Modelo espacio temporal del ciclo celular utilizando autómatas celulares con distribución de panal

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo computacional del ciclo celular de una representación abstracta de célula, el cual se enfoca en los procesos de reproducción, división celular y muerte celular programada, y cuyo fin es representar las interacciones de una población de células donde los comportamientos de población surjen de forma emergente (enfoque de abajo hacia arriba). Haciendo uso de un autómata celular de panal se representa la distribución espacial de las células, donde cada célula pertenece a uno de los hexágonos que componen el autómata y máximo tiene seis vecinos adyacentes. Los estados posibles de cada espacio en el autómata son: célula viva, célula en proceso de desintegraci ón, y espacio disponible. De acuerdo con este modelo, la población de células se encuentra en constante adhesión célula - célula, y esto facilita la interacción que conlleva al comportamiento emergente. Por otra parte, se abstrae cada célula utilizando el paradigma de modelos basados en agentes, donde se define la célula mediante atributos generales, las percepciones que tendría ésta del ambiente, y las acciones que puede ejecutar al interior del ambiente. El ambiente se determina por la población de células, y por un conjunto de nutrientes que se mueve a través del espacio; dichos nutrientes son tomados por las células para ser procesados y generar la energía requerida para llevar a cabo sus procesos particulares (crecimiento, división, empuje, entre otros). Los resultados muestran diferentes formas de dispersión en el crecimiento de la población de células, sin embargo, se cumplen patrones similares a los que se encuentran en la realidad. Así mismo, se observa como es la distribución espacial a medida que disminuyen recursos como el espacio y los nutrientes, obteniendo una relación entre estos recursos y la forma en la cual se comporta la población.

Abstract. This thesis proposes a computational model concerning the cycle-cell of an abstract model of cell, which focuses on shaping processes of reproduction, cell division and programmed cell death, which aims to represent the interactions of a cell population where population behaviors arising from emerging way (bottom-up). Take a honeycomb cellular automata, and represents the spatial distribution of the cells, where each cell belongs to one of the hexagons that make up the cellular automata, making most of every cell can have six adjacent neighbors. The possible states for each space in automata are: living cell, cell in disintegration process, and empty space. According to this model, the cell population is constantlying cell - cell adhesion process, and this allows the interaction that lead to emergent behavior. Moreover, each cell is abstracted using the paradigm of agent-based models, and thus of the cell by a fine general attributes, perceptions that have this environment and the actions that can run into the environment. The environment is defined by the population of cells, and a set of nutrients that moves through the environment. These nutrients are taken up by cells to be processed and to generate the energy required to carry out their cellular processes. The results show various forms of dispersion in the growth of the cell population, however, producing patterns similar to those found in reality. Likewise, it is seen as the spatial distribution as resources diminish as space and nutrients that cells use, so it is determined a relationship between these resources and the way in which cells behave.