计划
法国科学院通报

生物模型化/生物建模
相互作用模式与青年生活模式相同
康普特斯·伦德斯。《生物学》,第329卷(2006)第12期,第938-944页。

简历

《生物系统现代化方法》(Nous présentons une méthode de modélisation des systèmes biologiques,la theorie des re seaux de jeux)。Celle-ciétend la théorie des jeux en aurgent le nombre de jeux possibles et en permettent aux«jouers»de participlieráplusieurs d entre eux simutanement。某些概念的重要性体现在对生物系统的分析、地方相互作用和模块化、生物多样性的研究。

我们提出了一种对生物系统建模的方法,即博弈网络理论。它扩展了博弈论,将游戏数量相乘,并允许代理人同时玩几个游戏。然后可以对生物系统的一些重要概念进行建模,例如相互作用的局部性和模块性。

梅塔丹内斯
回复:
接受:
出版物:
内政部:2016年10月10日/j.crvi.2006.03.024
主题:Réseaux de jeux、Théorie des jeux,相互作用moléculaires、Localité、Modularité
关键词:游戏网络,游戏理论,分子相互作用,局部性,模块性

马蒂厄·曼奇尼1 ; 查菲卡·切塔维1 ; 米歇尔·马洛1 ; 乔治亚州巴洛瓦茨-迈蒙1 ; 弗兰克·德拉普拉斯1

1IBISC,FRE 2873 CNRS,埃夫里大学,tour Evry-2,523,place des Terrases-de-l'Agora,91000埃夫里,法国
@文章{CRBIOL_2006__329_12_938_0,author={马蒂厄·曼奇尼(Matthieu Manceny)、查菲卡·切塔维(Chafika Chettaoui)、米歇尔·马洛(Michel Malo)、乔治亚·巴洛瓦茨·梅蒙(Georgia Barlovatz-Meimon)和弗兰克·德拉普拉斯(Franck Delaplace)},title={Mod\'eliser-les interactions mol\'eculaires par la th\'eorie des r\'eseaux de jeux},journal={Comptes-Rendus.Biologies},页面={938-944},publisher={Elsevier},体积={329},数字={12},年份={2006},doi={10.1016/j.crvi.2006.03.024},语言={fr},}
TY-JOUR公司澳大利亚-马蒂厄·曼奇尼澳大利亚-查菲卡·切塔维澳大利亚-米歇尔·马洛非盟-乔治亚州Barlovatz-Meimon澳大利亚-弗兰克·德拉PlaceTI-相互作用模式JO-康普特斯·伦德斯。生物学2006年上半年SP-938型EP-944VL-329为-12PB-爱思唯尔DO-2016年10月10日/j.crvi.2006.03.024LA-前部ID-CRBIOL_2006__329_12_938_0呃-
%0期刊文章%马蒂厄·曼奇尼%查菲卡·切塔维%米歇尔·马洛%乔治亚州Barlovatz-Meimon%A Frank Delaplace先生%T Modéliser les interactions moléculaires par la théorie des re seaux de jeux的互动模式%《康普特斯·伦德斯杂志》。生物学%D 2006年%电话:938-944%伏329%N 12号%我爱思唯尔%2016年10月10日/j.crvi.2006.03.024日%G前%对于CRBIOL_2006__329_12_938_0
马蒂厄·曼奇尼(Matthieu Manceny);Chafika Chettaoui;米歇尔·马洛;乔治亚州巴洛瓦茨-迈蒙;弗兰克·德拉Place。互动模式是一种特殊的互动模式。康普特斯·伦德斯。《生物学》,第329卷(2006)第12期,第938-944页。doi:10.1016/j.crvi.2006.03.024。https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/articles/10.1016/j.crvi.2006.03.024/

文本integral原始版本

英文简写版

介绍

通过“高通量”技术对分子网络的研究基于硅内建模和实验验证的耦合。这种跨学科的方法使我们通过整合计算来制定假设,从而重新审视模型——实验周期。由于需要自动处理大量生物数据而产生的交互,产生了新的问题,这些问题集中在生物建模计算框架的概念因此,问题是根据方法、生物学观察和可能的治疗应用,通过这些正式模型正确解释数据。这种解释可能会导致更好地理解生物功能。因此,计算模型通过描述交互网络及其代理在其环境中或在全球网络中的角色,对生物功能进行了解释。

