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Enregistrement W2929284387 · doi:10.1101/601781

From Energy to Cellular Force in the Cellular Potts Model

2019· preprint· en· W2929284387 sur OpenAlexaff
Elisabeth G. Rens, Leah Edelstein‐Keshet

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2019
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCellular Mechanics and Interactions
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPotts modelPointwiseHamiltonian (control theory)PhysicsClassical mechanicsStatistical physicsMechanicsMathematicsMathematical analysisMathematical optimizationIsing model

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Single and collective cell dynamics, cell shape changes, and cell migration can be conveniently represented by the Cellular Potts Model, a computational platform based on minimization of a Hamiltonian while permitting stochastic fluctuations. Using the fact that a force field is easily derived from a scalar energy ( F = −∇ H ), we develop a simple algorithm to associate effective forces with cell shapes in the CPM. We display the predicted forces for single cells of various shapes and sizes (relative to cell rest-area and cell rest-perimeter). While CPM forces are specified directly from the Hamiltonian on the cell perimeter, we infer internal forces using interpolation, and refine the results with smoothing. Predicted forces compare favorably with experimentally measured cellular traction forces. We show that a CPM model with internal signaling (such as Rho-GTPase-related contractility) can be associated with retraction-protrusion forces that accompany cell shape changes and migration. We adapt the computations to multicellular systems, showing, for example, the forces that a pair of swirling cells exert on one another, demonstrating that our algorithm works equally well for interacting cells. Finally, we show forces associated with the dynamics of classic cell-sorting experiments in larger clusters of model cells. Author summary Cells exert forces on their surroundings and on one another. In simulations of cell shape using the Cellular Potts Model (CPM), the dynamics of deforming cell shapes is traditionally represented by an energy-minimization method. We use this CPM energy, the Hamiltonian, to derive and visualize the corresponding forces exerted by the cells. We use the fact that force is the negative gradient of energy to assign forces to the CPM cell edges, and then extend the results to interior forces by interpolation. We show that this method works for single as well as multiple interacting model cells, both static and motile. Finally, we show favorable comparison between predicted forces and real forces measured experimentally.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,014

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,010
Tête enseignante GPT0,209
Écart entre enseignants0,199 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2019
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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