Séance de cours

Simulations grossières : principes fondamentaux et applications

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Dans cours

BIO-692: Symmetry and Conservation in the Cell

This course shows students how the physical principles of conservation, symmetry, and locality influence the dynamics of living organisms at the molecular and cellular level. Computer simulations are used to explore examples of cellular dynamics and phase ...

Description

Cette séance de cours présente des simulations à gros grains comme alternative à la mécanique quantique ou à la dynamique moléculaire pour les grands systèmes. Il explique les avantages des simulations à gros grains, la hiérarchie des modèles de simulation et les défis des simulations multi-échelles. La séance de cours couvre les caractéristiques des simulations à échelle unique, les techniques de simulation pertinentes à la modélisation du cerveau, et le concept de multiscaling. Il se penche sur le processus des atomes et des molécules à gros grains, en se concentrant sur les membranes lipidiques et les simulations DPD. La séance de cours traite également de l'algorithme DPD, y compris les forces, l'intégration et le choix des paramètres d'interaction. En outre, il explore l'équivalence entre la théorie de Flory-Huggins et les simulations DPD pour les mélanges de fluides polymères.

Enseignant·e

Julian Charles Shillcock

Julian received his PhD at Simon Fraser University in Canada for work on Monte Carlo simulations of liquid crystal phase transitions and the elastic properties of fluid and polymerized membranes. He was a Group Leader at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Germany for five years applying coarse-grained simulation techniques - principally Dissipative Particle Dynamics (DPD) and Brownian Dynamics - to equilibrium and dynamic properties of fluid lipid membranes. A major target of this research was to reveal the molecular rearrangements that occur during vesicle fusion. During this time, he developed a commercially-available, parallel DPD code that is being used by several universities. He was an Associate Professor at MEMPHYS in the Department of Physics and Chemistry, University of Southern Denmark. He has also worked in industry, designing and writing software for communication satellite simulations (British Aerospace, 1986-1990), and fluid simulation software (Accelrys, Inc., 1998-1999). He joined the Blue Brain Project in 2011, and uses mesoscale simulation techniques, together with theoretical analysis and collaborations with experimentalists, to study the dynamics of cellular processes. Current projects include simulating the formation of the post-synaptic density in dendritic spines and developing theoretical models of the supramolecular organisation of synapses. He also teaches Master's and PhD courses in computational cell biology and biophysics. He wrote and maintains an open source dissipative particle dynamics simulation code: https://github.com/Osprey-DPD/osprey-dpd Orcid: orcid.org/0000-0002-7885-735X

Source officielle

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Simulation de phénomènes

La simulation de phénomènes est un outil utilisé dans le domaine de la recherche et du développement. Elle permet d'étudier les réactions d'un système à différentes contraintes pour en déduire les résultats recherchés en se passant d'expérimentation. Les systèmes technologiques (infrastructures, véhicules, réseaux de communication, de transport ou d'énergie) sont soumis à différentes contraintes et actions. Le moyen le plus simple d'étudier leurs réactions serait d'expérimenter, c'est-à-dire d'exercer l'action souhaitée sur l'élément en cause pour observer ou mesurer le résultat.

Dynamique moléculaire

La dynamique moléculaire est une technique de simulation numérique permettant de modéliser l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Elle est particulièrement utilisée en sciences des matériaux et pour l'étude des molécules organiques, des protéines, de la matière molle et des macromolécules. En pratique, la dynamique moléculaire consiste à simuler le mouvement d'un ensemble de quelques dizaines à quelques milliers de particules dans un certain environnement (température, pression, champ électromagnétique, conditions aux limites.

Simulation informatique

vignette|upright=1|Une simulation informatique, sur une étendue de , de l'évolution du typhon Mawar produite par le Modèle météorologique Weather Research and Forecasting La simulation informatique ou numérique est l'exécution d'un programme informatique sur un ordinateur ou réseau en vue de simuler un phénomène physique réel et complexe (par exemple : chute d’un corps sur un support mou, résistance d’une plateforme pétrolière à la houle, fatigue d’un matériau sous sollicitation vibratoire, usure d’un roulem

Bicouche lipidique

upright=1.33|vignette|Représentation d'une bicouche lipidique constituée de phosphoglycérides. Une bicouche lipidique, ou double couche lipidique, est une fine membrane polaire constituée de deux feuillets de molécules de lipides. Ces membranes forment une barrière continue autour des cellules et sont un élément essentiel assurant leur homéostasie, en régulant la diffusion des ions et des molécules à travers elle.

Jeu de simulation

vignette|FlightGear 3.0 Boeing 777-200 cockpit.png FlightGear 3.0, screenshot from cockpit view using low specs. Un jeu de simulation est un jeu (de société ou vidéo) qui reproduit une activité ou une action dans divers environnements. Les plus populaires sont les jeux économiques ou de gestion et les jeux de rôle. Lorsque la simulation porte sur une guerre ou une bataille réelle ou fictive, on parle plutôt de jeu de stratégie ou jeu de guerre dont le jeu de figurines est une forme de représentation.

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Dynamique moléculaire et intégrateurs

Explore la dynamique moléculaire, les intégrateurs, la génération de trajectoires et la surveillance des erreurs dans la modélisation atomistique.

Simulations grossières : bases et applications

Couvre les simulations à gros grains, y compris les avantages, les schémas, l'algorithme DPD, le gros grain de la membrane lipidique et les paramètres d'interaction de réglage.

Dynamique moléculaire et Monte Carlo

Couvre les méthodes de calcul des systèmes moléculaires à température finie, en mettant l'accent sur l'échantillonnage stochastique et les simulations d'évolution du temps.

Biologie cellulaire computationnelle: Simulations Insights

Explore des simulations informatiques en biologie cellulaire, en se concentrant sur la dynamique moléculaire et Monte Carlo, pour mieux comprendre les systèmes biologiques complexes et leurs limites.

Contrôle génétique des protéines et des lipides

Explore le contrôle génétique des protéines, la formation de bicouches lipidiques, les mécanismes de réparation membranaire et les propriétés structurelles des lipides.

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