如何从相互作用及其动力学中了解分子试剂在实现生物功能中所起的作用?事实证明,问题在于弥合从数据到功能知识的差距。一种可能的方法是将每个代理的角色表达为“要实现的目标”。因此,该函数将由协同作用每个代理的目标。解释的有效性基于模型中协同作用的一致性。

考虑其他学科中用于描述复杂交互的模型变得很有趣。博弈论构成了这种建模的特权框架。利用博弈论,可以研究玩家(或代理人)如何做出选择(或策略),如何根据博弈进行演变,以实现自身预期利润(或回报)的最大化。在这种基于游戏的建模中,相互作用被确定为一个游戏,生物平衡等同于游戏平衡(纳什平衡)。

然而,生物系统的复杂性在一定程度上被博弈论所覆盖。更具体地说,缺少局部性和模块性等概念。为了处理这些不同的概念,我们提出了博弈论的原始扩展:博弈网络理论.

博弈论

战略博弈论描述了一组代理(或玩家)一起交互的情况。代理一次性地同时选择一种策略。将策略分配给每个代理定义了一个游戏配置,从中可以确定收益。在战略游戏中,每个代理都被视为理性的–其目标是实现回报最大化–以及完全知情其他代理人的报酬。

这个纳什均衡是博弈论中的一个主要概念。在某种程度上,纳什均衡可以被视为稳定配置战略游戏。当每个代理人的策略是对其他参与者策略的最佳反应时,就达到了纳什均衡。因此,任何代理人都不能单方面偏离纳什均衡而不降低其回报。

生物游戏。在生物学中,战略游戏代表了生物制剂(蛋白质、基因……)。代理人的策略描述了他们的可能实验可观察状态(亲和力、表达水平、浓度、构象……)。为每个游戏配置设置回报,并量化此配置的相关性与各种因素的状态进行比较。

博弈论用于通过纳什均衡的计算,从相互作用中描述系统的生物平衡。显然,这种计算与收益高度相关。将策略视为代理的状态,与其他代理的可能状态(策略)相比,最高回报将被设置为代理的最稳定策略。事实上,根据其他参与者确定的配置,最大化一个人的回报意味着收敛到一个人最稳定的状态。

博弈网络理论

生物系统通常由大量相互作用的物质组成。为了处理交互的惊人复杂性,必须强调相互作用的局部性几乎没有代理进行紧密交互。在生物案例研究中经常会遇到这样的行为,但不能用博弈论直接建模。它需要为理论配备一些能够捕捉这些概念的特征。

基本上博弈网络理论通过利用相互作用的局部性来处理大型生物网络。游戏网络是一个由游戏和代理组成的网络,在这个网络中,代理可以同时玩几个游戏,但对于它所依赖的所有游戏,它只玩一种策略。游戏网络通过考虑两个层次的均衡,即局部均衡和全局均衡,扩大了均衡的定义。局部均衡对应于每个博弈的通常纳什均衡,而全局均衡是网络规模上的配置。全局均衡是通过组合各种局部均衡来获得的。给定一个博弈,局部均衡只取决于一个博弈描述的相互作用。但是,全球均衡取决于网络的所有交互作用(因为所有代理都必须处于局部均衡状态)。因此,局部和全局平衡允许我们按比例放大:从局部相互作用中,我们确定了一种全球行为,通过网络规模上的平衡来确定。

模拟生物系统。生物系统的建模可以用以下方式描述。实验使我们能够描述系统的演变,以确定该系统的各种配置之间的关系(例如,确定一种配置比另一种配置更稳定)。从这些实验中,定义了收益的关系(给定一个代理,它参与的配置越稳定,它的收益就越高)。全球平衡的理论研究使我们能够确定生物系统的平衡状态。

模块。发现生物网络中的模块化活动是一个具有挑战性的问题,因为模块指相对于其他系统组件具有独立性的功能单元。这些模块将构成“基本构建块组成系统并可以将复杂的生物功能解释为模块的“集合”。

