Yaşam ve tıp
Proteinler, hücreler, organlar, hastalar ve salgınlar: moleküler ölçekten nüfusa biyoloji.
Biyoloji her örgütlenme düzeyinde simüle edilir: bir proteindeki atomlar, bir hücredeki tepkimeler, bir dokudaki hücreler, bir bedendeki organlar, bir nüfustaki bedenler. Her düzey farklı bir yöntem kullanır. Düzeyleri birbirine bağlamak hâlâ açık bir problemdir.
Protein katlanması ve dinamiği
On binlerce atom olarak bir protein; suda titreşir, katlanır ve biçim değiştirir.
Yanıtladığı soru: Bu amino asit zinciri işlevsel üç boyutlu bir yapıya nasıl katlanır?
Dışarıda bıraktığı: En uzun çalıştırmalar bile en fazla mikrosaniyeleri kapsar; bu, birçok gerçek katlanma süresinin çok altındadır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık mikrosaniyelik tüm atom dinamiğini çalıştıran bir GPU kümesiŞu tarihten beri: 1977 McCammon, Gelin ve Karplus'un ilk protein dinamiği simülasyonuSimülasyonlar ağacında: Protein dinamiği
Moleküler yerleştirme ve ilaç bağlanması
Hedef bir proteinin cebinde denenen aday ilaç molekülleri.
Yanıtladığı soru: Bir milyon molekülden hangisi bu hedefe yapışacak?
Dışarıda bıraktığı: Yerleştirme puanları yaklaşıktır; öngörülen bağlayıcıların çoğu laboratuvarda hiç işe yaramaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık milyonlarca aday molekülü yerleştiren bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1982 Kuntz ve çalışma arkadaşlarının DOCK'u, ilk otomatik moleküler yerleştirme programı
Zarlar ve iyon kanalları
Hücrenin yağlı derisi ve iyonların geçmesine izin veren protein kapıları.
Yanıtladığı soru: Bir sinir hücresi kanallarını nasıl açar ve kapatır?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek kanallar milisaniyeler süren bir zaman ölçeğinde açılıp kapanır; bu, çoğu simülasyonun ulaştığından çok daha uzundur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık bir lipit çift katmanını ve kanallarını simüle eden bir GPU kümesiŞu tarihten beri: 1982 van der Ploeg ve Berendsen'in lipit çift katmanın dinamiği çalışması
Bütün virüs parçacıkları
Bir virüs kabuğunun her atomu, bazen yüz milyon tanesi, aynı anda simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Virüs nasıl bir arada durur ve bir hücrenin içinde nasıl parçalanır?
Dışarıda bıraktığı: Çalışmalar nanosaniyelerden mikrosaniyelere uzanır; bu, gerçek bir enfeksiyon döngüsünden çok kısadır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1017 FLOPS yaklaşık yüz milyon atomluk bir kabuğu simüle eden bir ulusal süper bilgisayarŞu tarihten beri: 2006 Freddolino ve Schulten'ın bir uydu tütün mozaik virüsü simülasyonu
RNA katlanması ve yapısı
Bir RNA zinciri, kendisiyle eşleşen bir baz zinciri olarak, DNA'nın düz çift sarmalı yerine belirli bir üç boyutlu biçime katlanır.
Yanıtladığı soru: Bir RNA ipliği, katalizör ya da düzenleyici anahtar olarak çalışmasını sağlayan biçime nasıl yerleşir?
Dışarıda bıraktığı: Öngörülen yapılar çoğu zaman deneysel düzeltme gerektirir ve işlev biçimden otomatik olarak çıkmaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık serbest enerjili katlanma yazılımı çalıştıran bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1981 Zuker ve Stiegler'in en küçük serbest enerjili RNA katlanma algoritması
Enzim katalizi
Bir enzimin etkin bölgesi, substratı ve çevresindeki protein; bağların koptuğu yerde kuantum mekaniğiyle, geri kalan her yerde klasik mekanikle modellenir.
Yanıtladığı soru: Bu enzim bir tepkimeyi milyar kat nasıl hızlandırır?
Dışarıda bıraktığı: Proteinin yalnızca küçük bir bölümü pahalı kuantum işlemini görür ve çizginin nereden çekileceği bir modelleme tercihidir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık birleşik kuantum ve klasik hesaplar çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1976 Warshel ve Levitt'in bir enzim tepkimesinin birleşik kuantum ve klasik modeli
Kaba taneli DNA ve RNA modelleri
Her nükleotit, birkaç etkileşim bölgesi olan katı bir cisimdir; katlanmanın, hibritleşmenin ve nanoyapıların simülasyonuna imkân verir.
Yanıtladığı soru: İplikler nasıl eşleşir, katlanır ve tasarlanmış yapılara dönüşür?
Dışarıda bıraktığı: Atomik ayrıntı ve iyonlar, etkin etkileşimlerle değiştirilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık GPU'larda milyonlarca nükleotitŞu tarihten beri: 2011 oxDNA, a coarse-grained DNA model (2011) kaynak
Öğrenilmiş protein yapısı öngörüsü
Bilinen yapılarla ve evrimsel veriyle eğitilmiş bir sinir ağı, bir proteinin katlanmış biçimini dizisinden öngörür.
Yanıtladığı soru: Bu amino asit zinciri hangi üç boyutlu şekle katlanır?
Dışarıda bıraktığı: Katlanma yolunu ya da dinamiği değil, durağan bir yapı verir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1018 FLOPS yaklaşık Büyük ölçekli eğitim; tahmin başına dakikalarŞu tarihten beri: 2018 Improved protein structure prediction using potentials from deep learning (2020, CASP13 entry 2018) kaynak
Üretken protein toplulukları
Yapılar ve simülasyonlarla eğitilmiş bir üretken model, bir proteinin tek bir biçimi yerine birçok konformasyonunu üretir.
Yanıtladığı soru: Bir protein hangi alternatif şekilleri alabilir?
Dışarıda bıraktığı: Durum popülasyonları yalnızca eğitim simülasyonları kadar iyidir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık Eğitim artı ucuz örneklemeŞu tarihten beri: 2024 AlphaFold meets flow matching for generating protein ensembles (2024) kaynak
Gönüllü hesaplamalı moleküler dinamik
Tek bir molekülün bağışlanmış ev bilgisayarlarında çalıştırılan binlerce bağımsız kısa yörüngesi; katlanma olaylarını görmek için birleştirilir.
Yanıtladığı soru: Birçok kısa çalıştırma birlikte yavaş bir moleküler süreci ortaya çıkarabilir mi?
Dışarıda bıraktığı: Yörüngeler kısadır ve bağımsızdır; bu yüzden istatistikler birleştirilmek zorundadır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1017 FLOPS yaklaşık Gönüllü makinelerin toplamıŞu tarihten beri: 2000 Screen savers of the world unite! (2000), the distributed folding project kaynak
Rastgele biyokimya
Bir hücrenin içindeki tepkimeler, ortalama almak için çok az molekül olduğundan, rastgele ve tek tek ateşlenir.
Yanıtladığı soru: Genetik olarak özdeş hücreler neden farklı davranır?
