Sự sống và y học
Protein, tế bào, cơ quan, bệnh nhân và dịch bệnh: sinh học từ thang phân tử đến quần thể.
Sinh học được mô phỏng ở mọi cấp độ tổ chức: nguyên tử trong một protein, phản ứng trong một tế bào, tế bào trong một mô, cơ quan trong một cơ thể, cơ thể trong một quần thể. Mỗi cấp dùng một phương pháp khác nhau. Việc ghép các cấp lại với nhau vẫn là một bài toán mở.
Gấp và động lực học protein
Một protein gồm hàng chục nghìn nguyên tử, rung lắc, gấp cuộn và đổi hình dạng trong nước.
Câu hỏi nó trả lời: Chuỗi axit amin này gấp thành cấu trúc ba chiều có chức năng bằng cách nào?
Bỏ qua: Ngay cả các lần chạy dài cũng chỉ bao phủ nhiều nhất vài micro giây, còn xa mới tới nhiều thời gian gấp cuộn thật.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược một cụm GPU chạy vài micro giây động lực học toàn nguyên tửTừ: 1977 Mô phỏng động lực học protein đầu tiên của McCammon, Gelin và KarplusTrong cây mô phỏng: Động lực học protein
Ghép nối phân tử và gắn thuốc
Các phân tử thuốc ứng viên được thử trong túi của một protein đích.
Câu hỏi nó trả lời: Trong một triệu phân tử, phân tử nào sẽ bám vào mục tiêu này?
Bỏ qua: Điểm ghép (docking) chỉ là gần đúng; hầu hết các chất gắn kết được dự đoán không bao giờ hoạt động trong phòng thí nghiệm.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học ghép phân tử (docking) cho hàng triệu phân tử ứng viênTừ: 1982 DOCK, chương trình ghép nối phân tử tự động đầu tiên của Kuntz và các đồng nghiệp
Màng và kênh ion
Lớp da béo của một tế bào và các cổng protein cho ion đi qua.
Câu hỏi nó trả lời: Một tế bào thần kinh mở và đóng các kênh của nó ra sao?
Bỏ qua: Các kênh thật đóng mở qua hàng mili giây, dài hơn nhiều so với hầu hết các mô phỏng đạt tới.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược một cụm GPU mô phỏng một lớp kép lipid và các kênh của nóTừ: 1982 Động lực học màng lipid hai lớp của van der Ploeg và Berendsen
Các hạt virus nguyên vẹn
Mọi nguyên tử của lớp vỏ một virus, đôi khi tới một trăm triệu nguyên tử, được mô phỏng cùng lúc.
Câu hỏi nó trả lời: Virus giữ nguyên vẹn thế nào, và nó tan rã ra sao bên trong một tế bào?
Bỏ qua: Các lần chạy kéo dài từ nano giây đến micro giây, ngắn hơn rất nhiều so với một chu kỳ nhiễm trùng thật.
Chạy trên: khoảng 1017 FLOPS sơ lược một siêu máy tính quốc gia mô phỏng một lớp vỏ một trăm triệu nguyên tửTừ: 2006 Mô phỏng của Freddolino và Schulten về một virus khảm thuốc lá vệ tinh
Gấp và cấu trúc RNA
Một sợi RNA như một chuỗi các base tự bắt cặp với chính nó, gấp thành một hình dạng ba chiều đặc thù thay vì chuỗi xoắn kép thẳng của DNA.
Câu hỏi nó trả lời: Một sợi RNA ổn định thành hình dạng giúp nó làm chất xúc tác hay công tắc điều hòa bằng cách nào?
Bỏ qua: Các cấu trúc dự đoán thường cần hiệu chỉnh bằng thực nghiệm, và chức năng không tự động suy ra từ hình dạng.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn chạy phần mềm gấp cuộn theo năng lượng tự doTừ: 1981 Thuật toán gấp RNA năng lượng tự do cực tiểu của Zuker và Stiegler
Xúc tác enzyme
Vị trí hoạt động của một enzyme, cơ chất của nó và phần protein xung quanh, được mô hình hóa bằng cơ học lượng tử ở nơi liên kết đứt và cơ học cổ điển ở mọi nơi khác.
Câu hỏi nó trả lời: Enzyme này đẩy nhanh một phản ứng lên một tỷ lần bằng cách nào?
Bỏ qua: Chỉ một phần nhỏ của protein được xử lý lượng tử tốn kém, và việc vạch ranh giới ở đâu là một lựa chọn mô hình hóa.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy các phép tính kết hợp lượng tử và cổ điểnTừ: 1976 Mô hình phản ứng enzyme kết hợp lượng tử và cổ điển của Warshel và Levitt
Mô hình DNA và RNA thô hóa
Mỗi nucleotide là một vật rắn với vài vị trí tương tác, cho phép mô phỏng sự gấp cuộn, lai hóa và cấu trúc nano.
Câu hỏi nó trả lời: Các sợi bắt cặp, gấp và lắp ghép thành những cấu trúc được thiết kế bằng cách nào?
Bỏ qua: Chi tiết nguyên tử và ion được thay bằng các tương tác hiệu dụng.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược Hàng triệu nucleotide trên GPUTừ: 2011 oxDNA, a coarse-grained DNA model (2011) nguồn
Dự đoán cấu trúc protein học máy
Một mạng nơ-ron huấn luyện trên các cấu trúc đã biết và dữ liệu tiến hóa dự đoán hình dạng gấp cuộn của một protein từ trình tự của nó.
Câu hỏi nó trả lời: Chuỗi axit amin này gấp thành hình dạng ba chiều nào?
Bỏ qua: Nó cho một cấu trúc tĩnh, chứ không phải con đường gấp hay động lực học.
Chạy trên: khoảng 1018 FLOPS sơ lược Huấn luyện ở quy mô lớn; vài phút cho mỗi dự đoánTừ: 2018 Improved protein structure prediction using potentials from deep learning (2020, CASP13 entry 2018) nguồn
Tổ hợp protein sinh tạo
Một mô hình sinh huấn luyện trên các cấu trúc và mô phỏng tạo ra nhiều cấu dạng của một protein thay vì chỉ một hình dạng.
Câu hỏi nó trả lời: Protein có thể chọn những hình dạng thay thế nào?