游戏网络理论自然地将模块与构成网络的游戏联系在一起。然而,有必要规定,这些模块是通过考虑交互的动力学而非简单的网络结构来识别的。

结论

我们使用博弈网络理论对基因网络和参与癌细胞迁移的部分纤溶酶原激活物系统(PA)进行建模。研究结果强调了纤溶酶原激活物抑制剂PAI-1的核心作用,以及与两种特征生物状态(非迁移状态和促迁移状态)相对应的两种全局平衡的存在。这些结果得到了实验的证实。

1引言

L’étude des réseaux moléculaires par des techniques dites de hautébit se fonde sur le couplage entre modélisation公司生物信息学et验证实验。Cette approche inter-sciplinaire actualise le cycle modèle–paillasse en intégrant l’informatique pour la formulation d'hythohèses。Cette互动,生物大批量自动化训练的问题,提出了新的中心问题干部概念生物模块化计算.Il’agit ici’interpréter correction les données gráceáces modèles informatiques,au des méthodes,des observations biologiques ainsi que des applications the rapeutiqueséventuelles。《生物功能综合研究》(Une meilleure comprehension des functions biologiques est au cœur de cete enjeu)。Ainsi,le modèle informatique formulerait une explication des functions biologiques en caractérisant le róle du re seau d’interactions et des ses agents,soit dans le contexte de son environnement,soit au d'un re seao global公司。

评论,作为互动的一部分和我们的动态,估计可能会有“额外的反应”(extire des renseignements sur le róle jouépar les agents moléculaires dans l’accomplissement’une function biologique)?事实上,互动的互动带来了可理解性的问题,尤其是额外的沟通功能。可能的不接近包括“但事实上”的行为人。Ainsi,la功能的扩展协同作用des buts ou róles de chacun(但是你是查村的人)。《欧洲共同市场上的模式休憩的有效解释》(La validitéde l’e expression par le modèle resole sur La cowérence de cette synergie)。

Il devient alors inteéressant de se pencher sur les modèles utilis dans d'autres学科要求相互作用。Dans cette观点,耶鲁街构成联合国干部特权类型的现代化。Elle permet d’éstudier comment des jouers(ou agents)voientévoller leur choix(ou leurétat)en function de la nature des interactions(le jeu),dans le but de maximizer leur越来越受欢迎。生物多样性研究的模式包括相互作用。《生物平衡》(Leséquilibres biologiqueséequivalent dans ce modèle auxéquilbres du jeu)。

Néanmoins,la théorie des jeux ne traduit que partiallement le caractère complexe des systèmes biologiques;特别是ilmanque,des concepts告诉了que la localitéet la modularité。虽然存在着不同的概念,但理论上提出了延伸的概念,耶稣受难日.

2天

《新闻》提出了关于新闻的基本概念。名词解释确保了生物系统的现代化,以及特殊的法律法规。Le elector pourra seréférerá[1]为我们的愿景加油,再加上一份完整的工作。

2.1战略方针

2.1.1 Jeux战略

1944年冯·诺依曼和摩根斯坦简介[2]《正义战略》提出了“代理人选择、同时和未来的互动模式”。De plus,chaque代理est理性的–ilchercheámaximizer子收益–etparfaitement通知des获得des autres代理。联合国马尼拉苏万特战略有限公司(un jeu stratégique se définit de la manière suivante):

定义2.1战略

Un-jeu stratégique公司Γest非三联体A类,C类,u个欧:

  • A类我是特工,你焦耳;
  • C类={C类}A类est un合奏战略;C类={c(c)1,,c(c)}joueur战略est l'ensemble des strateégies du joueur;
  • u个=(u个)A类est le vecteur des酒店收益函数;u个:×A类C类R(右)最新功能-获得最新进展suivant la configuration du jeu,c'est-dire les stratégies de l'ensemble des joueurs。

2.1.2再现表

Les jeux战略2×2–2 jouers ayant chacun 2 stratégies–sont souvent utilisés en théorie des jeux pour en présenter les概念。Un tel jeu est bitulelement représentépar Un tableau oles stratégies du premier joueur sont en lignes et celles du second joueure en colones.联合国电视台习惯报道。Ainsi,dans l’example de la艾恩斯图1,西勒·焦厄x个朱萨·斯特拉吉远离的等等萨斯特拉吉,un gain de 0 est attribuéau joueurx个第二天上午的收益.