Dışarıda bıraktığı: Genellikle hücrenin içinin iyi karıştığını varsayar; bu çoğu zaman geçerli değildir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık stokastik bir tepkime simülasyonu çalıştıran bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1977 Gillespie'nin kimyasal kinetik için kesin stokastik simülasyon algoritması
Gen düzenleyici ağlar
Birbirini açıp kapatan genler, bir etkileşim ağı olarak.
Yanıtladığı soru: Bir hücre ne tür bir hücre olacağına nasıl karar verir?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek düzenleyici ağların çoğu yalnızca kısmen bilinir, bu yüzden bağlantılar çoğu zaman çıkarsanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık bir gen ağının dinamiklerini simüle eden bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1969 Kauffman'ın gen düzenlemesine ilişkin rastgele Boole ağları
Metabolik ağlar
Bir hücrenin yiyeceği enerjiye ve parçalara çevirmek için kullandığı her kimyasal tepkime, bir akı ağı olarak dengelenir.
Yanıtladığı soru: Bu mikrobun daha fazla yararlı bileşik üretmesi için hangi geni kapatmalıyız?
Dışarıda bıraktığı: Kararlı bir durum ve gerçek bir hücrenin izlemeyebileceği optimal bir amaç varsayar.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık genom ölçeğinde bir akı dengesi modelini çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1986 bir hücrenin metabolik ağının erken akı dengesi çözümlemesi
Tam hücre modelleri
Tek bir bakterideki her gen ve her molekül sınıfı, tam bir bölünme döngüsü boyunca izlenir.
Yanıtladığı soru: Canlı bir hücreyi parça listesinden öngörebilir miyiz?
Dışarıda bıraktığı: Bu kadar tam modellenmiş yalnızca tek bir basit bakteri vardır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık bir bakterinin tek bir bölünme döngüsünü çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2012 Karr ve çalışma arkadaşlarının Mycoplasma genitalium tüm hücre modeli
Örüntü oluşumu
Büyüyen bir doku boyunca yayılan ve tepkimeye giren kimyasallar; Alan Turing'in çizgiler ve benekler için önerdiği mekanizma.
Yanıtladığı soru: Tepkime-difüzyon mekanizmaları hayvan post örüntülerini ve bir uzuvda parmak oluşumunu nasıl açıklar?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek dokular mekanik kuvvetleri ve iki kimyasallı bir modelden daha fazla sinyali kullanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık bir ızgara üzerinde tepkime-difüzyon denklemlerini çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1952 Turing'in The Chemical Basis of Morphogenesis için yaptığı tepkime-yayınım hesaplarıSimülasyonlar ağacında: Turing’in tepkime-difüzyonu
Doku ve tümör büyümesi
Tek tek hücreler bölünür, hareket eder, oksijen için rekabet eder ve ölür.
Yanıtladığı soru: Bir tümör nasıl büyür ve bir tedavi takvimi onu nasıl durdurabilir?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek bir tümör içindeki bölünme ve ölüm oranlarını doğrudan ölçmek zordur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık binlerce bölünen hücreyi tek tek izleyen bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1993 katı tümör büyümesinin erken hücresel otomat modelleri
Hücre pertürbasyon-yanıt modelleri
Tek hücre verisiyle eğitilmiş bir model, bir hücrenin, ölçülmemiş bir ilaç ya da gen düzenlemesinden sonra gen ifadesinin nasıl değişeceğini öngörür.
Yanıtladığı soru: Henüz kimsenin denemediği bir müdahaleden sonra bir hücre ne yapacak?
Dışarıda bıraktığı: İlişkiseldir; eğitim verisinden çok uzak hücre türlerine ya da ilaçlara kötü ekstrapole edilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık Büyük tek hücre eğitim kümeleriŞu tarihten beri: 2019 scGen predicts single-cell perturbation responses (2019) kaynak
Tümör evrimi etmen tabanlı modelleri
Bir ızgaradaki tek tek kanser hücreleri, değişen bir oksijen ve asit mikro ortamında bölünür, mutasyona uğrar ve rekabet eder.
Yanıtladığı soru: Tümör şekli ve saldırgan özellikler seçilim baskısından nasıl ortaya çıkar?
Dışarıda bıraktığı: Kurallar basitleştirilmiştir ve kan temini ile bağışıklık hücreleri çoğu zaman yoktur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık Tek bir düğümde milyonlarca hücreŞu tarihten beri: 2006 Tumor morphology and phenotypic evolution driven by selective pressure from the microenvironment (2006) kaynak
Mikrop topluluğu metabolik modelleri
Birkaç türün genom ölçekli metabolik ağları birleştirilir; böylece birinin atığı diğerinin yiyeceği olur.
Yanıtladığı soru: Bağırsak ya da toprak mikropları besinleri nasıl paylaşır ve birlikte nasıl dengeye gelir?
Dışarıda bıraktığı: Kararlı durum ve en uygun büyüme varsayar; düzenlemeyi ve uzayı göz ardı eder.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık Birçok türde doğrusal programlamaŞu tarihten beri: 2007 Metabolic modeling of a mutualistic microbial community (2007) kaynak
Tümör büyümesi ve tedavi yanıtı
Bir katı tümör, yayılan oksijen ve besinle beslenen bir kütle olarak ele alınır; çoğalan, büyüyen bir kenarı ve aç kalmış nekrotik bir çekirdeği vardır, sonra ışınıma ya da ilaçlara maruz bırakılır.
Yanıtladığı soru: Bir tümör ne kadar hızlı büyür ve verilen bir doz onu ne kadar küçültür?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek tümörler hastalar arasında ve kendi içinde değişir. Model ortalama parametreler ve basitleştirilmiş bir geometri kullanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık simüle edilmiş haftalar boyunca tedavi çizelgeleri olan üç boyutlu bir tepkime-difüzyon modeli.Şu tarihten beri: 1972 Greenspan, katı bir tümörün difüzyonla büyümesi için modeller. kaynak
Tümör mikroçevresi evrimi
Bir ızgaradaki tek tek kanser hücreleri oksijen ve yer için rekabet eder, asitlik gradyanları yeni fenotipleri seçer; böylece tümör büyürken evrilir.
Yanıtladığı soru: Çevredeki doku bir tümörü daha istilacı hücrelere doğru iter mi?
Dışarıda bıraktığı: Hücre kuralları basitleştirilmiştir ve parametreleri canlı tümörlerde ölçmek zordur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda ya da küçük bir kümede simüle edilmiş aylar boyunca melez etmen-süreklilik çalışmaları.Şu tarihten beri: 2006 Anderson ve çalışma arkadaşlarının, mikroçevre güdümlü fenotipik evrimin hibrit ayrık-süreklilik modeli. kaynak
Tümörün tetiklediği kan damarı büyümesi
Endotel hücreleri, bir tümörün saldığı kimyasal gradyan boyunca filizlenir ve göç eder; onu besleyen dallanan bir damar ağı oluşturur.
Yanıtladığı soru: Bir tümör kendine kan temini nasıl sağlar ve sinyal engellenirse ne olur?
