Семинары >> Архив >> Общеинститутский семинар
2015
6 апреля
Ольга Калинина
Использование коррелированных изменений в последовательности белков для предсказания их трехмерной структуры
Предсказание трехмерной структуры белков на основании аминокислотной последовательности уже более 40 лет является одной из центральных нерешенных задач биоинформатики.
Методы, основанные на биофизических представлениях об этом процессе, работают успешно только для очень коротких белков, так как либо недостаточно точны,
либо требуют слишком больших вычислительных ресурсов. Использование информации о родственных белках представляется продуктивным альтернативным подходом к решению проблемы.
Две позиции в последовательности белка называются скоррелированными, если они изменяются одновременно в одних и тех же родственных последовательностях.
Самая простая причина для такой специфической картины мутаций - непосредственный физический контакт соответствующих аминокислотных остатков в трехмерной структуре белка.
Наивный подход с использованием взаимной информации распределений частот аминокислотных остатков для каждой пары позиций был ранее с успехом применен в предсказанию структуры РНК,
однако для белков такой подход был мало успешен. Причина этому лежит в том, высокая взаимная информация является транзитивной:
если распределение частот в позициях А и В имеет высокую взаимную информацию, и также в позициях В и С, то распределения частот в позициях А и С также оказываются скоррелированными.
Таким образом, может быть сформулирована задача о нахождении для данного белка базисного набора коррелирующих пар позиций, который может объяснить все наблюдаемые в нем корреляции.
В последние годы появились работы, решающие эту задачу с помощью разных методов оптимизации. В докладе будут рассмотрены методы,
основанные на (а) максимизации энтропии глобальной статистической модели; (б) обращении матрицы ковариаций; (в) случайных Марковских полях.
17 марта
Татьяна Татаринова
GPS и reAdmix - алгоритмы для отслеживания происхождения генотипов
В антропологии, эволюционной теории и медицине очень важную роль играет понимание генетической структуры населения, а она может быть очень сложной. Дело в том, что по мере роста мобильности населения все больше семей образуют представители разных этнических групп, так что определение генного состава для нужд персональной медицины и фармакологии (фармакокинетики) зачастую является сложной задачей. С появлением все большего числа смешанных генотипов растет необходимость в инструментах предсказания генетической структуры сразу по многим генетическим линиям. Наша лаборатория старается эту задачу решить. Неправильная или неточная система классификации смешанных генотипов может привести к дорогостоящим ошибкам в интерпретации экспрессии генов, - в первую очередь это касается предрасположенности к заболеваниям и воздействия новых лекарств. Мы предлагаем новый, более совершенный инструмент отслеживания географического происхождения генотипа, который хорошо работает для сильно перемешанных генов. Алгоритм reAdmix может учитывать также уже имеющуюся информацию о происхождении генотипа (например, сведения о шотландской или турецкой бабушке). Наш алгоритм доступен онлайн по ссылке.
Цикл семинаров по работам Центра распределенных вычислений ИППИ РАН
16 декабря 2014
Владимир Волошинов
Технологии оптимизационного моделирования в распределенной вычислительной среде
Оптимизационное моделирование (ОМ) объединяет широкий круг методов научных исследований, основанных на формировании и поиске решения оптимизационных задач различных типов. Практика работы в данной области, сложившаяся за много десятилетий, в существенной части, основана на сочетании двух типов программных средств: 1) пакетов оптимизации - библиотек численных методов решения основных типов задач; 2) трансляторов алгебраических языков описания оптимизационных моделей (и сценариев расчетов на их основе), совместимых с пакетами оптимизации. Такой подход обеспечивает эффективность применения методов ОМ на практике, особенно на первоначальных, поисковых, этапах НИР (10 лет назад в западной литературе появилось понятия Rapid Mathematical Programming).
В докладе, вначале, дается краткий обзор указанных программных технологий и методик с точки зрения переноса вычислений в распределенную вычислительную среду. Затем излагается методика разработки распределенных систем ОМ на основе программного инструментария Everest (следующей версии Mathcloud) и языка оптимизационного моделирования AMPL. Применение предлагаемой методики иллюстрируется на примерах решения задач обработки результатов физических экспериментов и распределенного выполнения декомпозиционных алгоритмов решения задач математического программирования с блочной структурой.