图1

电路代表了抑制mutuelle。

2.1.3纳什均衡

联合国概念中心(Un concept central en the orie des jeux est la concept d’)纳什均衡 [3]:

纳什均衡定义2.2

Soit公司Γ=A类,C类={C类}A类,u个=(u个)A类un-jeu stratégique。Nash est une配置不均衡c(c)×A类C类telle que(电视台):
A类,c(c)C类,u个((c(c),c(c)))u个(c(c))
奥卢(c(c),c(c))对应a-la配置c(c)今天的比赛朱萨·斯特拉吉c(c)(普洛托克)c(c)).

Leséquilibres de Nash permettent de capturer Les configurations stables d'un jeu stratégique(纳什永久性俘虏配置稳定)。Eneffet,dans unéquilibre de Nash,la stratégie joue e par l’agent埃斯特拉梅勒鲁·雷蓬斯(meilleure réponse)可能的auxégies des autres joueurs战略。L'a代理n’a donc pas d’intérátáchanger,seul,de stratégie。

2.2 Jeux生物

在生物学领域,les jeux permettent de représenter des interactions entre生物制剂(保护、保护……)。《经纪人战略》(Les stratégies des agents caractérisent alors leurs differents)观察到的数据(亲合度、表达、浓度、构象……)。获得属性属性的功能在jeu une valeur spe cifique配置中,appelée gain,qui-quantifie la切特配置的相关性au尊重差异代理。

洛杉矶监管机构(Regulation génétique),le controlóle de l’expression du taux de transcription des gènes,est habituellement représentée e par un re seau de réregulation,ou grape。Les gènes,ou produits de gène s,intergissant sont relisés par un arcétiqueté«+»dans le cas d'une activation et«–»dans-le cas d'une inhibition。

L’example de la图1发表联合国巡回赛双人秀x个吸入勒盖内et(等)吸入x个). Dans ce jeu biologique de réregulation,les deux agents sont公司x个et(等).考虑到双重战略,代理人:la stratégie«远离的»代表le cas oöle gène’exprime pas et la stratégie«»le cas o'le gène’exprime。系统动态管理模块功能:six个朱萨·斯特拉吉远离的(x个ne’exprime pas),或x个非负性影响等我来倒酒美国东部时间(“exprime)plutót que l’état”远离的.硅x个战略之旅,阿洛斯x个不受影响的消极社会等我来倒酒美国东部时间远离的普洛托克列塔.塞隆莱斯战略x个(分别为。),在佩特·阿洛斯(peut alors)和奥多纳(ordonner)-莱斯(les gains de)(分别为。x个):le增益de(x个=远离的,=远离的)最重要的信息(x个=远离的,=)等增益de(x个=,=远离的)最美味的食物(x个=,=).

2.3纳什均衡生物

《相互作用系统的生物平衡》,《纳什平衡计算》。收益关系属性辅助战略提供条件计算。《战略》记者认为,《战略》可能是针对代理人的,而《战略》则是针对代理人。事实上,最大化子增益意味着收敛比子增益加上稳定的配置极限函数。在纳什均衡的情况下,整个系统(tous les joueurs)都在均衡中运行。为了让我高兴,纳什的平衡是可能的;查村代表了生物系统的差异。Ainsi,dans l’example de la双重抑制de la图1关于纳什奎的麻烦双人组通讯员阿尔·杜盖内的报道x个(分别为。)etál“bsence”表达式duène(分别为。x个).

Cette approche假设que leséquilibres de Nash通讯员a desétats稳定了动态系统的统一类,并对其进行了研究。数学,有大学文凭。Elle通讯员:jeux appelée jeuxéevolutionnaires公司[4],comprend,entre autres,复制品的四重奏[5].