Dışarıda bıraktığı: Damar akışı, yeniden biçimlenme ve sinyallemenin gerçek kimyası büyük ölçüde basitleştirilmiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda iki ya da üç boyutlu filizlenme çalıştırmaları.Şu tarihten beri: 1998 Anderson ve Chaplain'in tümör kaynaklı anjiyogenezin sürekli ve ayrık modelleri. kaynak
Kanser ilacı yanıtı ve direnç dinamikleri
Normal, duyarlı ve dirençli kanser hücresi popülasyonları ilaç tedavisi altında değişir; hasta önce iyileşir, sonra nüksedebilir.
Yanıtladığı soru: Direnç ortaya çıkmadan önce bir ilaç hastalığı ne kadar süre kontrol altında tutar?
Dışarıda bıraktığı: Yalnızca ölçülebilen bölmeler modellenir ve kök hücre davranışı çıkarsanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 108 FLOPS yaklaşık hasta kan ölçümlerine uydurulan adi diferansiyel denklemler.Şu tarihten beri: 2005 Michor ve çalışma arkadaşları, kronik miyeloid lösemi dinamikleri. kaynak
Kan hücresi üretim dinamikleri
Kök hücreler, öncül hücreler ve olgun kan hücreleri gecikmeli geri besleme ile bağlıdır; denetim bozulduğunda sabit sayılar ya da salınımlar ortaya çıkar.
Yanıtladığı soru: Bazı kan hastalıkları neden döngüsel seyreder ve normal üretimi ne geri getirir?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek kemik iliğinin uzamsal yapısı ve kümelenen birçok hücre türü vardır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 106 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda gecikmeli diferansiyel denklemler.Şu tarihten beri: 1978 Mackey, aplastik anemi ve periyodik kan yapımı için birleşik bir hipotez. kaynak
Bakteri kolonisi büyümesi ve biyofilmler
Her bakteri hücresi, kendi boyutu, büyümesi ve konumu olan bir birey olarak simüle edilir; bir koloni ya da biyofilm içinde yayılan besinle beslenir.
Yanıtladığı soru: Koloniler şeklini nasıl alır ve içerideki hücreler nasıl hayatta kalır?
Dışarıda bıraktığı: Hücre davranışı basitleştirilmiştir ve gerçek biyofilm matrisinin kimyası yakalanmamıştır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir kümede milyonlarca hücrenin birey tabanlı büyümesi.Şu tarihten beri: 1998 Kreft, Booth ve Wimpenny, BacSim, bakteri kolonisi büyümesinin birey tabanlı modellemesi için bir simülatör. kaynak
Kalp
Kalp kası boyunca yayılan elektrik dalgaları ve sürdükleri sıkışma ile kan akışı.
Yanıtladığı soru: Bu ilaç ya da cihaz düzensiz bir kalp atışını kötüleştirecek mi?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek kalpler arasındaki bireysel değişkenliği tek bir modelde yakalamak hâlâ zordur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık bütün kalbin elektromekaniğinin tek bir atımını çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1960 Noble'ın tek bir Purkinje lifi hücresinin eylem potansiyelinin bilgisayar modeli; bütün kalbin modelleri sonradan geldi kaynakSimülasyonlar ağacında: Kalp hücresi modeli
Kan akışı
Atardamarlardan, toplardamarlardan ve stent ile kapakçık gibi aygıtlardan geçen kan.
Yanıtladığı soru: Bu atardamar nerede zayıflamaya ya da tıkanmaya yatkın?
Dışarıda bıraktığı: Damar duvarları çoğunlukla katı sayılır; bu da gerçek esnekliği kaçırır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık hastaya özgü bir atardamar akış simülasyonu çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1989 Perktold ve çalışma arkadaşlarının şahdamar akışının sonlu eleman modeli
Solunum ve hava yolları
Dallanan hava yollarında hareket eden hava ve içinde taşınan parçacıklar.
Yanıtladığı soru: Solunan ilaçlar ya da kirleticiler nereye varır?
Dışarıda bıraktığı: Çoğu model belirli bir kişinin değil, tek bir idealleştirilmiş solunum yolu ağacını kullanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık dallanan bir hava yolu ağacı boyunca hava akışını simüle eden bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1993 bronş ağacındaki hava akışının erken akışkanlar dinamiği modelleri
Kas-iskelet biyomekaniği
Birbirine bağlı bir mekanik sistem olarak kemikler, eklemler ve kaslar; yürümek, kaldırmak ve düşmek.
Yanıtladığı soru: Hangi kaslar yükü taşıyor ve bu implant nasıl şekillendirilmeli?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek bir uzuvun içindeki kuvvetler doğrudan ölçülmez, dolaylı olarak kestirilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık tek bir hareketin kas-iskelet modelini çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1990 Delp ve çalışma arkadaşlarının kas-iskelet hareketi bilgisayar modelleri
Bağışıklık yanıtı
Bağışıklık hücreleri ve patojenlerin vücudun içinde karşılaşması, çoğalması ve sinyalleşmesi.
Yanıtladığı soru: Bazı enfeksiyonlar neden geçer, bazıları kronikleşir?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek bağışıklık sinyalleşmesi, herhangi bir modelin tam izlediğinden çok daha karmaşıktır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık ajan tabanlı bir bağışıklık simülasyonu çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 1992 Celada ve Seiden'in bağışıklık yanıtının hücresel otomat modeli
Farmakokinetik
Emilen, vücudun kompartmanlarına yayılan, parçalanan ve atılan bir ilaç.
Yanıtladığı soru: Bu yaşta ve kilodaki biri için hangi doz, ne sıklıkla?
Dışarıda bıraktığı: Bir nüfus ortalaması modeli, belirli bir hastanın bir ilacı nasıl işlediğini gözden kaçırabilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık bir kompartmanlı ilaç modelini çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1937 Teorell'in ilaç dağılımının iki bölmeli modeli
Silikoda klinik denemeler
Gerçek bir denemeden önce ya da onunla birlikte tedavi verilen, gerçekçi değişkenliğe sahip sanal hasta popülasyonları.
Yanıtladığı soru: Bu tedavinin kime yardım etmesi, kime zarar vermesi olasıdır?
Dışarıda bıraktığı: Düzenleyiciler yine de yanında gerçek denemeler ister. Sanal hastalar onların yerini tümüyle tutamaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık binlerce sanal hastayı çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2011 2011'e gelindiğinde, bir aygıtın kanıtlarıyla birlikte sunulan erken in silico denemeler
Kardiyak dijital ikizler
Tek bir hastanın taramalarına ve sinyallerine uyarlanmış kalp modelleri; o kalbin bir tedaviye nasıl yanıt vereceğini öngörmek için kullanılır.
Yanıtladığı soru: Bu hastanın kalbi belirli bir tedaviye nasıl yanıt verecek?
Dışarıda bıraktığı: Uyum kalitesi görüntüleme verisine bağlıdır ve doku özellikleri çıkarsanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık Kişiselleştirilmiş elektromekanik çalışmalar artı uydurmaŞu tarihten beri: 2020 The 'Digital Twin' to enable the vision of precision cardiology (2020) kaynak
Duyusal beyin bölgelerinin sinirsel öngörü modelleri
Kaydedilmiş yanıtlarla eğitilmiş bir sinir ağı, bir beyin bölgesinin yerini tutar; araştırmacılar nöronları en çok uyaran uyaranları in silico sınayabilir.
