Mathematics of Complex Systems in Biology and Medicine

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Date(s) - 24/02/2020 - 28/02/2020
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CIRM, Luminy

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THEMATIC MONTH on Mathematical Issues in Biology
MOIS THEMATIQUE: Mathematical Issues in Biology

CONFERENCE

Mathematics of Complex Systems in Biology and Medicine
Mathématiques des systèmes complexes en biologie et en médecine
24 – 28 February 2020
Scientific Committee
Comité scientifique
Leonid Berlyand (Penn State University)
Jasmine Foo (University of Minnesota)
Miguel A. Herrero (Complutense University of Madrid)
Anita T. Layton (Duke University)
Benoît Perthame (Sorbonne Université & Académie des Sciences)
Magali Ribot (Université d’Orléans)
Samuel Soubeyrand (INRA Avignon)
Olivier Theodoly (LAI Marseille)
Organizing Committee
Comité d’organisation
Michel Cristofol (I2M, Aix-Marseille Université)
Jean-Marc Freyermuth (I2M, Aix-Marseille Université)
Christophe Gomez (I2M, Aix-Marseille Université)
Florence Hubert (Aix Marseille Université)
Shawn Ryan (Cleveland State University)
Magali Tournus (Ecole centrale Marseille)​For any further informations, contact
mathsbiomonth-week4@sciencesconf.org
Description
This conference aims to bring together researchers from different mathematical backgrounds and biologists or biophysicists studying complex systems arising in biology and medicine and to discuss new perspectives at the intersection between these different approaches.
Starting from a problem coming from biology, we are interested in the whole mathematical process leading to a better understanding of the biological issues through modeling. In particular: interpret the biological data, design a deterministic or probabilistic model, calibrate the model from the experimental data, study the mathematical properties of the model, obtain accurate approximations, and give a biological interpretation of the results. Statistical approaches, used to interpret large sets of experimental data can be then combined with the accurate deterministic or stochastic modeling of the phenomenon under consideration to arrive at a deeper level of understanding. These accurate models can be simplified into toy models that can be analyzed mathematically. In addition, a numerical treatment of the model can also help provide deeper understanding or further insight into the analysis of the original problem. This week conference will consider the following central questions

  •  How to calibrate the model from the experimental data?
  • How to describe the emergence of a pattern from a complex systems?
  • Can we predict the macroscopic behavior of a system from laws at the microscopic level? Can we interpret the microscopic behaviour from the observations at the macroscopic level?
  • What is the long time behaviour of the system? Does the system relax toward an equilibrium, or does it synchronize?

These questions are of real interest for the biology and medical communities. A portion of the speakers work directly in the biology or biophysics community and the other speakers are mathematicians that have a strong connection with biologists and medical doctors. During this week, discussion will be centered around mathematical fields that include topics such as systems of PDEs, integro-differential equations, systems of stochastic differential equations, inverse problems, and statistics. Applications to medicine, pharmacology and biophysics will be highlighted.

Cette conférence a pour but à la fois de réunir des chercheurs de différents horizons (mathématiques, biologistes, biophysiciens) étudiant des systèmes complexes issus de la biologie et de la médecine, et de discuter de nouvelles perspectives à l’intersection de ces différentes approches.

Partant d’un problème issu de la biologie, nous nous intéressons à l’ensemble du processus mathématique conduisant à une meilleure compréhension des enjeux biologiques par la modélisation. En particulier : interpréter les données biologiques, concevoir un modèle déterministe ou probabiliste, calibrer le modèle à partir des données expérimentales, étudier les propriétés mathématiques du modèle, obtenir des approximations précises, et donner une interprétation biologique des résultats. Les approches statistiques, utilisées pour interpréter de vastes ensembles de données expérimentales, peuvent ensuite être combinées à la modélisation déterministe ou stochastique précise du phénomène à l’étude pour arriver à un niveau de compréhension plus profond. Ces modèles précis peuvent être simplifiés en modèles jouets qui peuvent être analysés mathématiquement. De plus, un traitement numérique du modèle peut aussi aider à mieux comprendre ou à approfondir l’analyse du problème initial.

Durant cette semaine, la conférence se penchera sur les questions centrales suivantes

  •  Comment calibrer le modèle à partir des données expérimentales ?
  •  Comment décrire l’émergence d’un modèle à partir d’un système complexe ?
  •  Peut-on prédire le comportement macroscopique d’un système à partir de lois au niveau microscopique ? Peut-on interpréter le comportement microscopique à partir des observations au niveau macroscopique ?
  •  Quel est le comportement à long terme du système ? Le système se détend-il vers un équilibre ou se synchronise-t-il ?

Ces questions sont d’un intérêt réel pour les milieux de la biologie et de la médecine. Une partie des conférenciers travaillent directement dans le milieu de la biologie ou de la biophysique et les autres conférenciers sont des mathématiciens qui ont un lien étroit avec les biologistes et les médecins.
​Au cours de cette semaine, la discussion sera centrée sur des domaines mathématiques qui incluent des sujets tels que les systèmes d’EDP, les équations intégro-différentielles, les systèmes d’équations différentielles stochastiques, les problèmes inverses, et les statistiques. Les applications à la médecine, à la pharmacologie et à la biophysique seront mises en évidence.