3工作日

新的国际法,扩展了国际法,地方法相互作用干涉了生物过程。

3.1 Biologie et réseaux de jeux公司

生物系统代表着伟大的非生物制剂(molécules,gènes…)的惯习,而非生物系统则代表着人类。Cepensel,ces相互作用于“中间人”。例如,在观察的情况下,特工们在行动中采取了统一的行动。关于parle alors de局部交互作用.电话组成和日常生活。Eneffet,dans un jeu,tous les jouers jouent合奏。最重要的是在社区互动场所,在生物领域,在社区互动。

Dans un réseau de jeux,联合国特工peut参与者a plusieurs jeux等。Ceperse,l'agent doit jouer la méme stratégie,quel que soit le jeu auquel il participle,我是一名特工。联合国马尼拉suivante有限责任公司(un re seau de jeux se définit de la manière):

定义3.1 Réseau de jeux

Un réseau de jeux est Un三胞胎A类,C类,U型欧:

  • A类最危险的特工,你们这些家伙;
  • C类={C类}A类est un ensembly d’ensemblies de stratégies;C类={c(c)1,,c(c)}joueur战略est l'ensemble des strateégies du joueur;
  • U型={A类j个,u个j个}est un合奏de jeux avec pour chaque nœudA类j个A类特工安全网u个j个=(u个j个:×A类C类R(右))A类实现代理人利益的载体。

《联合国战略情报》特工、汽车房和身份证充斥着《联合国政治情报》。Elles sont don c associates a l’agent plutót qu'au jeu。

3.1.1再现图形

Les réseaux de jeux peuvent se représenter sous组成了两翼,丹麦公社图2Dans un tel grape,les agent sont représentés par un cercle qui contient leur nom et les jeux par des矩形。Les agents sont reliés aux jeuxquels ils参与者。丹斯莱斯卡斯德拉图2在indique directment dans les矩形le tableau de gains du jeu上。

图2

法律法规和法律。

3.1.2法规示例

洛杉矶图2提供非监管代理的范例:参与者对mutuelle avec的抑制x个etáune激活mutuelle avecz(z).最终参与者的基本性质a双打,l'un avecx个禁止饮酒(身份证图1)et l'autre avec等z(z)pour décrire leurs激活。

3.2 Equilibres locaux、Equilibers globaux

Un-jeu stratégique modélise Un ensembly d'interactions entre tous ses joueurs的互动模式。Dans un re seau de jeux,les相互作用装置加复合物。联合国特工唐恩·埃娃(donnéva interagir avec certains joueurs)(参与人alors au méme jeu),mais pas avec d'autres。Ceperson,l’etat de cet特工peut avoir une influence sur图斯《法国青年报》。Pour prendre en compte ce phénomène,nus définissons deux niveaux d’équilibres:

  • –莱斯雷奎里斯·洛科记者auxéquilibres de Nash de chacun des jeux qui component le réseau。这是一个生物平衡中心区域。Dans l'example de la舞蹈团图2关于特鲁夫·安西·德乌塞奎利布雷斯(trouve ainsi deuxéquilibres locaux pour le jeu)x个/(x个=远离的,=)et(等)(x个=,=远离的)–et deuxéquilibres locaux pour le jeu/z(z)(=远离的,z(z)=远离的)et(等)(=,z(z)=);
  • –莱斯全球平衡记者a une situation d’équilibre租户compte de tous les jeux du re seau。《全球平衡》(Leséquilibres globaux sont calculés en deux temps):《世界平衡》(tout d’abord en calculatant Leséquilbres locaux de chaque jeu)、《世界联合》(puis en combinant et sélectionant ces quilibers locaux pour qu'ils soient compatibles entre eux)。全球存在的不平衡是一种通过解决当地所有人参与的不平衡情况来实现战略的代理人。Dans l'example de la舞蹈团图2,佩特·埃弗里·拉斯特雷吉远离的欧点.我有一个双人平衡球:(x个=,=远离的,z(z)=远离的)et(等)(x个=远离的,=,z(z)=).
女同性恋雷奎里斯·洛科待定,pour un特工donné,des interactions que cet特工entertient avec les autres特工du re seau。Cepelt,pour ce méme特工,莱斯全球平衡依赖的、非规则的交互,qu’il entertient,maiségalement de l’ensemble des interactions duéseau。De fait,les concepts d’equilibres locaux et globaux autorisent un(德费特,莱斯概念:地方平衡和全球自主)变革d’échelle:参与互动的场所,关于确定不构成要素的全球识别标准。埃蒂尔·埃斯特·德加(Etil est de plus)可能的相互作用建议人,appelés模块.