Bỏ qua: Quần thể các trạng thái chỉ tốt bằng các mô phỏng huấn luyện.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược Huấn luyện cộng với lấy mẫu chi phí thấpTừ: 2024 AlphaFold meets flow matching for generating protein ensembles (2024) nguồn
Động lực học phân tử do tình nguyện viên tính
Hàng nghìn quỹ đạo ngắn độc lập của một phân tử được chạy trên máy tính gia đình được quyên góp rồi gộp lại để thấy các sự kiện gấp cuộn.
Câu hỏi nó trả lời: Nhiều lần chạy ngắn hợp lại có thể lộ ra một quá trình phân tử chậm không?
Bỏ qua: Các quỹ đạo ngắn và độc lập, nên thống kê phải được ghép lại với nhau.
Chạy trên: khoảng 1017 FLOPS sơ lược Tập hợp các máy tình nguyệnTừ: 2000 Screen savers of the world unite! (2000), the distributed folding project nguồn
Hóa sinh ngẫu nhiên
Các phản ứng bên trong tế bào được kích hoạt từng cái một ngẫu nhiên, vì có quá ít phân tử để lấy trung bình.
Câu hỏi nó trả lời: Vì sao các tế bào giống hệt nhau về gen lại cư xử khác nhau?
Bỏ qua: Thường giả định bên trong tế bào được trộn đều, điều thường không đúng.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn chạy một mô phỏng phản ứng ngẫu nhiênTừ: 1977 Thuật toán mô phỏng ngẫu nhiên chính xác của Gillespie cho động học hóa học
Mạng điều hòa gen
Các gen bật và tắt lẫn nhau, như một mạng các tương tác.
Câu hỏi nó trả lời: Một tế bào quyết định mình sẽ trở thành loại tế bào nào bằng cách nào?
Bỏ qua: Hầu hết các mạng điều hòa thật chỉ được biết một phần, nên các liên kết thường được suy ra.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn mô phỏng động lực của một mạng lưới genTừ: 1969 Các mạng Boolean ngẫu nhiên của Kauffman về điều hòa gen
Mạng chuyển hóa
Mọi phản ứng hóa học mà một tế bào dùng để biến thức ăn thành năng lượng và bộ phận, được cân bằng như một mạng các thông lượng.
Câu hỏi nó trả lời: Nên tắt gen nào để vi sinh vật này tạo ra nhiều hợp chất hữu ích hơn?
Bỏ qua: Giả định trạng thái dừng và một mục tiêu tối ưu mà một tế bào thật có thể không theo đuổi.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải một mô hình cân bằng thông lượng quy mô hệ genTừ: 1986 phân tích cân bằng thông lượng đời đầu về mạng trao đổi chất của một tế bào
Mô hình toàn bộ tế bào
Mọi gen và mọi lớp phân tử trong một vi khuẩn đơn lẻ, được theo dõi qua một chu kỳ phân chia trọn vẹn.
Câu hỏi nó trả lời: Chúng ta có thể dự đoán một tế bào sống từ danh sách bộ phận của nó không?
Bỏ qua: Mới chỉ có một vi khuẩn đơn giản từng được mô hình hóa đầy đủ đến thế.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy một chu kỳ phân chia của một vi khuẩnTừ: 2012 Mô hình toàn tế bào của Karr và các đồng nghiệp về Mycoplasma genitalium
Hình thành khuôn mẫu
Các chất hóa học khuếch tán và phản ứng trên một mô đang lớn, cơ chế Alan Turing đề xuất cho các vằn và đốm.
Câu hỏi nó trả lời: Cơ chế phản ứng-khuếch tán giải thích hoa văn lông thú và sự hình thành ngón ở chi như thế nào?
Bỏ qua: Mô thật dùng lực cơ học và nhiều tín hiệu hơn mô hình hai hóa chất.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải các phương trình phản ứng - khuếch tán trên lướiTừ: 1952 Các phép tính phản ứng-khuếch tán của Turing cho The Chemical Basis of MorphogenesisTrong cây mô phỏng: Phản ứng–khuếch tán của Turing
Sự phát triển của mô và khối u
Từng tế bào phân chia, di chuyển, tranh giành oxy và chết đi.
Câu hỏi nó trả lời: Một khối u lớn lên thế nào, và lịch điều trị có thể chặn nó ra sao?
Bỏ qua: Tốc độ phân chia và tử vong bên trong một khối u thật khó đo trực tiếp.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học theo dõi hàng nghìn tế bào đang phân chia riêng lẻTừ: 1993 các mô hình automata tế bào đời đầu về sự phát triển của khối u đặc
Mô hình phản ứng của tế bào với nhiễu loạn
Một mô hình huấn luyện trên dữ liệu đơn bào dự đoán biểu hiện gen của một tế bào thay đổi ra sao sau một loại thuốc hoặc một lần chỉnh sửa gen chưa từng được đo cùng.
Câu hỏi nó trả lời: Một tế bào sẽ làm gì sau một can thiệp chưa ai từng thử?
Bỏ qua: Mang tính tương quan; nó ngoại suy kém sang các loại tế bào hay thuốc xa dữ liệu huấn luyện.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược Tập huấn luyện đơn bào lớnTừ: 2019 scGen predicts single-cell perturbation responses (2019) nguồn
Mô hình dựa trên tác tử về sự tiến hóa của khối u
Từng tế bào ung thư trên một lưới phân chia, đột biến và cạnh tranh trong một vi môi trường oxy và axit luôn thay đổi.
Câu hỏi nó trả lời: Hình dạng khối u và các đặc tính hung hãn nảy sinh từ áp lực chọn lọc ra sao?
Bỏ qua: Các quy tắc được đơn giản hóa, và nguồn máu cùng tế bào miễn dịch thường vắng mặt.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược Hàng triệu tế bào trên một nútTừ: 2006 Tumor morphology and phenotypic evolution driven by selective pressure from the microenvironment (2006) nguồn
Mô hình chuyển hóa cộng đồng vi sinh vật
Các mạng trao đổi chất quy mô hệ gen của nhiều loài được nối lại để chất thải của loài này thành thức ăn của loài khác.
Câu hỏi nó trả lời: Vi sinh vật ruột hay đất chia sẻ chất dinh dưỡng và cùng ổn định lại thế nào?
Bỏ qua: Giả định trạng thái dừng và tăng trưởng tối ưu, bỏ qua sự điều hòa và không gian.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược Quy hoạch tuyến tính trên nhiều loàiTừ: 2007 Metabolic modeling of a mutualistic microbial community (2007) nguồn
Sự phát triển khối u và đáp ứng điều trị
Một khối u đặc được coi như một khối được nuôi bằng oxy và dưỡng chất khuếch tán, với vành tăng sinh lớn dần và lõi hoại tử bị bỏ đói, rồi chịu tác động của bức xạ hay thuốc.
