and encouraging results were obtained. However, even with the basic ED used in this work the search space is very large, thus, when the problem size increases, it is going to need more resources of processing in order to obtain results in an acceptable time.

3D visualization software to analyze topological outcomes of topoisomerase reactions.

The action of various DNA topoisomerases frequently results in characteristic changes in DNA topology. Important information for understanding mechanistic details of action of these topoisomerases can be provided by investigating the knot types resulting from topoisomerase action on circular DNA forming a particular knot type. Depending on the topological bias of a given topoisomerase reaction, one observes different subsets of knotted products. To establish the character of topological bias, one needs to be aware of all possible topological outcomes of intersegmental passages occurring within a given knot type. However, it is not trivial to systematically enumerate topological outcomes of strand passage from a given knot type. We present here a 3D visualization software (TopoICE-X in KnotPlot) that incorporates topological analysis methods in order to visualize, for example, knots that can be obtained from a given knot by one intersegmental passage. The software has several other options for the topological analysis of mechanisms of action of various topoisomerases.

Desarrollo de software para el procesado numérico en tarjetas gráficas

Debido al gran número de transistores por mm2 que hoy en día podemos encontrar en las GPU convencionales, en los últimos años éstas se vienen utilizando para propósitos generales gracias a que ofrecen un mayor rendimiento para computación paralela. Este proyecto implementa el producto sparse matrix-vector sobre OpenCL. En los primeros capítulos hacemos una revisión de la base teórica necesaria para comprender el problema. Después veremos los fundamentos de OpenCL y del hardware sobre el que se ejecutarán las librerías desarrolladas. En el siguiente capítulo seguiremos con una descripción del código de los kernels y de su flujo de datos. Finalmente, el software es evaluado basándose en comparativas con la CPU.

Coltop3D: A new software for structural analysis with high resolution 3D point clouds and DEM

Coltop3D is a software that performs structural analysis by using digital elevation model (DEM) and 3D point clouds acquired with terrestrial laser scanners. A color representation merging slope aspect and slope angle is used in order to obtain a unique code of color for each orientation of a local slope. Thus a continuous planar structure appears in a unique color. Several tools are included to create stereonets, to draw traces of discontinuities, or to compute automatically density stereonet. Examples are shown to demonstrate the efficiency of the method.

Simulation des caractéristiques ECG du syndrome de Brugada à l'aide d'un programme de modélisation 3D

Introduction : Le syndrome de Brugada, décrit en 1992 par Pedro et Josep Brugada, est un syndrome cardiaque caractérisé par un sus-décalage particulier du segment ST associé à un bloc de branche droit atypique au niveau des dérivations ECG V1 à V3. Les altérations ECG du syndrome de Brugada sont classifiées en 3 types dont seul le type 1 est diagnostique. Les mécanismes physiopathologiques exacts de ce syndrome sont pour le moment encore controversés. Plusieurs hypothèses sont proposées dans la littérature dont deux principales retiennent l'attention : 1) le modèle du trouble de repolarisation stipule des potentiels d'action réduits en durée et en amplitude liés à un changement de répartition de canaux potassiques 2) le modèle du trouble de dépolarisation spécifie un retard de conduction se traduisant par une dépolarisation retardée. Dans le STEMI, un sus-décalage ST ressemblant à celui du syndrome de Brugada est expliqué par deux théories : 1) le courant de lésion diastolique suggère une élévation du potentiel diastolique transformé artificiellement en sus-décalage ST par les filtres utilisés dans tous les appareils ECG.¦Objectif : Recréer les manifestations ECG du syndrome de Brugada en appliquant les modifications du potentiel d'action des cardiomyocytes rapportées dans la littérature.¦Méthode : Pour ce travail, nous avons utilisé "ECGsim", un simulateur informatique réaliste d'ECG disponible gratuitement sur www.ecgsim.org. Ce programme est basé sur une reconstruction de l'ECG de surface à l'aide de 1500 noeuds représentant chacun les potentiels d'action des ventricules droit et gauche, épicardiques et endocardiques. L'ECG simulé peut être donc vu comme l'intégration de l'ensemble de ces potentiels d'action en tenant compte des propriétés de conductivité des tissus s'interposant entre les électrodes de surface et le coeur. Dans ce programme, nous avons définit trois zones, de taille différente, comprenant la chambre de chasse du ventricule droit. Pour chaque zone, nous avons reproduit les modifications des potentiels d'action citées dans les modèles du trouble de repolarisation et de dépolarisation et des théories de courant de lésion systolique et diastolique. Nous avons utilisé, en plus des douze dérivations habituelles, une électrode positionnée en V2IC3 (i.e. 3ème espace intercostal) sur le thorax virtuel du programme ECGsim.¦Résultats : Pour des raisons techniques, le modèle du trouble de repolarisation n'a pas pu être entièrement réalisée dans ce travail. Le modèle du trouble de dépolarisation ne reproduit pas d'altération de type Brugada mais un bloc de branche droit plus ou moins complet. Le courant de lésion diastolique permet d'obtenir un sus-décalage ST en augmentant le potentiel diastolique épicardique des cardiomyocytes de la chambre de chasse du ventricule droit. Une inversion de l'onde T apparaît lorsque la durée du potentiel d'action est prolongée. L'amplitude du sus-décalage ST dépend de la valeur du potentiel diastolique, de la taille de la lésion et de sa localisation épicardique ou transmurale. Le courant de lésion systolique n'entraîne pas de sus-décalage ST mais accentue l'amplitude de l'onde T.¦Discussion et conclusion : Dans ce travail, l'élévation du potentiel diastolique avec un prolongement de la durée du potentiel d'action est la combinaison qui reproduit le mieux les altérations ECG du Brugada. Une persistance de cellules de type nodal au niveau de la chambre de chasse du ventricule droit pourrait être une explication à ces modifications particulières du potentiel d'action. Le risque d'arythmie dans la Brugada pourrait également être expliqué par une automaticité anormale des cellules de type nodal. Ainsi, des altérations des mécanismes cellulaires impliqués dans le maintien du potentiel diastolique pourraient être présentes dans le syndrome de Brugada, ce qui, à notre connaissance, n'a jamais été rapporté dans la littérature.

