Intégration de Données Et de Modèles Pour de La
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**Intégration de données et de modèles pour de la morphogénèse prédictive quantitative // Data and models integration predictive computational morphogenesis**:
- Réf **ABG-122162**
**ADUM-55903**
- Sujet de Thèse- 03/04/2024- Contrat doctoral- Université de Montpellier- Lieu de travail- Montpellier cedex 5 - France- Intitulé du sujet- Intégration de données et de modèles pour de la morphogénèse prédictive quantitative // Data and models integration predictive computational morphogenesis- Mots clés- Fouille de données, Analyse d'images, Infographie, Morphogénèse, Intégration de modèle, Modèle prédictif
- Data mining, Image analysis, Computer Graphics, Morphogenesis, Model integration, Predictive model**Description du sujet**:
- La morphogenèse, la génération progressive de la forme des tissus et des organes à partir d'un œuf rond, a longtemps fasciné les biologistes et les mathématiciens tels qu'Alan Turing (1) ou René Thom (2).
- Elle a été étudiée sous de nombreux angles : génétique, évolutif, embryologique, mathématique ou mécanique. Dans certains cas, il a été possible de formuler des modèles mathématiques (3) ou physiques (4) prédictifs qui fournissent une explication théorique de l'émergence de motifs ou de changements morphologiques.
- Malgré ces progrès, l'émergence et l'évolution des multiples complexités de la forme physique d'un embryon à partir d'une seule cellule restent un profond mystère et un défi majeur pour les sciences. Le principal obstacle à la résolution de ce problème est l'absence d'un cadre théorique et empirique général permettant d'englober de vastes pans de phénomènes morphogénétiques, en les reliant à leurs fondements génétiques et à leurs variations évolutives.- Nous utiliserons dans le cadre ce projet de thèse l'observation des ascidies, un groupe d'invertébrés marins, qui ont un développement embryonnaire remarquablement invariant, jusqu'au niveau de la cellule unique (6) Grâce à la transparence des embryons d'ascidies, nous avons pu imager et décrire quantitativement la morphogenèse précoce des ascidies avec une résolution cellulaire, et utiliser cette description pour fournir un modèle moléculaire et mécanique pour l'invagination de l'endoderme au début de la gastrulation.
- Ce projet de thèse propose de caractériser la variation naturelle des ascidides en couplant les données d'imageries avec les modèles bio-mécaniques afin d'obtenir des modèles prédictifs par assimilation par les données.
- Ce projet se découpe en 3 axes majeurs:
- 1 - La reconstruction de l'embryogénèse de chaque embryon nécessite une reconstruction parfaite et validée à l'échelle cellulaire. La visualisation et l'interaction avec des ensembles de données 3D +t du monde réel par le biais de projections en 2D restent un défi. Nous voulons intégrer au sein de la plateforme MorphoNet des améliorations conceptuelles majeures dédiée à la curation de données segmentées 3D +t. Pour cela nous utiliserons le couplage ente les données volumiques et les maillages surfaciques de chacune des cellules. Nous développerons un ensemble de plugin traitements d'images qui seront directement actionnées par les interactions sur le maillage.
- 2- L'intégration de divers modèles physique de la biomécaniques tissulaires. Les modèles 3D de simulation des forces appliquées sur les tissus d'un organisme sont de plus en plus précis et robustes.
- 3- le couplage des reconstructions d'imageries au modèles physiques qui passera par des maillages 3D+t (qui proviendront d'une thèse CIFRE effectuée en partenariat avec Geometry Factory). Nous utiliserons pour cela l'analyse statistique des données et l'apprentissage automatique pour construire un nouveau cadre théorique permettant de cartographier empiriquement le phénotype du développement des embryons.
- L'objectif final étant d'évaluer la capacité à prévoir la dynamique et l'évolution de l'embryon à partir de la connaissance des caractéristiques intraspécifiques et interspécifiques de sa dynamique et de sa variation naturelle.
Morphogenesis, the gradual generation of the shape of tissues and organs from a round egg, has long fascinated biologists and mathematicians such as Alan Turing (1) and René Thom (2).
- It has been studied from many angles: genetic, evolutionary, embryological, mathematical and mechanical. In some cases, it has been possible to formulate predictive mathematical (3) or physical (4) models that provide a theoretical explanation for the emergence of patterns or morphological changes.
- Despite this progress, the emergence and evolution of the multiple complexities of the physical form of an embryo from a single cell remains a profound mystery and a major challenge for science. The main obstacle to solving this problem is the lack of a general theoretical and empirical framework capable of encompassing vast swathes of morphogeneti
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