Далее описывается нестандартный подход к решению трудоемких задач дискретной оптимизации на основе т. н. крупноблочной вычислительной схемы метода ветвей-и-границ, интегрированной с сервисами оптимизации, представляющими пакеты численных методов для частично-целочисленных задач. Применение данного подхода иллюстрируется на примерах известных задач дискретного программирования (о коммивояжере и составления расписаний).
Обсуждаются перспективы развития инструментария Everest с точки зрения потребностей создания высокопроизводительных, масштабируемых распределенных систем ОМ.
Обсуждается возможность проведения вычислительных экспериментов по новым декомпозиционным методам, применяемым к задачам, не имеющим явной блочной структуры.
9 декабря 2014
На первом заседании руководитель Центра Александр Афанасьев кратко представил направления работ Центра, а старший научный сотрудник Олег Сухорослов рассказал об Облачной платформе для публикации, выполнения и композиции вычислительных приложений в распределенной среде.
Аннотация доклада О.В. Сухорослова
Возможность беспрепятственно использовать и сочетать при решении задач существующие вычислительные приложения и ресурсы является ключевым фактором, влияющим на производительность исследований во многих областях науки. Однако научные приложения зачастую требуют особой квалификации для своей установки, конфигурации и запуска, которой не обладает большинство исследователей. То же относится к конфигурации и использованию вычислительных ресурсов, требуемых для выполнения приложений. Кроме того, исследователи часто ощущают потребность в автоматизации совместного использования нескольких приложений и в эффективном запуске приложений на множестве доступных ресурсов.
В докладе рассматривается программная платформа Everest, реализующая публикацию, выполнение и композицию вычислительных приложений в распределенной среде. В отличие от существующих решений, Everest является облачной платформой, реализующей модель Platform as a Service (PaaS). Это означает, что вся функциональность платформы доступна через удаленные интерфейсы: пользовательский веб-интерфейс и программный интерфейс (REST API). Один экземпляр платформы может обслуживать много пользователей, позволяя им самостоятельно размещать приложения, запускать их и делиться ими с другими пользователями без необходимости установки дополнительного ПО на свои компьютеры. Размещенные в Everest приложения автоматически становятся доступными через веб-интерфейс и REST API. Последний позволяет автоматизировать работу с приложениями, осуществлять их композицию в рамках расчетных схем (workflow), а также работать с приложениями из внешних систем. Другой отличительной чертой Everest является поддержка запуска приложений на произвольных комбинациях внешних вычислительных ресурсов, подключенных пользователями платформы.
29 апреля 2013 года
Применение МЭГ в исследованиях активности мозга человека: почему, как и зачем?
В докладе будут представлены результаты использования магнитоэнцефалографии (МЭГ) в фундаментальных и клинических исследованиях нейронной активности мозга человека, которые проводятся в МЭГ-центре МГППУ, начиная с 2010 года. МЭГ – новый метод для отечественной когнитивной нейронауки и клинической медицины, который, к тому же, много дороже и сложнее в использовании, чем традиционные методы электроэнцефалографии (ЭЭГ). Вопрос о том, предоставляет ли МЭГ качественно новую информацию в сравнении с ЭЭГ и другими современными методами пространственно-временного картирования активности мозга человека чрезвычайно важен. Поэтому основной акцент в докладе будет сделан на уникальных возможностях этого метода в исследовании бессознательных мозговых механизмов внимания и восприятия человека.
Принципиальное значение для МЭГ, как и для любого метода неинвазивного исследования мозга, имеет надежность его результатов в сопоставлении с прямой регистрацией активности нейронных ансамблей. Во второй части доклада будут представлены итоги применения МЭГ для локализации эпилептогенных регионов коры мозга у пациентов с фармако-резистентной эпилепсией и их верификация при инвазивной регистрации активности мозга в ходе нейрохирургической операции.