3.3模块化

《联合国系统生物模块》(La modélisation d'un système biologique par La the orie des re seaux de jeux peut se décrire de La manière suivante)。经验表明,系统的进化是理性的,系统的不同配置之间的关系是确定的(例如,系统的配置测试加上稳定的配置测试)。D’après ces expériences,在最有能力完成与不同系统代理的收益之间的关系的情况下(联合国代理的收益是独立的,加上特定配置的水平是稳定的)。La recherche,theéorique,deséquilibres globaux du re seau de jeux créépermet alors d’identifier lesétats d’équilbres du système biologique。

生物界最重要的概念模块 [6–8]与autres composants du the système相比,car elle fait référenceáune unitéfunctionnelle possédant une certaine indépendance。Ces模块构成碱性煤块»组件le système et permettraient d'expliquer les functions biologiques complex comme un«assembly»de modules。《杰克斯协会性质模块》(La the orie des re seaux de jeux associe naturellement les modules aux jeux qui composite le re seau)。Toutefois,il est nécessaire de préciser que ces模块的标识符,包含交互的动态性和非简化的réseau结构。努斯支持者dans la référence[9]联合国算法永久性ce-découpage en jeuxélémentaires qui’s appuie-sur-les interactions entre agent。

4结论

Nous avons présentéla théorie des re seaux de jeux comme un outil de modélisation des systèmes biologiques。Cette theorie,quiest une extension de la théorie des jeux,nous permet de prendre en compte la lociteédes interactions ainsi que la modularitéde ces syst-emes。

Nous avons utiliéla théorie des réseaux de jeux pour modéliser differents rése seaux génétiques ainsi qu'une partie du system me activateur du plasminogène ou PA(图3)[10]《公共行政体系》是一部隐含、中间、可移植的电影。纤溶酶原激活物PAI-1中央抑制剂的研究进展。Deuxéquilibres globaux ontétécalculés等通讯员,《生物多样性研究》,《公共行政体系中的生物多样性》,《非移民和移民政策》,《反移民政策》[11].

图3

Réseau de jeux modélisant le système PA et table de gain définissant leséquilibres globaux公司。


参考书目

[1]R.B.迈尔森博弈论:冲突分析,哈佛大学出版社,1991年

[2]J.Von Neumann;O.摩根斯顿博弈论与经济行为普林斯顿大学出版社,1944年

[3]J.纳什非合作游戏,安。数学。,第54卷(1951年),第286-295页

[4]J.梅纳德·史密斯进化论与博弈论剑桥大学出版社,1982年

[5]J.Hofbauer;K.Sigmund公司进化博弈与人口动力学,剑桥大学出版社,1998年

[6]E.拉瓦斯;A.L.萨默拉;D.A.Mongru;Z.N.Oltvai;A.L.巴拉巴斯代谢网络中模块化的层次组织,科学,第297卷(2002),第1551-1555页

[7]E.西格尔;N.Friedman;卡明斯基;A.雷格夫;D.科勒从特征到模型:利用微阵列了解癌症《自然遗传学》。,第37卷(2005),第S38-S45页

[8]D.M.Wolf;A.阿金细菌中的主题模块和游戏,货币。操作。微生物。,第6卷(2003),第125-134页

[9]M.Manceny;F.特拉普游戏网络中的基本模块2006年5月28日至31日,英国雷丁(V.N.Alexandrov;G.D.van Albada;P.M.A.Sloot;J.Dongarra编辑)(Lect.Notes计算科学)第3993卷,Springer(2006),第1056-1062页

[10] C.Chettaoui,F.Delaplace,M.Manceny,M.Malo,《游戏网络与PA系统应用》,in:Inf.Process。细胞组织(IPCAT),2005年,生物系统(àparaître)

[11]M.马洛;C.Charrière Bertrand;C.Chettaoui;E.Fabre Guillevin;F.Maquerlot;A.斑点病;F.特拉普拉斯;G.巴洛瓦茨·梅蒙你不愿意改变德雷切尔吗?微环境细胞、PAI-1和迁移可重复使用,C.R.生物,第329卷(2006)


评论 - 政治