Institut de Mathématiques de Toulouse

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Séminaire Mathématiques pour la biologie

par Fanny Delebecque - publié le , mis à jour le

Organisateurs Fanny Delebecque, Sabine Mercier
Horaire habituel Jeudi 14h30
Lieu habituel Salle de conférence MIP, (bâtiment 1R3, 1er étage)

  • Jeudi 22 février 2018 13:30-14:30 - Antoine Wystrach - CRCA (Toulouse)

    The emergence of navigational behaviour in insects

    Résumé : Navigation requires the coordination between different type of actions
    (e.g., choosing a direction, going forward etc…), and the control
    mechanisms that ‘triggers’ these actions is often characterised as decision
    making. Here we will see that distinct behaviour can spontaneously emerge
    from simple, continuous processes without the need to ‘trigger’ or ‘select’
    actions. We will see that such non-reducible, distributed processes
    emerging from the interaction between brain, body and environment can
    provide robust and generalist solutions to various and apparently different
    navigational tasks.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 15 mars 2018 13:30-14:30 - Thomas Lepoutre - INRIA Rhône Alpes

    Mathematical models for chronic myeloid leukemia

    Résumé : Chronic myeloid leukemia has been drastically changed by the introduction of targeted therapies in the 2000s. Currently, one of the challenging question is how to decide wether one can stop therapy or not. We will see how our models can give insights on the underlying mechanisms responsible for success or failure of treatment cessation. We will especially discuss the hypothesis of an important role of the immune system in this result and how one can analyze then treatment free remission as a stability property. We will also review how some different models suggest the patients might be overtreated.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 29 mars 2018 13:30-14:30 - Rémi Servien - INRA - Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse

    Identification et quantification de métabolites dans un spectre RMN

    Résumé : Nous nous intéressons ici à un problème rencontré en métabolomique. Ce domaine vise à caractériser la composition d’un mélange complexe par ses métabolites i.e. ses petites molécules. Les spectromètres RMN fournissent un spectre de mélange complexe qui est la superposition des spectres des métabolites purs. Chaque métabolite possède un spectre caractéristique, sa signature, qui le rend identifiable. Cependant, la reconnaissance automatique des métabolites dans un mélange complexe est rendu délicate par des problèmes comme la déformation du spectre (translation, dilatation …) ou la superposition des pics. Nous proposons ici une méthode permettant d’identifier et de quantifier rapidement les métabolites dans un spectre complexe tout en contrôlant les fausses détections. Cette procédure, testée sur différents mélanges, s’avère performante et rapide.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 12 avril 2018 13:30-14:30 - Diala Abu Awad - Technische Universität München (Allemagne)

    Consequences of life-history strategies on allele fixation

    Résumé : How life-history strategies influence the evolution of populations is not well understood. Most existing models stem from the Wright-Fisher model which considers discrete generations and a fixed population size, thus not taking into account any potential consequences of overlapping generations and demographic stochasticity on allelic frequencies. We introduce an individual-based model in which both population size and genotypic frequencies at a single bi-allelic locus are emergent properties of the model. Demographic parameters can be defined so as to represent a large range of r and K life-history strategies in a stable environment, and appropriate fixed effective population sizes are calculated so as to compare our model to the Wright-Fisher diffusion. Our results indicate that models with fixed population size that stem from the Wright-Fisher diffusion cannot fully capture the consequences of demographic stochasticity on allele fixation in long-lived species with low reproductive rates. This discrepancy is accentuated in the presence of demo-genetic feedback. Furthermore, we predict that populations with K life-histories should maintain lower genetic diversity than those with r life-histories.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 26 avril 2018 13:30-14:30 - ANNULÉ (Maxime Breden - TU Munich)


    Résumé : About the equilibria of a cross-diffusion system in population dynamics
    Cross-diffusion is a mechanism used in population dynamics to model a repulsive effect between individuals. Mathematically, this corresponds to adding a nonlinear diffusion term to classical reaction-diffusion systems. Cross-diffusion allows to obtain a richer variety of solutions, whose qualitative behavior seems to better fit observations (spatial segregation phenomenon), but it also complicates the mathematical study of these solutions.
    In this talk, I explain how numerical simulations can be combined with a posteriori estimates, to obtain computer-assisted proofs about inhomogeneous steady states of a cross-diffusion system.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 17 mai 2018 13:30-14:30 - Susely Figueroa (IMT)