25 декабря 2012 года
Professor Erol Gelenbe (Imperial College London, UK)
Steps Toward Self-Aware Networks
The design of a packet network where paths are dynamically selected based on Quality-of-Service (QoS) metrics, including security and energy management, that can be specified by the users of the network or by the network"s access points will be presented. The approach uses on-line measurement associated with the traffic itself, and reinforcement learning throughout the nodes of the network, to try to satisfy the users" QoS objectives. The talk will present numerous measurement studies of this approach on a large laboratory test-bed, and also discuss applications in energy savings in packet networks.
_____________________________________________________
20 июня 2011 года
На семинаре выступил К.Ю. Попадьин, с докладом на тему
"Орангутан, Горилла, Шимпанзе, Неандерталец и Алтайский Человек - что полные геномы могут рассказать о происхождении Человека?"
________________________________________________________
21 марта 2011 года
С докладом на тему "Проблема выбора оптимальных оптотипов для оценки остроты зрения: клинические и теоретические аспекты" выступили Д.С.Лебедев, Г.И.Рожкова, А.Е.Белозеров.
Острота зрения – один из основных показателей состояния зрительной системы, который регулярно оценивают у всех людей для выявления нарушений зрения или определения профпригодности, а в случае глазной патологии - для слежения за ходом лечения. Для эффективной диагностики и надежного мониторинга применяемые на практике процедуры измерения должны обеспечивать достаточную точность результатов. Обычно острота зрения определяется по наименьшему размеру специальных тестовых изображений – оптотипов, которые обследуемый человек успешно обнаруживает или распознает. Оптотипы разного размера либо предъявляются на печатных таблицах, либо проецируются на экран, либо выводятся на дисплей. В докладе предполагается обсудить разнообразие применяемых оптотипов, проанализировать логику изменения оптотипов, предлагавшихся с середины XIX века до последнего времени, достоинства и недостатки оптотипа, рекомендованного в качестве современного международного стандарта, трудности выбора оптимального оптотипа. Рассмотрена задача оптимизации одного из простейших оптотипов – трехполосного стимула, применяемого для оценки остроты зрения у американских военных летчиков. Предложено ее решение на основе моделирования процесса распознавания стимулов среднестатистическим наблюдателем. Результаты экспериментального испытания стандартного и модифицированного оптотипов сопоставляются с результатами моделирования.
______________________________________________
22 ноября 2010 года
С докладом на тему "ТВОРЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ КОМБИНАТОРНЫХ ЗАДАЧ" выступил В.Л.Стефанюк.
Решение логических задач на ЭВМ – хорошо изученная область искусственного интеллекта [1,2]. Имеются разнообразные средства для логического анализа ситуации, которые были использованы при организации довольно сложного поведения робота (Например, система Strips для робота Шейки). Распространены всевозможные системы доказательства теорем. Сегодня трудно указать области, где бы ни использовались экспертные системы или их аналоги, опирающиеся на предварительно собранные знания об изучаемом предмете. Описаны целостные логические системы, решающие разнообразные прикладные задачи [1].
В докладе показано, что выбор представления задачи, производимый до ее решения [4], может служить основой для так называемого творческого решения задачи, т.е. решения, не вытекающего из предварительного знания об области, к которой принадлежит эта задача. Для пояснения этого приводятся отдельные примеры творческих решений проблем из практики автора, происхождение которых трудно систематизировать.
Для систематического выбора «хорошего» представления для некоторых комбинаторных задач предлагается воспользоваться концепцией, названной автором принципом семиотической интроспекции (SIP). Ее использование противопоставляется отдельным приемам поиска творческих решений. Полезность SIP демонстрируется в докладе на примерах, так или иначе связанных с задачей «крепкий орешек», на которую обратил внимание специалистов из области искусственного интеллекта Дж. Маккарти [3]. Ряд авторов упоминали эту задачу, а сравнительно недавно к ней вернулся и Дж. Маккарти, подчеркнув творческий характер нескольких новых решений [5].
