Matthieu Manceny

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Mes thèmes de recherche s'articulent autour de la modélisation des systèmes complexes, de l'étude de leurs propriétés et leur vérification et validation formelle.
Je m'intéresse également à la bioinformatique, et plus particulièrement à appliquer les résultats théoriques précédents à la modélisation et l'analyse des réseaux d'interactions en biologie.
Actuellement, je poursuis ces travaux dans le but de confronter les résultats théoriques à de nouvelles données issues d'expériences biologiques, mais également pour les étendre à de nouveaux domaines d'applications.

Méthodes formelles

Mots clés : Systèmes Complexes, Méthodes formelles, Model-checking, Exécution symbolique, Logique temporelle linéaire, Régulation génétique.

Résumé : Ces travaux ont débuté pendant mon post-doc au sein du projet européen GENNETEC (GENetic NETworks: Emergence and Complexity) qui réunissait informaticiens, physiciens, biologistes et bio-informaciens intéressés aux thèmes de recherches associés aux systèmes complexes : hétérogénéité, multi-échelles temporelles et spatiales, émergence d'un comportement d'ordre supérieur, hiérarchies... Nos travaux visent à construire un cadre de travail théorique pour la modélisation et la simulation des systèmes complexes et l'analyse de leurs propriétés émergentes.
Nous avons défini les systèmes de transitions paramétriques (PTS) qui sont particulièrement adaptés à la modélisation des réseaux de régulation génétique, et plus généralement aux systèmes hautement paramétriques. Les PTS permettent de représenter l'ensemble des dynamiques d'un système par une unique structure de Kripke munie de paramètres, chaque dynamique correspondant alors à une interprétation donnée des paramètres. Nous nous sommes intéressés à la recherche des dynamiques admettant un comportement décrit par une formule de logique temporelle linéaire (LTL). Habituellement, cette recherche se fait en analysant chaque dynamique une par une et est donc très coûteuse. Nous avons proposé un algorithme, analysant directement le PTS, fondé sur des techniques d'exécution symbolique et directement inspiré du model-checking LTL, qui permet de déterminer les contraintes que doivent respecter les paramètres pour que les dynamiques associées vérifient le comportement donné. Notre approche a été validée au travers des exemples de la production de mucus chez Pseudomonas aeruginosa et du switch lytique/lysogénique chez le phage lambda.
Nous nous intéressons à la prise en compte de l'information spatiale dans les réseaux génétiques qui semble être au coeur de la compréhension des mécanismes biologiques. Nous avons proposé une modélisation fondée sur la notion d'interactions privilégiées qui permet d'étudier l'influence de divers critères tels que la distance entre gènes, ou les phénomènes de concentrations locales ; l'idée étant d'ainsi limiter l'espace de recherche des dynamiques vérifiant une propriété donnée.

Théorie des réseaux de jeux

Mots clés : Théorie des jeux, Systèmes complexes, Modélisation, Interactions locales, Systèmes biologiques, Régulation génétique.

Résumé : La théorie des réseaux de jeux est un formalisme original de modélisation des systèmes complexes que nous avons développé afin de prendre en compte les interactions locales. Les réseaux de jeux se fondent sur la théorie des jeux et étendent les jeux stratégiques en autorisant les joueurs à participer à plusieurs jeux simultanément. Les comportements locaux, décrits par les différents jeux du réseau, se combinent pour atteindre des situations d'équilibres globaux sur l'ensemble du réseau.
Le cadre applicatif des réseaux de jeux s'étend à tous les systèmes où l'étude de la localité est nécessaire à la compréhension du fonctionnement du système. Parmi ces domaines, les réseaux de régulation génétique constituent un champ privilégié ; leur étude exhibe en effet des organisations structurelles dans le système qui sous-tendent a priori un découpage de l'activité globale du système en structures modulaires.
La modélisation proposée repose sur la définition de jeux représentant les régulations élémentaires (un gène activant ou inhibant un autre gène) et qui se combinent pour former des réseaux plus complexes. Dans ce cadre, nous avons assimilé les gènes à des joueurs dont les stratégies sont associées aux différents niveaux d'expression possibles. Les jeux du réseau permettent de décrire les interactions entre ces gènes et modélisent l'activation ou l'inhibition d'un gène par un ou plusieurs autres gènes. Les équilibres globaux du réseau de jeux correspondent alors aux états stables du réseau régulation. Cette approche a été validée par la modélisation d'un réseau impliqué dans le développement cellulaire des fleurs d'Arabidopsis thaliana.