Câu hỏi nó trả lời: Một khối u lớn nhanh đến đâu, và một liều nhất định làm nó thu nhỏ bao nhiêu?
Bỏ qua: Khối u thật khác nhau giữa các bệnh nhân và ngay trong chính nó. Mô hình dùng các tham số lấy trung bình và hình học đơn giản hóa.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một mô hình phản ứng - khuếch tán ba chiều với lịch điều trị qua nhiều tuần thời gian mô phỏng.Từ: 1972 Greenspan, các mô hình cho sự phát triển của khối u đặc nhờ khuếch tán. nguồn
Sự tiến hóa của vi môi trường khối u
Từng tế bào ung thư trên một lưới cạnh tranh oxy và không gian trong khi các gradient độ axit chọn ra những kiểu hình mới, nên khối u tiến hóa khi lớn lên.
Câu hỏi nó trả lời: Mô xung quanh có đẩy một khối u về phía những tế bào xâm lấn hơn không?
Bỏ qua: Các quy tắc tế bào được đơn giản hóa và các tham số khó đo trong khối u sống.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược chạy lai tác tử-liên tục qua nhiều tháng mô phỏng trên một máy trạm hoặc cụm nhỏ.Từ: 2006 Anderson và các đồng nghiệp, mô hình lai rời rạc - liên tục về sự tiến hóa kiểu hình do vi môi trường thúc đẩy. nguồn
Sự tăng trưởng mạch máu do khối u gây ra
Các tế bào nội mô nảy mầm và di cư lên một gradient hóa học do khối u tiết ra, tạo thành một mạng mạch phân nhánh nuôi nó.
Câu hỏi nó trả lời: Một khối u huy động nguồn máu thế nào, và điều gì xảy ra nếu tín hiệu bị chặn?
Bỏ qua: Dòng chảy trong mạch, tái cấu trúc và hóa học thật của tín hiệu đều được đơn giản hóa nhiều.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược các lần chạy nảy mầm hai hoặc ba chiều trên một máy trạm.Từ: 1998 Anderson và Chaplain, các mô hình liên tục và rời rạc về sự tạo mạch do khối u gây ra. nguồn
Động lực phản ứng và kháng thuốc ung thư
Quần thể tế bào ung thư bình thường, nhạy cảm và kháng thuốc thay đổi dưới liệu pháp thuốc, nên bệnh nhân đầu tiên khá lên rồi có thể tái phát.
Câu hỏi nó trả lời: Một loại thuốc kiểm soát được bệnh bao lâu trước khi xuất hiện kháng thuốc?
Bỏ qua: Chỉ các ngăn đo được mới được mô hình hóa, và hành vi tế bào gốc được suy ra.
Chạy trên: khoảng 108 FLOPS sơ lược phương trình vi phân thường được khớp với các phép đo máu của bệnh nhân.Từ: 2005 Michor và các đồng nghiệp, động lực học của bệnh bạch cầu tủy mạn. nguồn
Động lực sản xuất tế bào máu
Tế bào gốc, tế bào tiền thân và tế bào máu trưởng thành được nối với nhau bằng phản hồi có độ trễ, tạo ra số lượng ổn định hoặc dao động khi sự điều khiển hỏng.
Câu hỏi nó trả lời: Vì sao một số rối loạn máu có chu kỳ, và điều gì phục hồi sản xuất bình thường?
Bỏ qua: Tủy xương thật có cấu trúc không gian và nhiều loại tế bào bị gộp chung.
Chạy trên: khoảng 106 FLOPS sơ lược phương trình vi phân có trễ trên một máy tính xách tay.Từ: 1978 Mackey, một giả thuyết thống nhất cho thiếu máu bất sản và tạo máu theo chu kỳ. nguồn
Sự phát triển của khuẩn lạc vi khuẩn và màng sinh học
Mỗi tế bào vi khuẩn được mô phỏng như một cá thể có kích thước, sự tăng trưởng và vị trí riêng, ăn dưỡng chất khuếch tán bên trong một khuẩn lạc hay màng sinh học.
Câu hỏi nó trả lời: Các khuẩn lạc có hình dạng ra sao và các tế bào bên trong sống sót thế nào?
Bỏ qua: Hành vi tế bào được đơn giản hóa và hóa học của chất nền màng sinh học thật chưa được nắm bắt.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược tăng trưởng dựa trên cá thể của hàng triệu tế bào trên một cụm máy.Từ: 1998 Kreft, Booth và Wimpenny, BacSim, một bộ mô phỏng cho mô hình hóa dựa trên cá thể về sự phát triển khuẩn lạc vi khuẩn. nguồn
Trái tim
Các sóng điện qua cơ tim cùng sự co bóp và dòng máu mà chúng điều khiển.
Câu hỏi nó trả lời: Thuốc hay thiết bị này có làm nhịp tim không đều tệ hơn không?
Bỏ qua: Biến thiên cá thể giữa các trái tim thật vẫn khó đưa vào một mô hình.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy một nhịp điện cơ của cả trái timTừ: 1960 Mô hình máy tính của Noble về điện thế hoạt động của một tế bào sợi Purkinje đơn; các mô hình toàn bộ tim đến sau nguồnTrong cây mô phỏng: Mô hình tế bào tim
Dòng máu chảy
Máu chuyển động qua động mạch, tĩnh mạch và các thiết bị như stent và van.
Câu hỏi nó trả lời: Động mạch này có khả năng yếu đi hoặc tắc ở đâu?
Bỏ qua: Thành mạch thường được coi là cứng, điều bỏ sót độ đàn hồi thật.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy mô phỏng dòng chảy trong động mạch riêng của từng bệnh nhânTừ: 1989 Mô hình phần tử hữu hạn của Perktold và các đồng nghiệp về dòng chảy động mạch cảnh
Hơi thở và đường thở
Không khí chuyển động qua các đường thở phân nhánh và các hạt mà nó mang theo.
Câu hỏi nó trả lời: Thuốc hít hay chất ô nhiễm được hít vào rốt cuộc đi đâu?