    Long time evolutionary dynamics of phenotypically structured populations in time periodic environments

    Résumé : I will present a study of the long time behavior of a parabolic Lotka-Volterra type equation considering a time-periodic growth rate with non-local competition. Such equation describes the dynamics of a phenotypically structured population under the effect of mutations and selection in a time-periodic fluctuating environment. We first prove that, in long time, the solution converges to the unique periodic solution of the problem. Next, we describe this periodic solution asymptotically as the effect of the mutations vanish by using a theory based on Hamilton-Jacobi equations with constraint, proving that the solution concentrates on a single Dirac mass, while the size of the population varies periodically in time. When the effect of the mutations are small but nonzero, we provide some formal approximations of the moments of the population’s distribution. As an application we show, via some examples, how such results could be compared to biological experiments.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

  • Jeudi 31 mai 2018 13:30-14:30 - Clément Sire - LPT, IRSAMC

    (Measuring) Social Interactions and (Studying) Collective States in Fish Schools

    Résumé : The flexible coordination of individuals’ movements ensures rapid and coherent changes in direction of travel of fish schools for instance as a reaction to a predator detected in the neighborhood. However the ’microscopic level’ interaction rules involved in the coordination of fish movements and the adapted collective response of a school still remain to a large extent unknown. Knowing such interaction rules could offer new sources of inspiration to design distributed control algorithms for swarms of drones. Here we present a systematic methodology to measure and analyze social interactions controlling the collective motion of animal groups. Contrary to classical forces between physical objects, social interactions between individuals explicitly depend on their relative headings and are affected by their anisotropic and asymmetric perception of their environment. Hence they strongly break the Newtonian’s law of action-reaction. When applied to fish groups, this approach leads to the quantitative measurement of the spontaneous behavior of a fish, of its avoidance interaction with the tank walls, and of its attraction and alignment interaction with another fish. We use the results of this analysis to build an explicit and faithful model that convincingly reproduces quantitative and qualitative features of the actual fish dynamics. We also show that the type of models derived from such analysis reproduces the main collective states observed in actual fish schools, when one varies the intensity of the alignment and attraction interactions between fish.

  • Jeudi 14 juin 2018 13:30-14:30 - Philippe Saint-Pierre - IMT

    R-vine copula and clinical trial simulation

    Résumé : A Clinical trial simulations (CTS) consist in studying the effects of a
    drug in virtual patient populations using mathematical models. CTS have
    been recognized by the pharmaceutical companies and regulatory
    authorities as being pivotal to improving the efficiency of the drug
    development process. This includes the use of CTS to learn about drug
    effectiveness and safety and to optimize trial designs at the various
    stages of development. The generation of virtual patients is a key point
    of the process. Two main approaches are proposed in the literature for
    this task. The Discrete method is based on Monte Carlo simulations from
    the joined distribution of the covariates whereas the Continuous method
    used a multi-normal distribution. We propose a third approach based on
    R-vines copula to generate virtual patients. Modelling patients’
    evolution over time is another challenging task. As an example, data on
    30000 HIV patients are used to evaluate various scenario of
    (approaching) switching to generics of many VIH drugs. Execution models
    are developed to update patients’ characteristics (including treatment
    and health state) over time. Simulations are performed to evaluate the
    cost of various switching to generics scenarios.

    Lieu : salle 106 1er étage bat 1R1

    Notes de dernières minutes : Attention, changement de salle : salle 106 1er étage bat 1R1

  • Jeudi 4 octobre 2018 13:30-14:30 - Simon de Givry - INRA Toulouse

    Méthodes d’optimisation combinatoire issues de l’Intelligence Artificielle pour la conception de protéines

    Résumé : Je commencerais par présenter l’équipe de Statistique et Algorithmes pour la Biologie (SaAB) du laboratoire Mathématique et Informatique Appliquées de l’INRA situé à Castanet-Tolosan. Je présenterais ensuite un problème combinatoire de conception in-silico de protéine pour lequel les travaux menés depuis vingt ans dans l’équipe en Intelligence Artificielle ont permis d’apporter une réponse plus précise. Je montrerais le cadre mathématique employé autour des réseaux de fonctions de coûts et des techniques de résolution pour ces problèmes. Je terminerais par des pistes de recherche pour tenter d’améliorer la qualité des solutions obtenues.

