Multiscale models and stochastic simulation methods for computing rare but key binding events in cell biology

مشکل اصلی در شبیه سازی فرآیندهای انتشار در یک سطح مولکولی در میکرومدین ها سلول به علت مقیاس های متعدد شامل نانو تا میکرومتر است. تعداد کمی از ذرات باید شبیه سازی و به طور همزمان ردیابی شوند در حالیکه بخش بزرگی از فضای مورد نیاز برای اتصال اهداف کوچک مانند بافر یا سایت فعال وجود دارد. برتری مقیاس های کوچک و بزرگ فضایی بواسطه رویدادهای نادر که ذرات براون را به دنبال اهداف کوچک می رسانند و با توزیع بلند مدت مشخص می شوند، به دست می آید. این حوادث نادر، تنگنا شبیه سازی عددی هستند. شبیه سازی اتفاقی ساده و بی نظیر، نیاز به پرتاب بسیاری از ذرات براون را دارد که محاسباتی هذیان و ناکارآمد است. حل معادلات دیفرانسیل مختصات جزئی با توجه به شرایط مرزی وابسته به زمان، پاس های باریک و شرایط مرزی مخلوط در پنجره های کوچک نیز دشوار است. ما در اینجا دو رویکرد مدلسازی کاهش یافته برای محاسبه سریع جریانهای پخش در میکرومودنها ارائه میدهیم. اولین رویکرد مبتنی بر یک معادله قانون معادله مارکف است که به زنجیره مارکوف متصل می شود. دوم، روش گیلزیپی است که بر اساس نظریه گسستگی باریک برای زوال دادن هندسه دامنه به نرخ پواسون است. برنامه اصلی مربوط به انتشار در زیست شناسی سلولی است، جایی که ما به عنوان مثال می توانیم توزیع زمان ورود یون های کلسیم به اهداف کوچک پنهان را به منظور انتشار آزادی ویسکولر محاسبه کنیم.