Aplicación de la ingeniería del software sobre la herramienta MATE: Common y DMLib

Aquest projecte intenta implantar una metodologia de treball sobre MATE. MATE es una eina de sintonització d'aplicacions paral·leles sorgida de la tesis doctoral d'Anna Sikora a 2003. Vistos els resultats obtinguts, es va decidir donar un pas endavant i convertir-la en un producte software Open Source. Per fer-ho ha sigut necessari aplicar una serie d'estàndards i fer un proces de tests. En aquest treball s'ha creat part de la metodologia i s'han modificat dos dels mòduls principals.

Synchronous versus asynchronous modeling of gene regulatory networks.

MOTIVATION: In silico modeling of gene regulatory networks has gained some momentum recently due to increased interest in analyzing the dynamics of biological systems. This has been further facilitated by the increasing availability of experimental data on gene-gene, protein-protein and gene-protein interactions. The two dynamical properties that are often experimentally testable are perturbations and stable steady states. Although a lot of work has been done on the identification of steady states, not much work has been reported on in silico modeling of cellular differentiation processes. RESULTS: In this manuscript, we provide algorithms based on reduced ordered binary decision diagrams (ROBDDs) for Boolean modeling of gene regulatory networks. Algorithms for synchronous and asynchronous transition models have been proposed and their corresponding computational properties have been analyzed. These algorithms allow users to compute cyclic attractors of large networks that are currently not feasible using existing software. Hereby we provide a framework to analyze the effect of multiple gene perturbation protocols, and their effect on cell differentiation processes. These algorithms were validated on the T-helper model showing the correct steady state identification and Th1-Th2 cellular differentiation process. AVAILABILITY: The software binaries for Windows and Linux platforms can be downloaded from http://si2.epfl.ch/~garg/genysis.html.

Inventari de CO2 a l’àrea de Barcelona com exemple d’emissions de gasos amb efecte hivernacle: càlcul de les emissions amb les eines de SIG i publicació dels resultats amb software lliure

El present document és la memòria descriptiva dels treballs realitzats per Matthias Wozel durant el projecte final del Màster en Tecnologies de la Informació Geogràfica, 12ª edició, durant el transcurs del conveni de col·labració entre el Departament de Geografia i AUMA Consultores en medio ambiente y energía SL. El projecte final consisteix, en primer lloc, en l’elaboració d’un inventari d’emissions de CO2 causades per la combustió i per processos industrials per a l’àrea de Barcelona per l’any 2008. L’inventari diferencia les emissions segons els tipus d’activitat: trànsit, port, aeroport, focus industrials, singulars i centrals elèctriques i focus domèstics i comercials. A la segona part del projecte es publiquen els resultats de l’inventari a una aplicació web amb software lliure

Disseny i desenvolupament d’una aplicació web basada en software lliure per a la gestió d’incidències de les Vies Verdes de Girona

El present document és la memòria descriptiva dels treballs realitzats per la Laura Vergoñós Pascual durant el projecte final del Màster en Tecnologies de la Informació Geogràfica, 12a edició, durant el transcurs del conveni de col·labració entre el Departament de Geografia i el SIGTE (Servei d’Informació Geogràfica i Teledetecció). S’hi exposen la seqüència de tasques realitzades durant el desenvolupament d’una aplicació web basada en software lliure per a la gestió d’incidències de les Vies Verdes de Girona. Processos: construcció de la base de dades, disseny i anàlisi de requeriments de l’aplicació, solució de programació, resultats