В конце доклада показана аналогичная пространственная задачи, где применение SIP приводит к неочевидному для людей решению буквально за несколько шагов. В заключение высказывается мнение, что объединение эвристики SIP с традиционной для искусственного интеллекта (ИИ) эвристикой GPS позволяет рассчитывать на серьезное продвижение в решении разнообразных интеллектуальных задач в рамках ИИ.
Цитированная литература:
[1] Финн В.К. Правдоподобные рассуждения в интеллектуальных системах типа ДСМ // Итоги науки и техники. М.,1991, Т. 15, С. 54-98.
[2] Вагин В.Н., Е.Ю.Головина, А.А.Загорянская, М.В.Фомина. Достоверный и правдоподобный вывод в интеллектуальных системах. М.: Физматлит, 2004. 703 c.
[3] McCarthy J. A Tough Nut Proof Procedures. Stanford University, AI Project Memo 1964, N 16.
[4] Stefanuk, 1973 – Stefanuk V.L. On a local approach to representation in problem solving. Proceedings of the 3IJCAI, Stanford: Stanford University, 1973. - pp. 612-617.
[5] McCarthy, 1999 – J. McCarthy. Creative problem solving (1999).
___________________________________________
25 октября 2010 года
Э.Годик выступил с докладом на тему "Системные подходы к общеорганизменной превентивной медицине"
Организм Человека в собственном свете, отображающем его функционирование в реальном времени в виде пространственно-временных образов. Это основа для наиболее естественной функциональной системной диагностики, способной выявлять патологию на ранних стадиях нарушения функционального паттерна.
- Необходимость и возможность информационной коррекции функционального паттерна организма с помощью слабых физических и химических воздействий через сенсорные, рецептивные входы (через "двери", а не "проламывая стены" с помощью доминирующих в современной медицине сильных воздействий).
- Потенциальную возможность существования у живых систем опции "System restore" для долговременного поддержания системной устойчивости организма.
Предлагается междисциплинарный инновационный проект, основанный на этих "трех китах."
Подробнее: http://www.edgodik.net/
_______________________________
21 июня 2010 года
Калинин А.В. выступил с докладом на тему «Вычислительная электрофизиология сердца: математические модели, численные алгоритмы и клинические эксперименты».
Вычислительная электрофизиология сердца – сравнительно новое научное направление, заключающееся в изучении механизмов нарушений сердечного ритма, разработке методов их диагностики и лечения на основе математического описания электрофизиологических процессов в сердце человека и решения возникающих задач методами вычислительной математики.
Предпосылки возникновения этого направления:
1. Успехи в области математического описания электрофизиологических процессов сердца.
2. Развитие методов изучения электрофизиологических явлений в эксперименте на изолированном сердце (оптическое картирование) и создание методов инвазивного электрофизиологического исследования сердца человека в клинике.
3. Значительный прогресс в области хирургических и интервенционных методов нарушения сердечного ритма.
4. Развитие томографических методов исследования, позволяющих получить точную индивидуальную трехмерную геометрию отделов сердца.
5. Прогресс в области вычислительной техники.
В докладе была подробно рассмотрена обратная задача электрокардиографии в терминах потенциалов, включая математическую постановку и численные алгоритмы ее решения. Обратная задача электрокардиографии заключается в численной реконструкции электрического поля сердца на поверхности миокарда предсердий или желудочков по данным электрокардиографических измерений на поверхности грудной клетки. На основе решения данной задачи осуществляется реконструкция неинвазивным путем электрограмм на поверхности миокарда и построение изопараметрических активационных карт. Таким образом, становится возможным проведение "виртуальных" электрокардиографических измерений на поверхности миокарда без сложной и небезопасной процедуры катетеризации камер сердца или полости перикарда.
Также в докладе были рассмотрены практические приложения вычислительной электрофизиологии сердца:
1. Разработка новых принципов, методов и устройств для инвазивного электрофизиологического исследования сердца.
2. Разработка новых принципов, методов и устройств для неинвазивного электрофизиологического исследования сердца.
3. Разработка новых методов хирургического, электроимпульсного, медикаментозного лечения аритмий.
