Modelli Elettrofisiologici
DENIS è stato creato per aiutare i ricercatori per analizzare un gruppo molto ampio di variazioni del modello elettrofisiologico cardiaco. I modelli cardiaci sono rappresentazioni matematiche dell’attività elettrica delle cellule del cuore: i modelli utilizzati in DENIS sono descritti utilizzando il linguaggio “CellML” per facilitare altri ricercatori ad includere i loro modelli in DENIS.
I modelli elettrofisiologici pubblicati in letteratura, infatti, cercano di solito di rappresentare un modello "medio": il problema è che c'è una certa variabilità tra cellule dello stesso animale e tra animali diversi. Di recenti molti studi provano a considerare questo fattore e simulano popolazioni di modelli: vengono apportate piccole variazioni ad alcuni parametri del modello per simulare la variabilità naturale. Ogni simulazione di un modello è computazionalmente costosa e normalmente le simulazioni di un ricercatore non possono essere utilizzate da altri ricercatori.
Quando DENIS non esegue progetti di ricerca specifici, utilizziamo la sua capacità di calcolo per generare conoscenza dei modelli elettrofisiologici pubblicati. Questo ci permetterà di:
- Interpolare i risultati di altre simulazioni per avere una rapida e buona approssimazione al risultato di un marker (senza essere costretti ad eseguire la simulazione).
- Riutilizzare i risultati di popolazioni di modelli per altri studi.
CellML è un linguaggio standard basato su XML ed è sviluppato dell’Istituto di Bioingegneria dell’Università di Auckland e dai gruppi di ricerca ad esso affiliati. Si possono trovare più informazioni sulla pagina di CellML
Creazione di un modello elettrofisiologico
Collaborazione di rete
DENIS mette in contatto i volontari con i ricercatori per aiutarli nei loro progetti. Non importa chi siete. Non importa che tipo di progetto è questo. Vogliamo connetterci con voi. Ma non vogliamo solo mettere in contatto i ricercatori con i volontari: vogliamo mettere in contatto tra di loro anche i ricercatori ed aiutarli a collaborare.
Alcuni ricercatori, infatti, hanno la necessità di simulare molte variazioni dello stesso modello per studiare problemi diversi (per studiare l’effetto di certe patologie sulle cellule, gli effetti di un farmaco, ecc). Per questa ragione, stiamo utilizzando degli standard per permettere ad altri di aggiungere i loro modelli e di simulare le diverse varianti.
Ricerca in silico
Avremmo potuto chiedervi di usare il vostro cuore, ma crediamo sia più semplice per voi darci “un po’” del vostro computer. Le simulazioni in silico dell’attività elettrica del cuore sono diventate una tecnica indispensabile per migliorare la nostra conoscenza del comportamento del cuore sia in condizioni normali che quando è ammalato.
Ora questo sotto-progetto sta iniziando. Aggiungeremo progressivamente più modelli e più marcatori fisiologici al database. Abbiamo anche in programma di creare un servizio REST per consentire ad altri programmi di accedere al database.
- Stato stazionario: i modelli vengono stimolati durante 3000 cicli con diversa lunghezza del ciclo (1000 ms, 2000 ms). Per ogni durata del ciclo, nell'ultimo ciclo, vengono calcolati e salvati i seguenti marker.
APD: durata del potenziale d'azione a diverse percentuali di ripolarizzazione (90, 75, 50, 25).
Sistolica e diastolica: valore massimo e minimo della concentrazione ionica nell'ultimo ciclo.
Condividere la conoscenza
DENIS lavora affinchè i volontari condividano le loro capacità computazionali con noi. E’ per questo motivo che tutti i ricercatori che usano DENIS devono condividere i loro risultati con tutti: tutti i risultati saranno pubblicati e tutte le pubblicazioni derivate dall’uso di DENIS saranno disponibili gratuitamente e tutti i modelli usati in DENIS, una volta terminato il progetto, saranno condivisi.
REPLICA project
Abstract: L'obiettivo principale di questo sotto-progetto è misurare le prestazioni di DENIS@Home replicando studi reali precedentemente pubblicati e confrontando i nostri risultati con il tempo necessario in altri sistemi informatici. Confrontare DENIS @ Home con studi reali aiuterà la comunità scientifica a vedere esattamente in quali situazioni è più utile utilizzare un approccio di Volunteer Computing rispetto ad altre alternative.
Descrizione
Questo sottoprogetto è stato creato per analizzare le prestazioni di DENIS con l'obiettivo di mostrarlo alla comunità scientifica. Per fare ciò, replicheremo due studi reali precedentemente pubblicati che rappresentano gli esperimenti più tipici che richiedono un'elevata capacità computazionale. Abbiamo selezionato due esperimenti: l’esperimento fatto da Gemmell et al. (2014) usando i modelli di Shannon et al. (2004) e di Mahajan et al. (2008). Per ogni modello abbiamo fatto girare 15,625 simulazioni per ogni durata del ciclo.
Informazioni dell'applicativo
Questo applicazione userà più modelli della versione di default del Natrium Denis. I modelli aggiunti a questo progetto sono:
- Shannon et al. 2004
- Mahajan et al. 2008
New Carro et al. Human Ventricular Cell Model
Sviluppo di un nuovo modello di cellule ventricolari umane per risolvere le due principali critiche al modello proposto da Carro et al:
- Strana forma del potenziale d'azione prima della fase di plateau
- Comportamento della Durata Potenziale d'Azione sotto protocolli di restituzione di stimolazione.
Descrizione
I modelli di potenziale d'azione (AP) sono stati ampiamente utilizzati per studiare il comportamento del cuore in condizioni normali o patologiche. Uno dei problemi per sviluppare questi modelli è la difficoltà di validare il modello rispetto a tutte le situazioni sperimentali conosciute.
D'altra parte, molte volte dobbiamo presumere che le variabili del modello siano indipendenti. Come mostra la nostra ricerca precedente, questa ipotesi potrebbe essere un problema (Carro et al., 2014). Entrambi i problemi insieme rendono molto difficile modificare un modello, perché nel momento in cui si cambia qualcosa, cambieranno molte altre cose. In realtà, stiamo lavorando a un algoritmo di ottimizzazione basato su approssimazioni della superficie di risposta per calcolare il valore dei parametri del modello (che non possono essere misurati direttamente). Simuliamo la cellula sotto diversi protocolli di stimolazione e con differenti combinazioni dei parametri per cercare la combinazione che meglio rappresenta gli esperimenti. In questo modo, siamo in grado di modificare più parametri contemporaneamente, non uno alla volta. Stiamo sviluppando una nuova versione del documento Carro et al. (2011) e vogliamo aumentare il numero di parametri che possiamo modificare e il numero di protocolli che possiamo testare, ma dobbiamo fare molte simulazioni.
e allo "Stato del server" 
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