Bỏ qua: Hầu hết các mô hình dùng một cây đường thở lý tưởng hóa thay vì của một người cụ thể.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học mô phỏng luồng khí qua một cây đường thở phân nhánhTừ: 1993 các mô hình động lực học chất lưu đời đầu về luồng khí trong cây phế quản
Cơ sinh học hệ cơ xương
Xương, khớp và cơ như một hệ cơ học liên kết, đi, nâng và ngã.
Câu hỏi nó trả lời: Cơ bắp nào chịu lực, và nên tạo hình bộ cấy ghép này ra sao?
Bỏ qua: Các lực bên trong một chi thật được ước tính gián tiếp, không đo trực tiếp.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải một mô hình cơ xương của một chuyển độngTừ: 1990 Các mô hình máy tính của Delp và các đồng nghiệp về chuyển động cơ xương
Đáp ứng miễn dịch
Tế bào miễn dịch và mầm bệnh gặp nhau, nhân lên và phát tín hiệu bên trong cơ thể.
Câu hỏi nó trả lời: Vì sao một số nhiễm trùng khỏi còn số khác trở thành mạn tính?
Bỏ qua: Tín hiệu miễn dịch thật phức tạp hơn nhiều so với những gì bất kỳ mô hình nào theo dõi đầy đủ.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy một mô phỏng miễn dịch dựa trên tác tửTừ: 1992 Mô hình automata tế bào của Celada và Seiden về đáp ứng miễn dịch
Dược động học
Một loại thuốc được hấp thụ, lan qua các ngăn của cơ thể, bị phân hủy và đào thải.
Câu hỏi nó trả lời: Liều lượng nào, bao lâu một lần, cho người ở tuổi và cân nặng này?
Bỏ qua: Một mô hình trung bình quần thể có thể bỏ sót cách một bệnh nhân cụ thể xử lý một loại thuốc.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải một mô hình thuốc theo ngănTừ: 1937 Mô hình hai ngăn của Teorell về sự phân bố thuốc
Thử nghiệm lâm sàng in silico
Quần thể bệnh nhân ảo với biến thiên thực tế, được điều trị trước hoặc song song với một thử nghiệm thật.
Câu hỏi nó trả lời: Phương pháp điều trị này có khả năng giúp ai, và có thể gây hại cho ai?
Bỏ qua: Các cơ quan quản lý vẫn đòi hỏi thử nghiệm thật đi kèm. Bệnh nhân ảo không thể thay thế hoàn toàn.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy hàng nghìn bệnh nhân ảoTừ: 2011 đến năm 2011, các thử nghiệm in silico đời đầu được nộp kèm bằng chứng cho một thiết bị
Song sinh số của tim
Mô hình tim khớp với ảnh quét và tín hiệu của một bệnh nhân, dùng để dự đoán trái tim ấy phản ứng thế nào với một liệu pháp.
Câu hỏi nó trả lời: Trái tim của bệnh nhân này sẽ phản ứng thế nào với một liệu pháp cụ thể?
Bỏ qua: Chất lượng khớp phụ thuộc vào dữ liệu hình ảnh, và các tính chất mô được suy ra.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược Các lần chạy cơ điện cá nhân hóa cộng với khớp số liệuTừ: 2020 The 'Digital Twin' to enable the vision of precision cardiology (2020) nguồn
Mô hình dự đoán thần kinh của các vùng não cảm giác
Một mạng nơ-ron huấn luyện trên các phản ứng đã ghi trở thành vật thay thế cho một vùng não, cho phép các nhà nghiên cứu thử in silico những kích thích nào kích hoạt nơ-ron mạnh nhất.
Câu hỏi nó trả lời: Kích thích nào làm một nơ-ron cụ thể hoạt động mạnh nhất?
Bỏ qua: Dự đoán cần được kiểm chứng trên mô thật và chỉ bao gồm các động vật đã thử.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược Huấn luyện trên các bản ghi, rồi thử nghiệm ảo không giới hạnTừ: 2019 Inception loops discover what excites neurons most using deep predictive models (2019) nguồn
Mô hình trường kích thích não
Các mô hình đầu phần tử hữu hạn lần theo cách dòng điện từ điện cực hay cuộn dây lan qua da đầu, hộp sọ và mô não.
Câu hỏi nó trả lời: Điện trường từ một thiết bị kích thích rơi vào đâu trong não?
Bỏ qua: Độ dẫn của mô không chắc chắn, và đáp ứng thần kinh không được mô phỏng.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược Lời giải phần tử hữu hạn trên từng lưới đầu riêngTừ: 2009 Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation (2009) nguồn
Mô hình phơi nhiễm thuốc theo quần thể ảo
Mô hình vận chuyển thuốc toàn thân chạy trên một quần thể tổng hợp khác nhau về tuổi, gen và chức năng cơ quan.
Câu hỏi nó trả lời: Nồng độ thuốc sẽ khác nhau bao nhiêu ở trẻ em, người cao tuổi và bệnh nhân có bệnh cơ quan?
Bỏ qua: Phụ thuộc vào dữ liệu enzyme và chất vận chuyển đã đo.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược Hàng nghìn đối tượng ảo trên một máy trạmTừ: 2009 The Simcyp population-based ADME simulator (2009) nguồn
Mô hình cộng đồng hệ vi sinh vật đường ruột
Hàng chục loài vi khuẩn trong ruột tương tác qua cạnh tranh và nuôi dưỡng chéo, với số lượng của chúng được theo dõi theo thời gian dưới nhiễu loạn của chế độ ăn hay kháng sinh.
Câu hỏi nó trả lời: Những loài nào ổn định trong ruột, và nhiễu loạn nào có thể làm xô lệch quần xã?
Bỏ qua: Cường độ tương tác được suy ra từ dữ liệu nhiễu và có thể không đúng ngoài các điều kiện đã lấy mẫu.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược khớp Lotka-Volterra tổng quát và mô phỏng quần xã trao đổi chất trên một máy trạm.Từ: 2013 Stein và cộng sự, mô hình sinh thái từ suy luận chuỗi thời gian của hệ vi sinh vật đường ruột. nguồn
Lập kế hoạch phẫu thuật bằng mô hình riêng cho từng bệnh nhân
Một bản quét được biến thành mô hình giải phẫu cá nhân, một phương án phẫu thuật được áp dụng ảo, và dòng chảy hay ứng suất được tính để so sánh kết quả trước khi mổ.
Câu hỏi nó trả lời: Phương án phẫu thuật nào cho bệnh nhân này kết quả tốt nhất?