    Lieu : salle MIP, 1er étage bat 1R3

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  • Jeudi 5 février 2015 15:30-16:30 - Cathy Maugis-Rabusseau - IMT

    Classification non-supservisée de gènes co-exprimés par modèles de mélanges. Des puces à ADN au séquençage haut-débit.

    Résumé : La détection de groupes de gènes co-exprimés est une question biologique importante pour la détermination de la (les) fonction(s) des gènes.
    La technologie des puces à ADN au milieu des années 1990 a permis de mesurer le niveau d’expression de milliers de gènes simultanément dans différentes conditions expérimentales. Cette technologie fournissant une mesure de type continu de l’expression des gènes, des mélanges gaussiens multivariés peuvent être utilisés pour mettre en évidence des groupes de gènes co-exprimés.
    Ces dernières années, les avancées significatives du séquençage haut-débit a fait du séquençage des ARN (RNA-seq) un nouvel outil pour l’étude de l’expression des gènes. Bien que les puces à ADN et le RNA-Seq ont pour but de caractériser l’activité transcriptionnelle, les outils statistiques pour l’analyse des données issue de la première technologie ne sont pas adaptées pour la seconde technologie, cette dernière fournissant des comptages. Nous proposons des mélanges de lois de Poisson pour classer les gènes à partir des comptages observés. Cette procédure de classification est implémentée dans le R-package HTSCluster.
    Cette modélisation a été modifiée pour répondre au problème de l’analyse différentielle dans le package HTSDiff (méthode bien différente de l’approche classique de test pour cette question).

    Lieu : Salle J. Cavailles (132) Batimênt 1R2

  • Jeudi 26 février 2015 15:30-16:30 - Pierre WEISS - Jerome FEHRENBACH - ITAV-IMT

    Une équipe projet Maths-Image-Biologie

    Résumé : Dans cet exposé, nous présenterons l’activité de l’équipe PRIMO (problèmes inverses pour l’imagerie biologique) globalement. Cette équipe est une équipe projet accueillie à l’ITAV, un institut interdisciplinaire en sciences du vivant. Les nombreuses problématiques abordées font que nous serions contents de renforcer nos collaborations avec les mathématiciens toulousains.
    Nous commencerons l’exposé par une présentation des problèmes d’acquisition d’images biologiques (échantillonnage compressé, défloutage, débruitage). Nous présenterons ensuite nos travaux en analyse d’images (segmentation, approches continues). Finalement, nous présenterons nos projets de couplage d’images avec des modèles : modèles biologiques de croissance tumorale, modèles d’interactions tissus/lumière.

    Lieu : Salle J. Cavailles (132) Batimênt 1R2

  • Jeudi 12 mars 2015 15:30-16:30 - Nicolas SAVY - IMT

    Statistiques pour l’épidémiologie et la recherche clinique. Collaboration avec l’Unité 1027 de Santé Publique de Toulouse.

    Résumé : Cet exposé se compose de trois parties :

    • Tout d’abord une présentation de l’Unité 1027 avec qui je collabore étroitement. L’organisation de l’unité, les thématiques et surtout les questions statistiques qu’elles soulèvent.
    • Ensuite je présenterai un premier travail - qui est à l’origine de cette collaboration - sur la modélisation de dynamiques de recrutement dans les essais cliniques. L’utilisation de modèles gamma-Poisson fournit des résultats tout à fait convaincant dans ce contexte.
    • Enfin je présenterai un second travail sur la mise au point d’un test de comparaison de données de survie dans le cadre des essais thérapeutiques avec suspicion d’effets tardifs.

    Lieu : Salle J. Cavailles (132) Batimênt 1R2

  • Jeudi 26 mars 2015 15:30-16:30 - Sepideh MIRRAHIMI - IMT

    Comment décrire et prédire l’évolution adaptative d’une population sous l’effet de la sélection et des mutations ?

    Résumé : Cet exposé porte sur la modélisation mathématique des mécanismes de sélection et de mutations. Je donnerai une présentation générale sur comment la combinaison de certaines études stochastiques individus centrés et des approches intégro-différentielles déterministes, développées durant la dernière décennie, peuvent mener à une compréhension plus adéquate de l’évolution adaptative d’une population.
    Je montrerai comment ces approches peuvent nous permettre de décrire qualitativement et quantitativement la distribution et l’évolution des traits phénotypiques dans une population, tout en évitant l’hypothèse traditionnelle de séparation d’échelle de temps écologique et celle de l’évolution dans le domaine de la dynamique adaptative.
    De nouvelles avancées dans ces études laissent présager que ces approches peuvent être aussi utilisées pour des systèmes écologiques plus complexes afin de prendre en compte la structure spatiale ou le changement temporel d’environnement.