Speakers

Larisa Beilina (University of Chalmers)   Time-adaptive  determination of drug efficacy in the mathematical model of HIV infection
Richard Bertram (Florida State University)   Synergy Between Mathematical Modeling and Experimentation in the Study of Pulsatile Insulin Secretion
Céline Bonnet (CMAP / Ecole polytechnique) Large fluctuation in a stochastic model for rest erythropoiesis
Federica Bubba (Université Paris Sorbonne)  PDE models for pattern formation in cultures of breast cancer cells
José Antonio Carrillo (Imperial College London)   Attractive-repulsive models in collective behavior and applications 
​Martina Conte (Basque Center for Applied Mathematics) Mathematical modelling of glioma progression: the role of cellular protrusions
Fabien Crauste (CNRS, Université de Bordeaux) Mathematical modeling of CD8 T cell immune responses, from heterogeneous cell dynamics towards multiscale descriptions
Adriana De Mendoza (TU Dresden) The Jung model as a unified kinetic model for the prediction of the combined hyperthermia and radiation treatment outcomes
Raluca Eftimie (University of Dundee)   Understanding the role of macrophages’ plasticity and heterogeneity in the evolution of tumours: mathematical approaches
Ján Eliaš (University of Graz)   Mathematical modelling of lipolysis
Giada Fiandaca (Polytechnic University of Turin)   A mathematical model for the emergence of intratumour metabolic heterogeneity
Thierry Goudon (INRIA Nice)   A PDE model describing the immune cells-tumor growth interactions
Céline Grandmont (INRIA Paris) Mathematical modelling of the ventilation. Application to the study of Heliox Effectiveness and to the idenfication of bronchoconstrictions
Ulysse Herbach (Institut Élie Cartan de Lorraine)  Inferring gene networks with single-cell data: from mechanistic modelling to statistics
Thomas Hillen (University of Alberta)   Non-local Models for Cellular Adhesion 
Trachette Jackson (University of Michigan)   Mathematical Modeling of Targeted Cancer Therapeutics
Natalia Komarova (University of California, Irvine)   Mathematical modeling of cell population evolution
Anita Layton (University of Waterloo)  The Kidney, diabetes, and hypertension: Modeling and analysis
Alexandra Lefebvre (CNRS / Sorbonne université)  A Mendelian model based on probabilistic graphical models and multi-state models to compute risks in genetic diseases. Application to the Lynch syndrome
Paul Lemarre (Université Claude Bernard Lyon 1)   Using impulsive differential equations to model the propagation of yeast prions
Bertrand Maury (Université Paris Sud)    Morphometry / visualization of the deep lung
Nadia Loy (Polytechnic University of Turin)  Modelling physical limits of migration by a kinetic model with non-local sensing
Nicolas Meunier (Université d’Évry Val d’Essonne)  Motility and Morphodynamics of Confined Cells
Vuk Misilic (Université Paris 13)   Modeling and mathematical analysis of adhesion forces in the context of cell motility: a gradient flow approach
Chaouqi Misbah (Université Grenoble Alpes)  Modeling Swimming of Leukocytes
Philippe Moireau (INRIA Saclay)
Peter Rashkov (Bulgarian Academy of Sciences) Challenges and complexity in modelling the host’s immune response to mature and immature dengue viruses
Vincent Rivoirard (Université Paris-Dauphine)   Nonparametric estimation for size-structured populations of cells
Shawn Ryan (Cleveland State University)    Mathematics Provides Insight Into Self-Organization in Active Biosystems
Christian Schmeiser (University of Vienna)   Kinetic modeling for myxobacteria alignment and reversal interactions
Angela Stevens (WWU Münster)
Cécile Sykes (Institut Curie, Paris)   Cell-like membranes are shaped by actin dynamics
Min Tang (Shanghai Jiao Tong University)
Rémi Tesson (ENS Paris-Saclay)  Estimating relapse risks for glioblastomas with Level-set and Machine Learning methods
Annie Viallat (CINAM, Marseille)   Biological fluids: mucus swirling, white blood cells snaking, and red blood cells swinging
Romain Yvinec (INRA) Modeling (some aspects of) the female reproductive system

POSTERS SESSION

​Safaa Al Ali (Université Paris 13)
Kokou Kevin Atsou (Université Nice Sophia Antipolis – INRIA)
Valeria Caliaro (Sorbonne Université)
Noemi David (Sorbonne Université)
Nicolas Garcia Seyda (Centre d’Immunologie Marseille-Luminy)
Simon Girel (CMAP- Ecole Polytechnique)
Emma Leschierra (Sorbonne Université)
Fabio Manca (Centre d’Immunologie Marseille-Luminy)
Maria Rosaria Mattei (University of Naples Federico II)
Darryl Maldany Ondoua (Sorbonne Université)
Anaïs Rat (Ecole Centrale de Marseille)
Michèle Romanos (Université Paul Sabatier, Toulouse)
Mehrshad Sadria (University of Waterloo)
Daniel Schindler (University of Potsdam
Valentine Seveau de Ronay (Aix Marseille Université)
​Matthieu Vignes (​Massey University)

Eric Lozingot
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