Yanıtladığı soru: Hangi uyaran belli bir nöronu en güçlü biçimde ateşler?
Dışarıda bıraktığı: Öngörülerin gerçek doku üzerinde doğrulanması gerekir ve yalnızca denenen hayvanları kapsar.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık Kayıtlar üzerinde eğitim, ardından sınırsız sanal deneyŞu tarihten beri: 2019 Inception loops discover what excites neurons most using deep predictive models (2019) kaynak
Beyin uyarımı alan modelleri
Sonlu eleman kafa modelleri, elektrotlardan ya da bobinlerden gelen akımın saç derisinde, kafatasında ve beyin dokusunda nasıl yayıldığını izler.
Yanıtladığı soru: Bir uyarıcının elektrik alanı beynin neresine düşer?
Dışarıda bıraktığı: Doku iletkenlikleri belirsizdir ve sinirsel yanıt simüle edilmez.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık Tek tek kafa ağları üzerinde sonlu eleman çözümleriŞu tarihten beri: 2009 Transkraniyal doğru akım uyarımının girus ayrıntılı baş modeli (2009) kaynak
Sanal popülasyonlu ilaç maruziyeti modelleri
Yaşça, genlerce ve organ işlevince değişen yapay bir popülasyon üzerinde çalıştırılan tüm beden ilaç taşınımı modelleri.
Yanıtladığı soru: İlaç düzeyleri çocuklarda, yaşlılarda ve organ hastalığı olan hastalarda ne kadar farklı olacak?
Dışarıda bıraktığı: Ölçülmüş enzim ve taşıyıcı verilerine bağlıdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık Bir iş istasyonunda binlerce sanal denekŞu tarihten beri: 2009 The Simcyp population-based ADME simulator (2009) kaynak
Bağırsak mikrobiyomu topluluk modelleri
Bağırsaktaki düzinelerce bakteri türü rekabet ve çapraz beslenme yoluyla etkileşir; bolluklar, diyet ya da antibiyotik bozulması altında zaman içinde izlenir.
Yanıtladığı soru: Bir bağırsakta hangi türler kararlı kalır ve hangi bozulma topluluğu devirebilir?
Dışarıda bıraktığı: Etkileşim güçleri gürültülü verilerden çıkarılır ve örneklenen koşulların dışında geçerli olmayabilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda genelleştirilmiş Lotka-Volterra uydurması ve metabolik topluluk simülasyonu.Şu tarihten beri: 2013 Stein ve arkadaşları, bağırsak mikrobiyotasının zaman serisi çıkarımından ekolojik modelleme. kaynak
Hastaya özgü modellerle cerrahi planlama
Bir tarama kişisel bir anatomik modele dönüştürülür, bir cerrahi seçenek sanal olarak uygulanır ve ameliyattan önce sonuçları karşılaştırmak için akış ya da gerilim hesaplanır.
Yanıtladığı soru: Hangi cerrahi seçenek bu hastaya en iyi sonucu verir?
Dışarıda bıraktığı: Doku özellikleri ortalamalardan varsayılır ve ameliyat sonrası iyileşme modellenmez.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık aday plan başına bir akış ya da gerilme çözümü, bir kümede saatler.Şu tarihten beri: 1999 Taylor ve arkadaşları, tedavi kararları için hesaplamalı tekniklerle öngörücü tıp. kaynak
Kalp kapakçığı akışkan-yapı etkileşimi
Esnek bir kapakçık yaprağı ve etrafında akan kan birlikte hesaplanır; yaprak, denetlediği akış tarafından açılır ve çarparak kapanır.
Yanıtladığı soru: Bir kapakçık nasıl açılıp kapanır ve yerine konan bir kapakçık akışı nasıl değiştirir?
Dışarıda bıraktığı: Kapakçık yaprağı malzeme özellikleri ve çevreleyen kas hareketi basitleştirilmiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık bir kümede hareketli sınırlı akışkan çözümleri.Şu tarihten beri: 1972 Peskin, kalp kapakçıkları çevresindeki akış örüntüleri, gömülü sınır yöntemini ortaya koyuyor. kaynak
Kemik uyumu ve implant yeniden şekillenmesi
Gerilimin yüksek olduğu yerde doku eklenen, düşük olduğu yerde çıkarılan, aylar ve yıllar boyunca kemiğin sonlu eleman modelleri.
Yanıtladığı soru: Bir implantın çevresindeki kemik zamanla nasıl değişecek?
Dışarıda bıraktığı: Yeniden biçimlenme kuralı fenomenolojik bir yasadır ve hastadan hastaya değişir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda yinelemeli sonlu eleman çözümleri.Şu tarihten beri: 1987 Huiskes ve çalışma arkadaşları, protez tasarımına uygulanan uyarlanabilir kemik yeniden şekillenme kuramı. kaynak
Cerrahi için kas-iskelet modelleri
Bacağın ya da kolun kemikleri, eklemleri ve kas-tendon eyleyicileri modellenir; böylece bir tendon aktarımı gibi cerrahi bir değişikliğin harekete etkisi sınanabilir.
Yanıtladığı soru: Bu tendonun nakli hastanın yürüyüşünü iyileştirecek mi?
Dışarıda bıraktığı: Kas aktivasyonu ölçülmez, tahmin edilir ve sinir denetimi modellenmez.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda ters dinamik ve kas eniyilemesi.Şu tarihten beri: 1990 Delp ve çalışma arkadaşlarının ortopedik cerrahiyi incelemek için alt ekstremitenin etkileşimli, grafik tabanlı modeli. kaynak
Radyoterapi doz hesabı
Bir tümöre ve sağlıklı dokuya verilen radyasyon dozunu hesaplamak için fotonlar ya da protonlar bir hasta taraması boyunca Monte Carlo taşınımıyla izlenir.
Yanıtladığı soru: Planlanan demet, yakındaki organları korurken dozu tümöre verir mi?
Dışarıda bıraktığı: Tarama bir anlık görüntüdür; bu yüzden tedavi sırasında hasta hareketi ve anatomi değişimi yaklaşık ele alınır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık bir kümede ya da GPU'da plan başına milyonlarca ila milyarlarca geçmiş.Şu tarihten beri: 1988 Mackie ve çalışma arkadaşları, EGS Monte Carlo koduyla üretilen foton enerji birikim çekirdekleri. kaynak
Görüntüleme için sanal anatomik fantomlar
Ayrıntılı organlara ve atan ya da soluyan harekete sahip dijital insan bedenleri; görüntü yöntemlerinin bilinen gerçeğe karşı sınanabilmesi için simüle taramaların konusu olarak kullanılır.
Yanıtladığı soru: Bu tarayıcı ve algoritma bilinen bir anormalliği bulabilir mi?
Dışarıda bıraktığı: Fantom, birkaç denekten uydurulmuş bir şekil modelidir ve anatominin tam aralığını yakalamaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda tarama başına ışın izleme ya da taşınım simülasyonu.Şu tarihten beri: 2010 Segars ve çalışma arkadaşları, çok kipli görüntüleme araştırması için 4B XCAT fantomu. kaynak
Manyetik rezonans görüntüsü simülasyonu
Sanal bir bedenin yapay taramalarını üretmek için, manyetik alandaki nükleer spinlerin fiziği bir atım dizisiyle simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Bu dizi bu doku için nasıl bir görüntü üretir?
