Collaborative Research: CDI Type-1: A Computer Framework for Modeling Complex Pattern Formation

合作研究:CDI Type-1:复杂模式形成建模的计算机框架

基本信息

  • 批准号:
    1124665
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The mechanisms living systems use to establish and maintain complex 3-dimensional shapes during embryonic development are poorly understood even though molecular and cell biologists have generated mountains of data about genes and their effects on organisms. Fundamental advances in controlling biological form are stymied by the difficulty of obtaining shape information through the analysis of gene networks such that it is currently difficult or impossible for scientists to generate testable models of shape based on experimental results from current biological research. These investigators will apply state-of-the-art computational science and artificial intelligence to create a novel suite of computational tools that will fundamentally integrate numerous areas of biology and engineering to promote research into the mechanisms used by organisms for establishing and maintaining their 3-dimensional shape. This "Bioinformatics of Shape" project will integrate experimental data, a new mathematical language, a system for storing and mining data, a modeling environment within which rule sets for regulatory mechanisms can be simulated on computers, and an artificial intelligence module that will help scientists discover and test novel ideas about how shape is generated through genetics. The benefits to society of this new kind of collaboration between computer scientists and biologists include the translation of molecular and cell biological data into a new level of understanding that could have implications for regenerative medicine, adaptive and self-repairing devices for robotics and other engineering applications. The work will provide unique training opportunities for students, establish a proof-of-principle for new educational tools at the boundary between artificial intelligence and biology, and facilitate data to knowledge production in a number of fields, such as developmental biology, evolutionary biology, and the engineering of complex adaptive systems.
尽管分子和细胞生物学家已经生成了大量有关基因及其对生物体影响的数据,但人们对生命系统在胚胎发育过程中建立和维持复杂的三维形状的机制知之甚少。通过分析基因网络来获取形状信息的困难阻碍了控制生物形态的根本性进展,使得科学家目前很难或不可能根据当前生物学研究的实验结果生成可测试的形状模型。这些研究人员将应用最先进的计算科学和人工智能来创建一套新颖的计算工具,从根本上整合生物学和工程学的众多领域,以促进对生物体用于建立和维持其 3- 的机制的研究。维度形状。这个“形状生物信息学”项目将整合实验数据、一种新的数学语言、一个存储和挖掘数据的系统、一个可以在计算机上模拟监管机制规则集的建模环境,以及一个帮助科学家的人工智能模块发现并测试关于如何通过遗传学产生形状的新想法。计算机科学家和生物学家之间的这种新型合作给社会带来的好处包括将分子和细胞生物数据转化为新的理解水平,这可能对再生医学、机器人自适应和自我修复设备以及其他工程应用产生影响。这项工作将为学生提供独特的培训机会,为人工智能和生物学之间的新教育工具建立原理验证,并促进发育生物学、进化生物学、以及复杂自适应系统的工程。

项目成果

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