Bỏ qua: Tính chất mô được giả định từ giá trị trung bình và việc lành lại sau phẫu thuật không được mô hình hóa.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược một lần giải dòng chảy hoặc ứng suất cho mỗi kế hoạch ứng viên, vài giờ trên một cụm máy.Từ: 1999 Taylor và cộng sự, y học dự đoán dùng các kỹ thuật tính toán để ra quyết định điều trị. nguồn
Tương tác chất lỏng và cấu trúc của van tim
Một cánh van mềm và dòng máu chảy quanh nó được tính cùng nhau, khi cánh van bị đẩy mở và đóng sập lại bởi chính dòng chảy mà nó điều khiển.
Câu hỏi nó trả lời: Một van mở và đóng thế nào, và một van thay thế làm thay đổi dòng chảy ra sao?
Bỏ qua: Tính chất vật liệu của lá van và chuyển động cơ xung quanh được đơn giản hóa.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược các lần giải chất lỏng biên di động trên một cụm máy.Từ: 1972 Peskin, các dạng dòng chảy quanh van tim, giới thiệu phương pháp biên nhúng. nguồn
Sự thích nghi của xương và tái cấu trúc quanh mô cấy
Các mô hình phần tử hữu hạn của xương trong đó mô được thêm vào nơi ứng suất cao và bị bớt đi nơi ứng suất thấp, trong nhiều tháng và nhiều năm.
Câu hỏi nó trả lời: Xương sẽ thay đổi quanh một ca cấy ghép theo thời gian ra sao?
Bỏ qua: Quy tắc tái cấu trúc là một định luật hiện tượng luận và khác nhau giữa các bệnh nhân.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược giải phần tử hữu hạn lặp trên một máy trạm.Từ: 1987 Huiskes và các đồng nghiệp, lý thuyết tái tạo xương thích nghi áp dụng cho thiết kế chi giả. nguồn
Mô hình hệ cơ xương cho phẫu thuật
Xương, khớp và các cơ cấu chấp hành cơ - gân của chân hay tay được mô hình hóa để có thể thử tác động của một thay đổi phẫu thuật, như chuyển gân, lên chuyển động.
Câu hỏi nó trả lời: Chuyển gân này có cải thiện cách đi của bệnh nhân không?
Bỏ qua: Sự kích hoạt cơ được ước tính chứ không đo, và điều khiển thần kinh không được mô hình hóa.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược động lực học ngược và tối ưu hóa cơ trên một máy tính xách tay.Từ: 1990 Delp và các đồng nghiệp, một mô hình đồ họa tương tác của chi dưới để nghiên cứu phẫu thuật chỉnh hình. nguồn
Tính liều xạ trị
Photon hoặc proton được theo dõi qua ảnh quét của bệnh nhân bằng vận chuyển Monte Carlo để tính liều bức xạ đến khối u và mô lành.
Câu hỏi nó trả lời: Chùm tia được lên kế hoạch có trao liều cho khối u trong khi chừa các cơ quan lân cận không?
Bỏ qua: Bản quét là một ảnh chụp nhanh, nên chuyển động của bệnh nhân và thay đổi giải phẫu trong lúc điều trị chỉ là gần đúng.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược hàng triệu đến hàng tỷ lịch sử cho mỗi kế hoạch trên một cụm máy hoặc GPU.Từ: 1988 Mackie và các đồng nghiệp, hạt nhân lắng đọng năng lượng photon tạo bằng mã Monte Carlo EGS. nguồn
Mô hình giải phẫu ảo cho chẩn đoán hình ảnh
Cơ thể người kỹ thuật số với các cơ quan chi tiết và chuyển động đập hoặc thở, dùng làm đối tượng cho các lần quét mô phỏng để các phương pháp hình ảnh có thể được thử so với sự thật đã biết.
Câu hỏi nó trả lời: Máy quét và thuật toán này có thể khôi phục một bất thường đã biết không?
Bỏ qua: Mô hình người giả là một mô hình hình dạng được khớp với vài đối tượng và không nắm được toàn bộ phạm vi giải phẫu.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược mô phỏng dò tia hoặc vận chuyển cho mỗi lần quét trên một máy trạm.Từ: 2010 Segars và các đồng nghiệp, phantom 4D XCAT cho nghiên cứu hình ảnh đa phương thức. nguồn
Mô phỏng ảnh cộng hưởng từ
Vật lý của spin hạt nhân trong từ trường được mô phỏng qua một chuỗi xung để tạo ra các ảnh quét tổng hợp của một cơ thể ảo.
Câu hỏi nó trả lời: Chuỗi xung này sẽ cho ra hình ảnh nào với mô này?
Bỏ qua: Các giá trị thư giãn của mô là giá trị trung bình, còn chuyển động và sự không hoàn hảo của phần cứng chỉ được mô hình hóa một phần.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược Mô phỏng phương trình Bloch cho một thể tích đầy đủ trên một GPU.Từ: 2005 Benoit-Cattin và các đồng nghiệp, trình mô phỏng MRI tương tác SIMRI. nguồn
Mô phỏng liền xương gãy
Biến dạng cơ học trong khe lành của một chiếc xương gãy quyết định mô hình thành là sụn, xương mới hay sẹo xơ.
Câu hỏi nó trả lời: Cách cố định gãy xương này có cho phép xương lành không?
Bỏ qua: Quy tắc phân hóa mô là thực nghiệm và nguồn cung máu được đơn giản hóa.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược các lời giải phần tử hữu hạn qua nhiều tuần mô phỏng trên một máy trạm.Từ: 1999 Claes và Heigele, ứng suất và biến dạng cục bộ dọc theo bề mặt xương dự đoán tiến trình và kiểu liền xương gãy. nguồn
Động lực học virus bên trong vật chủ
Virus tự do, tế bào bị nhiễm và tế bào đích bên trong một bệnh nhân được theo dõi, và sự thay đổi của chúng sau khi bắt đầu điều trị cho thấy virus được tạo ra và loại bỏ nhanh đến đâu.
Câu hỏi nó trả lời: Virus nhân lên nhanh đến đâu bên trong một người, và điều trị thay đổi gì?
Bỏ qua: Cấu trúc mô và các vị trí nhiễm trùng ngoài máu không được biểu diễn.