  • Jeudi 9 avril 2015 15:30-16:30 -

    Pas de GdT mais Workshop « Modélisation et simulation d’essais cliniques », savy/Workshop2015.html

  • Jeudi 30 avril 2015 15:30-16:30 - Sébastien Déjean - IMT

    Le package mixOmics pour l’intégration de données

    Résumé : Dans le cadre de plusieurs collaborations avec des équipes de recherche en biologie, le thème de l’intégration de données est devenu prépondérant au cours des dernières années. Pour contribuer à ce domaine de recherche, deux thèses ont été préparées à l’IMT entre 2004 et 2008. Ces travaux ont abouti à des développements méthodologiques qui ont été mis à la disposition de la communauté scientifique via le package mixOmics pour le logiciel R. Un rappel historique, quelques aspects méthodologiques, des applications et une présentation du package seront au menu de cette séance.

    Lieu : Salle de Conférence MIP, bâtiment 1R3, 1er étage

  • Jeudi 21 mai 2015 15:30-16:30 - Adrien Blanchet - TSE, Université Toulouse 1 Capitole

    Chimiotactisme : les modèles de Keller-Segel

    Résumé : Dans un exposé qui se veut non-technique, nous tâcherons de présenter
    plusieurs modèles de chimiotactisme de type Keller-Segel introduits en
    biologie et en physique. Nous tenterons d’exhiber certains propriétés
    qualitatives de ces modèles en se basant sur une analyse mathématiques
    fine et des simulations numériques grossières.

    Lieu : Salle de Conférence MIP, bâtiment 1R3, 1er étage

  • Jeudi 4 juin 2015 15:30-16:30 - Diane Peurichard - IMT

    Simple mechanical cues could explain adipose tissue morphogenesis

    Résumé : The mechanisms by which organs acquire their functional structure and realize its maintenance (or homeostasis) over time are still largely unknown. In this talk, we use adipose tissue as a biological model and study the formation of lobule-like cell structures surrounded by an organized fiber network. By supplying substrates needed for adipogenesis, vasculature was believed to induce the regroupment of adipocytes near capillary extremities. In this talk, we show that the emergence of these structures could be explained by simple mechanical interactions between the adipocytes and the collagen fibers. We introduce a 2D individual based model for cells interacting with extra-cellular-matrix fiber elements. Cells are modeled as growing spheres which can not overlap and fiber elements as straight lines of fixed length which have the ability to connect together. Cell and fiber motion is guided by the minimization of a global entropy, defined as a mechanical feedback between the two agents and regularly disturbed by various biologically-justified phenomena. The model produces structures that compare quantitatively well to the experimental data. We prove that cell clusters could spontaneously emerge as a result of simple mechanical interactions between cells and fibers and surprisingly, vasculature is not directly needed for these structures to emerge.

    Lieu : Salle de Conférence MIP, bâtiment 1R3, 1er étage

  • Jeudi 15 octobre 2015 15:15-16:30 - Sabine Mercier

    "Approche globale pour la loi du score local"

    Résumé : Cet exposé fera la synthèse des travaux portant sur la distribution du score local utilisé dans l’analyse et la comparaison de séquences biologiques et auxquels j’ai pris part depuis mon arrivée à Toulouse,
    Après une présentation du contexte, des données, des définitions et des résultats principaux sur lesquels nous nous appuierons, je commencerai par exposer un résultat dans le cas de la comparaison de séquences avec insertions délétions. La partie suivante portera sur des résultats plus récents sur la distribution du couple (score local, longueur du segment réalisant le score local) ainsi qu’un résultat non intuitif sur la localisation du segment de score maximal dans la séquence. Des exemples d’applications de la loi du score local dans le cas de l’analyse de séquences : Détection de zones de sélection chez des cailles ; détection de Cluster de gènes. Je conclurai mon exposé par des propositions d’ouvertures.
    Pas de démonstration, peu de formules, cet exposé se veut à la fois pour des mathématiciens et pour des biologistes.

    Lieu : Amphi Scwartz (RdC bat 1R3)

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  • Jeudi 1er octobre 2015 -

    40 ans du laboratoire MIAT

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