Thèse soutenue

Noeuds pilotes dans les réseaux biologiques

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Auteur / Autrice : Giulia Bassignana
Direction : Fabrizio De Vico Fallani
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 30/10/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Devaux
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Colliot, Violetta Zujovic
Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Commault, Mattia Frasca

Résumé

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La possibilité d’appliquer la théorie mathématique du contrôle pour influencer les systèmes biologiques devient de plus en plus réalisable. Des méthodes pour identifier les nœuds capables d’avoir un impact sur l’état de tout un système sont disponibles. Pourtant, le problème a une complexité combinatoire et numérique élevée en raison du grand nombre de solutions équivalentes a priori. Il y a eu récemment un intérêt croissant pour trouver le nombre minimum d’entrées pour contrôler tout ou partie du système, et pour évaluer la capacité d’un seul nœud à piloter ce système. Cependant, des problèmes spécifiques ont moins attiré l’attention. Dans certains contextes biologiques, il peut être nécessaire d’agir sur un seul nœud, et il peut être intéressant de ne modifier qu’un sous-ensemble bien défini d’unités, un ensemble cible. Cela conduit à un problème de contrôle de la cible d’entrée unique, où nous pouvons exploiter les contraintes biologiques pour étudier l’importance relative des différents nœuds pilotes. Cette thèse vise à appliquer la théorie du contrôle aux réseaux biologiques de manière originale, pour comprendre ce que la théorie mathématique du contrôle peut apporter aux réseaux biologiques et pour étudier l’importance des différents nœuds pilotes dans le contrôle d’un ensemble cible. Nous développons une heuristique que nous appelons step-wise target controllability, qui mesure la centralité d’un nœud pilote en tant que nombre de cibles qu’il peut contrôler et fournit une configuration contrôlable de cibles. Notre méthode représente une réponse pratique pour utiliser la complexité du problème de contrôle, en exploitant les connaissances biologiques existantes.