Dışarıda bıraktığı: Doku gevşeme değerleri ortalamadır ve hareket ile donanım kusurları yalnızca kısmen modellenir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık Bir GPU'da tam bir hacmin Bloch denklemi simülasyonu.Şu tarihten beri: 2005 Benoit-Cattin ve çalışma arkadaşlarının SIMRI etkileşimli MR simülatörü. kaynak
Kırık iyileşmesi simülasyonu
Kırık bir kemiğin iyileşme aralığındaki mekanik gerinim, dokunun kıkırdak, yeni kemik ya da lifli yara izi olarak oluşup oluşmayacağını belirler.
Yanıtladığı soru: Bu kırık tespiti kemiğin iyileşmesine izin verecek mi?
Dışarıda bıraktığı: Doku farklılaşması kuralı deneyseldir ve kan temini basitleştirilmiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda simüle haftalar boyunca sonlu eleman çözümleri.Şu tarihten beri: 1999 Claes ve Heigele'nin kemik yüzeyleri boyunca yerel gerilim ve gerinimin kırık iyileşmesinin seyrini ve türünü öngörmesi. kaynak
Konak içi virüs dinamikleri
Bir hastanın içindeki serbest virüs, enfekte hücreler ve hedef hücreler izlenir; tedavi başladıktan sonraki değişimleri virüsün ne kadar hızlı üretilip temizlendiğini ortaya koyar.
Yanıtladığı soru: Virüs bir kişinin içinde ne kadar hızlı çoğalır ve tedavi neyi değiştirir?
Dışarıda bıraktığı: Kan dışındaki doku yapısı ve enfeksiyon yerleri temsil edilmez.
Çalıştığı yer: yaklaşık 107 FLOPS yaklaşık bir hasta zaman serisine uydurulmuş birkaç eşleşik diferansiyel denklem.Şu tarihten beri: 1996 Perelson ve çalışma arkadaşları, HIV-1 dinamikleri canlıda. kaynak
Taramalardan koroner akış rezervi
Koroner atardamarlardan kan akışı, bir daralmanın akışı stent gerektirecek kadar kısıtlayıp kısıtlamadığını kestirmek için bir kalp taramasından hesaplanır.
Yanıtladığı soru: Bu daralma, kalp kasını kandan yoksun bırakmaya yeter mi?
Dışarıda bıraktığı: Küçük damarlardaki sınır koşulları ölçülmez, hastadan kestirilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık bir kümede tarama başına bir hastaya özgü akış çözümü.Şu tarihten beri: 2013 Taylor ve arkadaşları, kesirli akım rezervinin girişimsiz ölçülmesi için kardiyak BT'ye uygulanan HAD. kaynak
Koklea mekaniği
İç kulağın sıvısındaki ses dalgaları, kulak salyangozunun içindeki titreşen zarla bağlaşır ve perdeleri ayıran yürüyen dalgayı üretir.
Yanıtladığı soru: Kulak sesi yer kodlu bir sinyale nasıl çevirir?
Dışarıda bıraktığı: Tüy hücrelerinin etkin yükseltmesi yaklaşık bir geri beslemeyle temsil edilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda koklea sıvısının sonlu fark çözümleri.Şu tarihten beri: 1981 Neely, kokleanın iki boyutlu modelinin sonlu farklar çözümü. kaynak
Tüm beden bütünleştirici fizyolojisi
Kan basıncı, böbrek, sıvı dengesi ve hormonlar dolaşımın ve düzenlenmesinin tek bir modelinde birbirine bağlanır.
Yanıtladığı soru: Beden kan basıncını nasıl düzenler ve bir organ yetmezliğe uğrarsa ne olur?
Dışarıda bıraktığı: Her organ toplu bir kompartmandır ve hücresel ayrıntı yoktur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 106 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda yüzlerce diferansiyel denklem.Şu tarihten beri: 1972 Guyton, Coleman ve Granger, dolaşım: genel düzenleme. kaynak
Biyoısı aktarımı ve hipertermi
Isıyı uzaklaştıran kan akışıyla doku içinde ısı iletimi; ateş, ısı stresi ya da ısıya dayalı kanser tedavisi sırasında sıcaklığı öngörmek için kullanılır.
Yanıtladığı soru: Doku ne kadar ısınır ve ısı ne kadar derine iner?
Dışarıda bıraktığı: Kan perfüzyonu tek biçimli bir ısı çukuru olarak ele alınır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda sonlu eleman ısı çözümleri.Şu tarihten beri: 1948 Pennes, dinlenen insan önkolunda doku ve atardamar kanı sıcaklıklarının çözümlemesi. kaynak
Böbrek nefronu taşıma modelleri
Böbreğin Henle kulplarından ve tübüllerinden geçen su, tuz ve üre; idrarın nasıl derişikleştiğini göstermek için bağlaşık akışlar olarak çözülür.
Yanıtladığı soru: Tübüllerin ters akımlı düzeni, böbreğin idrarı yoğunlaştırmasını nasıl sağlar?
Dışarıda bıraktığı: Tübül özellikleri ve üç boyutlu yerleşim yalnızca birkaç türde ölçülmüştür; bu yüzden parametreler hayvanlardan ekstrapole edilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda dakikalardan saatlere.Şu tarihten beri: 1966 Stephenson'ın böbrekte ters akımlı sistemlerde derişim çözümlemesi. kaynak
Ses teli ve ses üretimi modelleri
Yaylar üzerindeki kütleler olarak ses telleri, akciğerlerden gelen havayla sürülür ve boğazın ve ağzın biçimiyle bağlaşır; tonlu ses üretmek için.
Yanıtladığı soru: Ses tellerinin hangi fiziksel ayarları berrak, soluklu ya da pürüzlü bir ses yapar?
Dışarıda bıraktığı: Kıvrımlar birkaç kütleye indirgenir; bu yüzden doku katmanları ve tam üç boyutlu hava akışı yakalanmaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 108 FLOPS yaklaşık seslendirilen ses cümlesi başına saniyelerden dakikalara.Şu tarihten beri: 1972 Ishizaka ve Flanagan'ın sesli sesleri sentezlemek için ses tellerinin iki kütleli modeli. kaynak
Sirkadiyen saat modelleri
Beden saatini temsil eden eşleşik salınıcılar ışığa ve dinlenme zamanlamasına tepki verir; programdaki ya da yolculuktaki değişikliklerle uykunun ve uyanıklığın nasıl kaydığını öngörür.
Yanıtladığı soru: Uçuştan ya da vardiya değişikliğinden sonra vücut saatinin uyum sağlaması ne kadar sürer?
Dışarıda bıraktığı: Bir avuç salınıcı bütün bir nöron ağının yerini tutar; insanlar saat periyodunda ve ışık duyarlılığında birbirinden çok farklıdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 105 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda saniyeler.Şu tarihten beri: 1982 Kronauer ve çalışma arkadaşlarının iki etkileşen salınıcılı insan sirkadiyen sistemi matematiksel modeli. kaynak
Kompartmanlı salgın modelleri
Duyarlı, enfekte ve iyileşmiş olarak bölünmüş bir nüfus; aralarında oranlar akar.