Chạy trên: khoảng 107 FLOPS sơ lược một vài phương trình vi phân liên kết được khớp với chuỗi thời gian của một bệnh nhân.Từ: 1996 Perelson và các đồng nghiệp, động lực học HIV-1 in vivo. nguồn
Dự trữ dòng chảy vành từ các bản quét
Dòng máu qua các động mạch vành được tính từ một bản quét tim để ước tính xem một chỗ hẹp có cản dòng đủ nhiều đến mức cần đặt stent hay không.
Câu hỏi nó trả lời: Chỗ hẹp này có đủ để khiến cơ tim thiếu máu không?
Bỏ qua: Các điều kiện biên tại những mạch máu nhỏ được ước tính từ bệnh nhân chứ không đo trực tiếp.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược một lần giải dòng chảy riêng cho từng bệnh nhân cho mỗi lần quét trên một cụm máy.Từ: 2013 Taylor và cộng sự, ứng dụng CFD vào chụp CT tim để định lượng không xâm lấn dự trữ lưu lượng vành. nguồn
Cơ học ốc tai
Sóng âm trong chất lỏng của tai trong được ghép với màng rung bên trong ốc tai, tạo ra sóng lan truyền phân loại các cao độ.
Câu hỏi nó trả lời: Tai biến âm thanh thành tín hiệu mã hóa theo vị trí bằng cách nào?
Bỏ qua: Sự khuếch đại chủ động của tế bào lông được biểu diễn bằng phản hồi gần đúng.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược các lời giải sai phân hữu hạn của chất lỏng ốc tai trên một máy trạm.Từ: 1981 Neely, một nghiệm sai phân hữu hạn cho mô hình hai chiều của ốc tai. nguồn
Sinh lý học tích hợp toàn thân
Huyết áp, thận, cân bằng dịch và hormone được nối thành một mô hình tuần hoàn và sự điều hòa của nó.
Câu hỏi nó trả lời: Cơ thể điều hòa huyết áp thế nào, và điều gì xảy ra khi một cơ quan suy?
Bỏ qua: Mỗi cơ quan là một ngăn gộp và không có chi tiết ở cấp tế bào.
Chạy trên: khoảng 106 FLOPS sơ lược hàng trăm phương trình vi phân trên máy tính xách tay.Từ: 1972 Guyton, Coleman và Granger, tuần hoàn: điều hòa tổng thể. nguồn
Truyền nhiệt sinh học và tăng thân nhiệt
Dẫn nhiệt trong mô có dòng máu mang nhiệt đi, dùng để dự đoán nhiệt độ khi sốt, khi bị stress nhiệt hoặc khi điều trị ung thư bằng nhiệt.
Câu hỏi nó trả lời: Mô nóng lên đến đâu và nhiệt thấm sâu bao nhiêu?
Bỏ qua: Sự tưới máu được coi là một bể thu nhiệt đồng đều.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược các lời giải nhiệt phần tử hữu hạn trên một máy trạm.Từ: 1948 Pennes, phân tích nhiệt độ mô và máu động mạch ở cẳng tay người đang nghỉ. nguồn
Mô hình vận chuyển ở nephron thận
Nước, muối và urê di chuyển qua các quai và ống của thận, được giải như các dòng ghép nối để cho thấy nước tiểu được cô đặc thế nào.
Câu hỏi nó trả lời: Cách sắp xếp ngược dòng của các ống thận giúp thận cô đặc nước tiểu ra sao?
Bỏ qua: Tính chất ống thận và bố cục ba chiều chỉ được đo ở vài loài, nên các tham số được ngoại suy từ động vật.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược vài phút đến vài giờ trên một máy trạm.Từ: 1966 Phân tích của Stephenson về sự cô đặc trong các hệ ngược dòng ở thận. nguồn
Mô hình dây thanh và tạo giọng nói
Dây thanh âm như những khối lượng gắn trên lò xo, được điều khiển bởi không khí từ phổi, ghép với hình dạng của họng và miệng, để tạo ra âm hữu thanh.
Câu hỏi nó trả lời: Những thiết lập vật lý nào của các nếp gấp tạo ra giọng trong, giọng hơi thở hay giọng khàn?
Bỏ qua: Các nếp gấp được rút gọn thành vài khối lượng, nên các lớp mô và dòng khí ba chiều đầy đủ không được nắm bắt.
Chạy trên: khoảng 108 FLOPS sơ lược vài giây đến vài phút cho mỗi câu âm hữu thanh.Từ: 1972 Mô hình hai khối của Ishizaka và Flanagan về dây thanh để tổng hợp âm hữu thanh. nguồn
Mô hình đồng hồ sinh học
Các bộ dao động ghép đôi tượng trưng cho đồng hồ cơ thể phản ứng với ánh sáng và thời điểm nghỉ ngơi, dự đoán giấc ngủ và sự tỉnh táo thay đổi ra sao khi đổi lịch hay đi xa.
Câu hỏi nó trả lời: Đồng hồ sinh học mất bao lâu để điều chỉnh sau một chuyến bay hay khi đổi ca?
Bỏ qua: Một vài bộ dao động đại diện cho cả một mạng nơ-ron, và mỗi người khác nhau rất nhiều về chu kỳ đồng hồ và độ nhạy sáng.
Chạy trên: khoảng 105 FLOPS sơ lược vài giây trên một máy tính xách tay.Từ: 1982 Mô hình toán học của Kronauer và các đồng nghiệp về hệ nhịp sinh học người với hai bộ dao động tương tác. nguồn
Mô hình dịch bệnh theo ngăn
Một quần thể được chia thành người dễ cảm nhiễm, người nhiễm bệnh và người hồi phục, với các tốc độ chảy giữa chúng.
Câu hỏi nó trả lời: Đợt dịch này sẽ lớn đến đâu, và đỉnh dịch khi nào?
Bỏ qua: Giả định trộn đồng nhất, mọi người gặp mọi người khác với cùng một tốc độ, điều mà các kiểu tiếp xúc thật không thỏa mãn.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược một máy tính xách tay giải một số ít phương trình dịch bệnh liên kếtTừ: 1927 Các phương trình của Kermack và McKendrick cho một dịch kín
Dịch bệnh dựa trên tác tử
Một quần thể tổng hợp của cả một thành phố hay quốc gia, mỗi người có một hộ gia đình, trường học hoặc nơi làm việc, và các mối tiếp xúc mà bệnh lan truyền qua đó.
Câu hỏi nó trả lời: Biện pháp nào làm chậm sự lây lan nhiều nhất với chi phí thấp nhất?