Задачи вычислительной электрофизиологии активно исследуются во многих лабораториях Европы и США, что позволяет организовать эффективное сотрудничество:
- Лаборатория Р. Мак-Леода, США
- Лаборатория И. Ефимова, США
- Лаборатория А. Панфилова, Нидерланды
- Лаборатория Симула, Норвегия
___________________________________________
15 июня 2010 года
Mark Latash, Ph.D. (Марк Латаш)
Professor, Department of Kinesiology
Penn State University, USA
выступил с докладом "Kinematic synergies during saccades involving whole-body rotation" (Кинематические синергии при саккадах, во время вращения всего тела) .
_________________________________
19 октября 2009 года
Состоялся очередной Общеинститутский семинар, посвященный памяти член-корр. РАН Л.М.Чайлахяна.
В.П.Божкова выступила с докладом на тему "Изучение генетики глухоты в Российской федерации: эксперимент ставит сама природа".
Щелевые контакты как межклеточные структуры, образованные белками семейства коннексинов, присутствуют практически во всех клетках млекопитающих и человека. Вместе с тем представление об их биологической роли носило в большой степени гипотетический характер до тех пор, пока не были выявлены патогенные для человека природные мутации коннексинов. В моем докладе будет рассказано о связи коннексинов с наследственными нарушениями слуха, о мутациях коннексина-26 и о генетических особенностях глухоты в центральной части РФ и кавказском регионе, проведено сравнение с другими популяциями Евразии.
_____________________________________
9 октября 2009 года
На семинаре выступил проф. Леонид Перловский из Гарвардского университета с докладом "ЭМОЦИОНАЛЬНЫЙ АСПЕКТ ГИПОТЕЗЫ СЕПИРА-УОРФА. ЯЗЫКИ И КУЛЬТУРЫ".
Примерное содержание доклада:
Эмоциональный вариант гипотезы Сепира-Уорфа предполагает, что различия в эмоциональном лингвистическом воздействии между различными культурами не менее значительны, чем концептуальные различия. Концептуальное содержание языков и культур в сильной степени определяется словами и их семантическим различием, последние могут быть использованы в различных языках и присутствовать в различных культурах. В докладе рассматриваются концептуальные и эмоциональные механизмы языка вместе с их ролью в эволюции интеллекта и культуры. Обсуждается эволюция языка от нечленораздельных криков животных: когда возрастает концептуальное содержание, эмоциональное - убывает. Предлагаются нейронные механизмы реализации этих процессов и приводятся соответствующие математические модели: инстинкт знания, двойственные модели, связывающие язык и познание, нейронные моделирующие поля. Математические результаты связаны с когнитивной наукой, лингвистикой и психологией. Обсуждаются экспериментальные свидетельства и теоретические соображения. Опираясь на метод среднего поля и некоторые приближенные уравнения, исследована динамика, присущая иерархиям мозга человека и культуры. Инстинкт знаний, действующий в иерархии мозга, ведет к механизмам дифференциации и синтеза, определяющим отнтологическое развитие и эволюцию культуры. Полученная модель выделяет три типа культур: "концептуальные" прагматические культуры, в которых снижена эмоциональность языка и дифференциация доминирует над синтезом, что приводит к быстрой эволюции, но ценою роста неопределенности в оценке ценностей, порождению сомнений и внутренних кризисов; "традиционно-эмоциональные" культуры, где дифференциация отстает от синтеза, приводя к культурной стабильности, но ценою стагнации, и "мультикультурные" общества, сочетающие быструю культурную эволюцию и стабильность. Обсуждаются нерешенные проблемы и возможные направления экспериментов.
____________________________________________
2 марта 2009 года
На семинаре был представлен доклад Ю.В. Панчина "Как читают геном? От Сангера до ILLUMINA, HELICOS и SMRT".
Элегантные методы ДНК технологии переживают новый расцвет. В первую очередь это методы чтения последовательностей из четырёх типов нуклеотидов (иначе букв или мономеров) «A», «T», «G», «C», из которых состоят молекулы длинной в сотни миллионов букв геномов живых существ. Докладчик приложит все усилия, чтобы точное описание классических и новейших методов чтения букв ДНК было понятно даже без какой-либо биологической подготовки.
| 