Yanıtladığı soru: Bu salgın ne kadar büyüyecek ve ne zaman doruğa çıkacak?
Dışarıda bıraktığı: Homojen karışım varsayar: herkes herkesle aynı hızda karşılaşır. Gerçek temas örüntüleri bunu sağlamaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir avuç eşleşik salgın denklemini çözen bir dizüstü bilgisayarŞu tarihten beri: 1927 Kermack ve McKendrick'in kapalı bir salgın için denklemleri
Ajan tabanlı salgınlar
Bütün bir kentin ya da ülkenin sentetik nüfusu; her kişinin bir hanesi, okulu ya da iş yeri ve hastalığın yayıldığı temasları vardır.
Yanıtladığı soru: Hangi önlemler yayılmayı en az maliyetle en çok yavaşlatır?
Dışarıda bıraktığı: Birçok ülkede bulunmayan ayrıntılı hane, okul ve iş yeri verileri gerektirir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1016 FLOPS yaklaşık ülke ölçeğinde sentetik bir nüfusu simüle eden bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2005 Longini, Ferguson ve çalışma arkadaşlarının etmen tabanlı grip pandemisi modelleri
Patojen evrimi
Bir virüste ya da bakteride, konaklar arasında geçerken ortaya çıkan ve yayılan mutasyonlar.
Yanıtladığı soru: Bu ilaca direnç ne kadar hızlı evrimleşebilir?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek mutasyon ve uygunluk manzaraları bir avuç lokustan çok daha karmaşıktır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık ilaç direnci evrimini simüle eden bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1990 HIV'de ilaç direnci evriminin erken stokastik modelleri
Hastalık yükü ve sağlık ekonomisi modelleme
Bir hastalık ve tedavileri; hastalanma, sakatlık, maliyet ve ölüm olasılıkları olarak izlenir; harcanan her pound için hangi sağlık müdahalesinin en çok yarar sağladığını karşılaştırmakta kullanılır.
Yanıtladığı soru: Hangi tedavi ya da program, harcanan paraya karşılık en çok sağlıklı yaşam yılı verir?
Dışarıda bıraktığı: Bir yaşam ya da acı yılına sayı vermek, aritmetik olarak sunulan bir değer yargısıdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir kohort maliyet etkinliği modeli çalıştıran bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1993 Dünya Bankası'nın küresel engelliliğe göre ayarlanmış yaşam yılı hastalık yükü çalışması
Salgın genomik epidemiyolojisi
Bir salgın sırasında örneklenen patojen genomları; bir enfeksiyon soy ağacı kurmak, kimin kime bulaştırmış olabileceğini ve ne kadar hızlı büyüdüğünü çıkarsamak için kullanılır.
Yanıtladığı soru: Bu salgın, yalnızca temas izlemenin görebildiğinin ötesinde gerçekte nasıl yayılıyor?
Dışarıda bıraktığı: Ağaçta yalnızca dizilenen vakalar görünür, bu yüzden ince ya da yanlı bir örneklem yanıltabilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık binlerce genomdan ağaçlar kuran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2013 Batı Afrika'daki bir Ebola salgınının gerçek zamanlı genomik izlenmesi
Çevresel ve kimyasal maruziyet risk değerlendirmesi
Bir nüfusun bir kirleticiye, gıda bulaşanına ya da radyasyon dozuna maruziyetinin zarar olasılığına nasıl dönüştüğü; verilerdeki belirsizlik aralığı boyunca çalıştırılır.
Yanıtladığı soru: Bu kimyasalın ne kadarına bütün bir nüfusun maruz kalması güvenlidir?
Dışarıda bıraktığı: Hayvanlardaki yüksek test dozlarından insanlardaki düşük dozlara ekstrapolasyon, süregelen bir yargı meselesidir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir Monte Carlo doz-yanıt modeli çalıştıran bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1983 ABD Ulusal Araştırma Konseyi'nin kimyasal risk değerlendirmesi çerçevesi
Hareketlilik ağı salgın modelleri
Gidip gelme ve hava yolculuğu verileriyle bağlanmış küresel bir kentler ağında simüle edilen hastalık yayılımı.
Yanıtladığı soru: Bir salgın diğer bölgelere ve ülkelere ne kadar hızlı ulaşır?
Dışarıda bıraktığı: Her şehrin içindeki karışma basitleştirilmiştir ve davranış değişimi modellenmemiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık Binlerce alt nüfus üzerinde rastgele çalıştırmalarŞu tarihten beri: 2009 Multiscale mobility networks and the spatial spreading of infectious diseases (2009) kaynak
Birey tabanlı sıtma modelleri
Simüle edilmiş insanlar, sivrisinekler ve parazitler, kontrol stratejilerini sınamak için konak içi enfeksiyonu ve bulaşmayı izler.
Yanıtladığı soru: Hangi ağ, ilaç ve aşı karışımı sıtma bulaşmasını keser?
Dışarıda bıraktığı: Sivrisinek ekolojisi ve yerel sağlık sistemleri kabaca modellenir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık Simüle edilmiş bir köyün çok sayıda rastgele çalışmasıŞu tarihten beri: 2008 Towards a comprehensive simulation model of malaria epidemiology and control (2008) kaynak
Senaryo modelleme merkezleri
Birkaç modelleme ekibi aşılar ya da varyantlar hakkında aynı ya-olursa varsayımlarını çalıştırır ve öngörüler tek bir toplulukta birleştirilir.
Yanıtladığı soru: Her politika ya da varyant varsayımından hangi gelecekler aralığı çıkar?
Dışarıda bıraktığı: Senaryolar koşulludur, ne olacağının öngörüleri değildir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık Salgın modellerinin çok ekipli topluluğuŞu tarihten beri: 2020 ABD COVID-19 Senaryo Modelleme Merkezi, Aralık 2020'den itibaren kaynak
Dijital temas izleme modelleri
Uygulama tabanlı izleme adımı olan bulaşma modelleri, yayılmayı durdurmak için izlemenin ve izolasyonun ne kadar hızlı olması gerektiğini kestirir.
Yanıtladığı soru: Bir salgını kontrol altına almak için temaslar ne kadar çabuk izlenmelidir?
Dışarıda bıraktığı: Benimseme ve uyum, varsayıma dayalı değerlerdir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık Dallanma süreci ya da ajan çalıştırmalarıŞu tarihten beri: 2020 Quantifying SARS-CoV-2 transmission suggests epidemic control with digital contact tracing (2020) kaynak
Antimikrobiyal direncin yayılması
Duyarlı ve dirençli bakteriler hastaların içinde rekabet eder ve döngülü, karışık ya da kombine tedavi gibi farklı antibiyotik politikaları altında aralarında yayılır.
Yanıtladığı soru: Hangi tedavi politikası dirençli enfeksiyonların yükselişini yavaşlatır?