Bỏ qua: Đòi hỏi dữ liệu chi tiết về hộ gia đình, trường học và nơi làm việc mà nhiều nước không có.
Chạy trên: khoảng 1016 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học mô phỏng một quần thể tổng hợp quy mô quốc giaTừ: 2005 Các mô hình đại dịch cúm dựa trên tác tử của Longini, Ferguson và các đồng nghiệp
Sự tiến hóa của mầm bệnh
Các đột biến xuất hiện và lan trong một virus hay vi khuẩn khi nó truyền giữa các vật chủ.
Câu hỏi nó trả lời: Sự kháng loại thuốc này có thể tiến hóa nhanh đến mức nào?
Bỏ qua: Cảnh quan đột biến và độ thích nghi thật phức tạp hơn nhiều so với một nhúm locus.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn mô phỏng sự tiến hóa kháng thuốcTừ: 1990 các mô hình ngẫu nhiên đời đầu về sự tiến hóa kháng thuốc ở HIV
Mô hình hóa gánh nặng bệnh tật và kinh tế y tế
Một căn bệnh và các cách điều trị được theo dõi dưới dạng xác suất mắc bệnh, tàn tật, chi phí và tử vong, dùng để so sánh biện pháp y tế nào mang lại nhiều lợi ích nhất trên mỗi bảng Anh bỏ ra.
Câu hỏi nó trả lời: Phương pháp điều trị hay chương trình nào cho nhiều năm sống khỏe nhất với số tiền bỏ ra?
Bỏ qua: Gán một con số cho một năm sống hay đau khổ là một phán đoán giá trị được trình bày như phép tính.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn chạy một mô hình chi phí - hiệu quả theo đoàn hệTừ: 1993 nghiên cứu gánh nặng bệnh tật toàn cầu theo số năm sống điều chỉnh theo tàn tật của Ngân hàng Thế giới
Dịch tễ học hệ gen của dịch bệnh
Bộ gen mầm bệnh lấy mẫu trong một đợt dịch, dùng để dựng cây phả hệ các ca nhiễm và suy ra ai nhiều khả năng đã lây cho ai và dịch đang tăng nhanh thế nào.
Câu hỏi nó trả lời: Đợt dịch này thực sự đang lan thế nào, đằng sau những gì chỉ truy vết tiếp xúc có thể thấy?
Bỏ qua: Chỉ những ca được giải trình tự mới xuất hiện trên cây, nên một mẫu mỏng hay lệch có thể gây hiểu nhầm.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học dựng cây phát sinh từ hàng nghìn hệ genTừ: 2013 theo dõi hệ gen theo thời gian thực của một đợt dịch Ebola ở Tây Phi
Đánh giá rủi ro phơi nhiễm môi trường và hóa chất
Mức phơi nhiễm của một quần thể với chất ô nhiễm, chất nhiễm bẩn trong thực phẩm hoặc liều bức xạ chuyển thành xác suất gây hại ra sao, chạy trên toàn dải bất định của dữ liệu.
Câu hỏi nó trả lời: Bao nhiêu hóa chất này là an toàn để cả một quần thể tiếp xúc?
Bỏ qua: Ngoại suy từ liều thử cao ở động vật sang liều thấp ở người là một phán đoán dai dẳng.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn chạy một mô hình liều - đáp ứng Monte CarloTừ: 1983 khuôn khổ đánh giá rủi ro hóa chất của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ
Mô hình dịch bệnh theo mạng di chuyển
Sự lây bệnh được mô phỏng qua một mạng toàn cầu các thành phố nối nhau bằng dữ liệu đi lại và đi máy bay.
Câu hỏi nó trả lời: Một đợt dịch sẽ đến các vùng và quốc gia khác nhanh đến đâu?
Bỏ qua: Sự pha trộn bên trong mỗi thành phố được đơn giản hóa, và thay đổi hành vi không được mô hình hóa.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược Các lần chạy ngẫu nhiên trên hàng nghìn tiểu quần thểTừ: 2009 Multiscale mobility networks and the spatial spreading of infectious diseases (2009) nguồn
Mô hình sốt rét dựa trên cá thể
Người, muỗi và ký sinh trùng mô phỏng theo dõi nhiễm trùng trong vật chủ và sự lây truyền để thử các chiến lược kiểm soát.
Câu hỏi nó trả lời: Hỗn hợp màn, thuốc và vắc-xin nào sẽ cắt giảm lây truyền sốt rét?
Bỏ qua: Sinh thái muỗi và hệ thống y tế địa phương được mô hình hóa thô.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược Nhiều lần chạy ngẫu nhiên của một ngôi làng mô phỏngTừ: 2008 Towards a comprehensive simulation model of malaria epidemiology and control (2008) nguồn
Các trung tâm mô hình hóa kịch bản
Nhiều nhóm mô hình hóa chạy cùng các giả định “nếu... thì” về vắc-xin hay biến thể, và các dự báo được gộp thành một tập hợp.
Câu hỏi nó trả lời: Dải các tương lai nào theo sau từ mỗi giả định về chính sách hay biến thể?
Bỏ qua: Các kịch bản có điều kiện, không phải dự đoán điều sẽ xảy ra.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược Tập hợp mô hình dịch bệnh của nhiều nhómTừ: 2020 Trung tâm Mô hình hóa Kịch bản COVID-19 của Hoa Kỳ, từ tháng 12 năm 2020 nguồn
Mô hình truy vết tiếp xúc kỹ thuật số
Các mô hình lây truyền có bước truy vết bằng ứng dụng ước tính việc truy vết và cách ly phải nhanh đến đâu để chặn lây lan.
Câu hỏi nó trả lời: Phải truy vết tiếp xúc nhanh đến đâu để kiểm soát được dịch?
Bỏ qua: Mức tiếp nhận và tuân thủ là các giá trị giả định.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược Các lần chạy quá trình phân nhánh hoặc tác tửTừ: 2020 Quantifying SARS-CoV-2 transmission suggests epidemic control with digital contact tracing (2020) nguồn
Sự lan truyền kháng kháng sinh
Vi khuẩn nhạy và kháng thuốc cạnh tranh trong cơ thể bệnh nhân và lây giữa họ, dưới các chính sách kháng sinh khác nhau như luân phiên, trộn hoặc điều trị phối hợp.
Câu hỏi nó trả lời: Chính sách điều trị nào làm chậm sự gia tăng các ca nhiễm kháng thuốc?