Dışarıda bıraktığı: Direnç maliyetleri ve bulaşma hızları yeterince ölçülmemiştir ve sonuçlar bunlara bağlıdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda kompartmanlı ve bireye dayalı hastane modelleri.Şu tarihten beri: 1997 Bonhoeffer, Lipsitch ve Levin'in antibiyotik direncini önlemek için tedavi protokollerini değerlendirmesi. kaynak
Sıtma bulaşma ve müdahale modelleri
Sivrisinek ısırması, parazit gelişimi, insan bağışıklığı ve cibinlik ya da aşı gibi müdahaleler bir köyde ya da ülkede birlikte simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Hangi denetim bileşimi sıtmayı azaltabilir ya da ortadan kaldırabilir?
Dışarıda bıraktığı: Sivrisinek ekolojisi ve yerel insan davranışı yeterince ölçülmemiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık bir kümede on yıllar boyunca bir ülkenin birey tabanlı simülasyonu.Şu tarihten beri: 2008 Smith and colleagues, towards a comprehensive simulation model of malaria epidemiology and control. kaynak
Kapalı mekânda havadan bulaşma simülasyonu
Nefes alma, öksürme ve konuşma, bir odaya damlacık ve aerosol salar; akışkanlar dinamiği bunların nereye gittiğini ve ikinci bir kişinin ne kadar soluduğunu izler.
Yanıtladığı soru: Soluk yoluyla çıkan virüs ne kadar uzağa gider ve maskeler ya da havalandırma maruziyeti ne kadar azaltır?
Dışarıda bıraktığı: Bulaştırıcı doz ve gerçek oda koşulları, herhangi bir simülasyon kurulumunun varsaydığından daha geniş değişir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1014 FLOPS yaklaşık bir kümede parçacık izlemeli bir odanın büyük girdap simülasyonu.Şu tarihten beri: 2020 Mittal, Ni ve Seo, COVID-19'un akış fiziği, solunum akışlarına ilişkin hesaplamalı çalışmaların bir incelemesi. kaynak
Tütün kontrol politikası simülasyonu
Bir ülkede sigaraya başlamalar, bırakmalar ve ölümler vergiler, yasaklar ve kampanyalar altında öngörülür; bu da yaygınlıktaki değişimi ve kurtarılan can sayısını verir.
Yanıtladığı soru: Bir vergi ya da sigara yasağı kaç hayat kurtarır?
Dışarıda bıraktığı: Politika etkileri geçmiş kanıtlardan alınır ve yeni ortamlara aktarılmayabilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 106 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda nüfus projeksiyon modeli.Şu tarihten beri: 2000 Levy, Cummings ve Hyland, gençlerin başlama politikalarının toplam sigara kullanımına etkilerinin bir simülasyonu. kaynak
Aşı dağıtımı eniyilemesi
Bir salgın modeli, kıt aşıyı hangi yaş ya da risk gruplarının önce alacağını seçen bir eniyileyiciyle birleştirilir.
Yanıtladığı soru: En çok can kurtarmak için önce kim aşılanmalı?
Dışarıda bıraktığı: Temas örüntüleri ve aşı etkinliği belirsizdir ve en iyi grup amaca bağlıdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 108 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda birçok salgın çalışması üzerinde eniyileme.Şu tarihten beri: 2009 Medlock ve Galvani, grip aşısı dağıtımının eniyilemesi. kaynak
Sanal görüntüleme deneyleri
Gerçek insanları kaydetmeden görüntüleme teknolojilerini karşılaştırmak için simüle edilmiş hastalar, tarayıcılar ve okuyucular kullanılır.
Yanıtladığı soru: Yeni bir görüntüleme cihazı kanserleri mevcut cihaz kadar iyi buluyor mu?
Dışarıda bıraktığı: Sanal lezyonlar ve okuyucular, gerçek klinik çeşitliliği kaçırabilecek modellerdir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık bir kümede binlerce simüle görüntü.Şu tarihten beri: 2018 Badano ve çalışma arkadaşlarının, dijital meme tomosentezi ile tam alan mamografiyi karşılaştıran in silico görüntüleme denemesi. kaynak
Temas ağlarında salgınlar
Derece dağılımı çok eşitsiz olabilen bir ağın düğümleri arasında yayılan hastalık; sonuç merkezlere bağlıdır.
Yanıtladığı soru: Merkezleri olan bir ağda bir salgın hangi bulaşıcılık düzeyinde patlar?
Dışarıda bıraktığı: Gerçek temas ağları zamanla değişir ve yalnızca kısmen gözlenir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 107 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda milyon düğümlü ağlarda Monte Carlo yayılımı.Şu tarihten beri: 2001 Pastor-Satorras ve Vespignani, ölçekten bağımsız ağlarda salgın yayılımı. kaynak
Sivrisinek popülasyon dinamikleri
Hastalık taşıyan bir sivrisineğin yumurtaları, larvaları, pupaları ve erişkinleri yerel sıcaklık ve yağmura göre kaplarda gelişir; ısıran sayısını verir.
Yanıtladığı soru: Gelecek sezon kaç sivrisinek olacak ve üreme alanlarını kaldırmak ne işe yarar?
Dışarıda bıraktığı: Üreme alanlarını saymak zordur ve sokaktan sokağa değişir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 107 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda yaşam tablosu simülasyonu.Şu tarihten beri: 1993 Focks ve çalışma arkadaşlarının Aedes aegypti için dinamik yaşam tablosu modeli. kaynak
Kanser taraması mikrosimülasyonu
Kanserin doğal seyriyle bireysel yaşam öyküleri, bulunan vakaları ve önlenen ölümleri tahmin etmek için tarama olmadan ve tarama ile simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Bir tarama programı kaç ölümü önler ve bunun aşırı tanı olarak bedeli nedir?
Dışarıda bıraktığı: Kanserin gözlenmemiş erken seyri varsayılmak zorundadır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda milyonlarca simüle edilmiş yaşam.Şu tarihten beri: 1985 Habbema ve çalışma arkadaşları, taramanın değerlendirilmesi için MISCAN simülasyon programı. kaynak
Obezite ve beslenme etmen tabanlı modelleri
Kilosu, geliri ve komşuları olan ajanlar yer ve hareket eder; nüfustaki beden ağırlığı dağılımı gıda fiyatı ya da politika değişikliklerinde kayar.
Yanıtladığı soru: Hangi müdahaleler nüfusun kilosunu on yıllar boyunca değiştirir?
Dışarıda bıraktığı: Davranış birkaç kurala indirgenmiştir ve uzun vadeli kanıt azdır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 108 FLOPS yaklaşık bir iş istasyonunda nüfus etmen tabanlı simülasyon.Şu tarihten beri: 2007 Hammond ve Epstein, obezite salgınında fiyattan bağımsız mekanizmaları araştırıyor. kaynak
Organ tahsisi politikası simülasyonu
Bir nakil bekleme listesindeki hastalar, gelen donör organlar ve tahsis kuralları; bekleme süresini ve sağkalımı karşılaştırmak için simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Hangi tahsis kuralı en çok yaşam yılı ve en adil bekleme sağlar?
Dışarıda bıraktığı: Organ kalitesi ile hastaların ve merkezlerin kararları basitleştirilmiştir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 108 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda yıllarca bekleme listelerinin olay simülasyonu.Şu tarihten beri: 2000 Zenios, Chertow and Wein, dynamic allocation of kidneys to candidates on the transplant waiting list. kaynak
Ambulans ve itfaiye istasyonu konuşlandırma modelleri
Acil çağrılar rastgele gelir, birimler sevk edilir ve bir kuyruk modeli her konum ve bölge düzeni için yanıt sürelerini verir.
Yanıtladığı soru: Müdahale süresini kısaltmak için istasyonlar ve birimler nereye yerleştirilmeli?
Dışarıda bıraktığı: Seyahat süreleri ve talebin gerçek dağılımı varsayılır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 107 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda kuyruk ve Monte Carlo.Şu tarihten beri: 1974 Larson, kentsel acil hizmetlerde tesis yerleştirme ve yeniden bölgelendirme için hiperküp kuyruk modeli. kaynak
Yapay hasta kaydı üretimi
Yapay insanlara, gerçek hiçbir kişi içermeyen gerçekçi sağlık kayıtları üretmek için yayımlanmış klinik kurallardan hastalıklar, tedaviler ve karşılaşmalar verilir.
Yanıtladığı soru: Yazılım ve analitik, kimsenin verisini ortaya koymadan gerçekçi kayıtlar üzerinde sınanabilir mi?
Dışarıda bıraktığı: Kayıtlar yalnızca üreteçe konan örüntüleri taşır; bu yüzden nadir hastalıklar ve gerçek bakım yolları zayıf temsil edilir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık bir milyon hasta için dizüstü bilgisayar ölçeğinde bir çalıştırma.Şu tarihten beri: 2010 Buczak ve çalışma arkadaşlarının sentetik elektronik tıbbi kayıtlar oluşturmaya yönelik veri güdümlü yaklaşımı. kaynak
Öngörücü toksikoloji
Aday bir ilacın yapısı, daha sentezlenmeden önce bilinen toksik moleküllerin veri tabanlarıyla karşılaştırılır ya da laboratuvar ve hayvan verisiyle eğitilmiş modellerden geçirilir.
Yanıtladığı soru: Bu molekül, biz üretmeden önce karaciğere, kalbe ya da genlere zarar verir mi?
Dışarıda bıraktığı: Öngörüler yalnızca modelin eğitildiği geçmiş toksik moleküller kadar güvenilirdir ve biyolojik istisnalar ortaya çıkmaya devam eder.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1013 FLOPS yaklaşık eğitilmiş bir toksisite öngörü modeli çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2000 ilaçları toksisite için taramakta kullanılan erken yapı-etkinlik ilişkisi modelleri
Farmakodinamik modelleme
Bir ilacın hedefindeki derişiminin, reseptör bağlanmasından ölçülen bir belirtiye ya da biyobelirteçe kadar vücuttaki etkiye nasıl dönüştüğü.
Yanıtladığı soru: Belirli bir doz gerçekte ne kadar etki yaratır ve ne kadar süreyle?
Dışarıda bıraktığı: Tolerans ve hastalığın ilerlemesinin bozabileceği, temiz bir derişim-etki ilişkisi varsayar.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1010 FLOPS yaklaşık eşleşik etki denklemlerinden bir avuç çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1968 ilaç derişimini etkiye bağlayan erken reseptör doluluğu modelleri
Klinik deney tasarımı simülasyonu
Bir deneyin boyutunu, süresini ve erken durdurma kurallarını seçmek için, varsayılan hasta çeşitliliğine ve ilaç etkilerine karşı yürütülen binlerce varsayımsal deney.
Yanıtladığı soru: Bu deneme gerçekte kaç hastaya ihtiyaç duyar ve ne zaman güvenle durdurulabilir?
Dışarıda bıraktığı: Simüle edilen deney, ona verilen hasta yanıtı varsayımları kadar gerçekçidir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık binlerce simüle deneme tekrarını çalıştıran küçük bir kümeŞu tarihten beri: 1994 uyarlanabilir klinik deney tasarımlarını planlamak için kullanılan erken simülasyon çalışmaları
İlaç yeniden kullanımı ağ modelleri
İlaçlar, genler, proteinler ve hastalıklar tek bir büyük ağda bağlanır; bilinen bağlantıları beklenmedik yeni bir kullanıma işaret eden mevcut ilaçlar için taranır.
Yanıtladığı soru: Bir hastalık için zaten onaylanmış bir ilaç başka bir hastalığı da tedavi edebilir mi?
Dışarıda bıraktığı: Bir ağ bağlantısı kanıt değil, ipucudur; önerilen yeniden kullanımların çoğu sınandığında yine başarısız olur.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1012 FLOPS yaklaşık geniş bir ilaç-gen-hastalık ağını tarayan bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 2011 ilaç yeniden kullanımı adayları için erken ağ tabanlı taramalar
İlaç formülasyonu ve dağıtımı modelleme
Çözünen bir tablet, ilaç salan bir yama ya da bir ilacı vücutta taşıyan bir nanoparçacık; dakikalardan günlere uzanan difüzyon ve tepkime olarak izlenir.
Yanıtladığı soru: Yutulan ya da enjekte edilen bir ilaç hedefine gerçekte ne kadar hızlı ve nerede ulaşır?
Dışarıda bıraktığı: Laboratuvarda çözünme düzenekleri ile gerçek sindirim her zaman uyuşmaz.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1011 FLOPS yaklaşık difüzyon ve salınım denklemlerini çözen bir masaüstü iş istasyonuŞu tarihten beri: 1961 Higuchi'nin katı bir matristen ilaç salımı için matematiksel modeli
Aşı antijeni tasarımı
Bir patojen proteininin yüzeyi, bağışıklık sisteminin en iyi tanıyıp hatırlayacağı biçimleri bulmak ya da tasarlamak için atomik ayrıntıda simüle edilir.
Yanıtladığı soru: Bu patojenin hangi parçası aşı için en iyi hedeftir?
Dışarıda bıraktığı: Ekranda iyi bir hedef gibi görünen bir biçimin yine de gerçek bir bağışıklık sisteminde işe yaraması gerekir.
Çalıştığı yer: yaklaşık 1015 FLOPS yaklaşık aday antijenlerin atomik simülasyonlarını çalıştıran bir üniversite kümesiŞu tarihten beri: 2013 solunum yolu virüsü antijeninin yapıya dayalı kararlı tasarımı
Silikonda kapalı çevrimli diyabet denetimi
Öğünleri ve glikoz-insülin dinamikleriyle tip 1 diyabetli sanal kişilerden oluşan bir nüfus; insan denemelerinden önce dağıtım denetim algoritmalarını sınamak için kullanılır.
Yanıtladığı soru: Bu denetim algoritması birçok farklı insanda glikozu güvende tutar mıydı?
Dışarıda bıraktığı: Stres, hastalık ve sensör arızaları gibi gerçek davranış yalnızca kısmen yakalanır.
Çalıştığı yer: yaklaşık 109 FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayarda yüzlerce denekle uzun sanal gün simülasyonları.Şu tarihten beri: 2009 Kovatchev ve çalışma arkadaşları, tip 1 diyabetin kapalı döngü denetiminin silikoda klinik öncesi denemeleri. kaynak