Bỏ qua: Chi phí kháng thuốc và tốc độ lây truyền được đo kém, và kết quả phụ thuộc vào chúng.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược các mô hình bệnh viện theo ngăn và theo cá thể trên một máy tính xách tay.Từ: 1997 Bonhoeffer, Lipsitch và Levin, đánh giá các phác đồ điều trị để ngăn kháng kháng sinh. nguồn
Mô hình truyền bệnh sốt rét và can thiệp
Muỗi đốt, ký sinh trùng phát triển, miễn dịch của người và các can thiệp như màn chống muỗi hay vắc-xin được mô phỏng cùng nhau trong một ngôi làng hoặc một quốc gia.
Câu hỏi nó trả lời: Tổ hợp biện pháp kiểm soát nào có thể giảm hoặc loại trừ sốt rét?
Bỏ qua: Sinh thái muỗi và hành vi người địa phương được đo kém.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược mô phỏng dựa trên cá thể của một quốc gia qua nhiều thập kỷ trên một cụm máy.Từ: 2008 Smith và cộng sự, hướng tới một mô hình mô phỏng toàn diện về dịch tễ học và kiểm soát bệnh sốt rét. nguồn
Mô phỏng lây truyền qua không khí trong nhà
Thở, ho và nói chuyện thải ra các giọt và khí dung vào một căn phòng, và động lực học chất lưu theo dõi chúng đi đâu và người thứ hai hít vào bao nhiêu.
Câu hỏi nó trả lời: Virus thở ra bay được bao xa, và khẩu trang hay thông gió giảm phơi nhiễm bao nhiêu?
Bỏ qua: Liều lây nhiễm và điều kiện phòng thực tế dao động rộng hơn bất kỳ thiết lập mô phỏng nào giả định.
Chạy trên: khoảng 1014 FLOPS sơ lược mô phỏng xoáy lớn của một căn phòng với theo dõi hạt trên một cụm máy.Từ: 2020 Mittal, Ni và Seo, vật lý dòng chảy của COVID-19, tổng quan các nghiên cứu tính toán về dòng hô hấp. nguồn
Mô phỏng chính sách kiểm soát thuốc lá
Việc bắt đầu hút thuốc, bỏ thuốc và số ca tử vong trong một quốc gia được dự phóng dưới tác động của thuế, lệnh cấm và các chiến dịch, cho ra mức thay đổi tỷ lệ hút thuốc và số mạng sống được cứu.
Câu hỏi nó trả lời: Một loại thuế hay lệnh cấm hút thuốc sẽ cứu được bao nhiêu mạng người?
Bỏ qua: Tác động của chính sách được lấy từ bằng chứng quá khứ và có thể không chuyển sang bối cảnh mới.
Chạy trên: khoảng 106 FLOPS sơ lược mô hình dự phóng dân số trên một máy tính xách tay.Từ: 2000 Levy, Cummings và Hyland, mô phỏng tác động của các chính sách ngăn thanh thiếu niên bắt đầu hút thuốc lên mức dùng thuốc lá chung. nguồn
Tối ưu hóa phân bổ vắc-xin
Một mô hình dịch bệnh được kết hợp với một bộ tối ưu chọn nhóm tuổi hay nhóm nguy cơ nào được tiêm vắc-xin khan hiếm trước.
Câu hỏi nó trả lời: Nên tiêm vắc-xin cho ai trước để cứu được nhiều mạng nhất?
Bỏ qua: Các kiểu tiếp xúc và hiệu quả vắc-xin còn bất định, và nhóm tốt nhất phụ thuộc vào mục tiêu.
Chạy trên: khoảng 108 FLOPS sơ lược tối ưu hóa trên nhiều lần chạy dịch bệnh trên một máy trạm.Từ: 2009 Medlock và Galvani, tối ưu hóa phân phối vắc-xin cúm. nguồn
Thử nghiệm chẩn đoán hình ảnh ảo
Bệnh nhân, máy quét và người đọc mô phỏng được dùng để so sánh các công nghệ hình ảnh mà không cần tuyển người thật.
Câu hỏi nó trả lời: Một thiết bị chụp ảnh mới có phát hiện ung thư tốt như thiết bị hiện tại không?
Bỏ qua: Các tổn thương và người đọc ảo là những mô hình có thể bỏ sót sự đa dạng lâm sàng thật.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược hàng nghìn ảnh mô phỏng trên một cụm máy tính.Từ: 2018 Badano và các đồng nghiệp, thử nghiệm hình ảnh in silico về tổng hợp lát cắt vú kỹ thuật số so với chụp nhũ ảnh toàn trường. nguồn
Dịch bệnh trên mạng tiếp xúc
Bệnh lây giữa các nút của một mạng mà phân bố bậc có thể rất không đều, và kết cục phụ thuộc vào các nút trung tâm.
Câu hỏi nó trả lời: Ở mức độ lây truyền nào thì một dịch bệnh bùng lên trên một mạng có các nút trung tâm?
Bỏ qua: Mạng liên hệ thật thay đổi theo thời gian và chỉ được quan sát một phần.
Chạy trên: khoảng 107 FLOPS sơ lược Lan truyền Monte Carlo trên mạng triệu nút trên một máy trạm.Từ: 2001 Pastor-Satorras và Vespignani, sự lan truyền dịch bệnh trong mạng phi tỷ lệ. nguồn
Động lực học quần thể muỗi
Trứng, ấu trùng, nhộng và muỗi trưởng thành mang bệnh phát triển trong các vật chứa dưới nhiệt độ và lượng mưa địa phương, cho ra số con đốt.
Câu hỏi nó trả lời: Mùa tới sẽ có bao nhiêu muỗi, và loại bỏ nơi sinh sản có tác dụng gì?
Bỏ qua: Nơi sinh sản khó đếm và thay đổi theo từng con phố.
Chạy trên: khoảng 107 FLOPS sơ lược mô phỏng bảng tuổi thọ trên máy tính xách tay.Từ: 1993 Focks và các đồng nghiệp, một mô hình bảng sống có tính động cho Aedes aegypti. nguồn
Vi mô phỏng sàng lọc ung thư
Các lịch sử đời sống cá nhân cùng diễn tiến tự nhiên của ung thư được mô phỏng có và không có sàng lọc để ước tính số ca phát hiện và số ca tử vong tránh được.
Câu hỏi nó trả lời: Một chương trình sàng lọc tránh được bao nhiêu ca tử vong, và phải trả giá bao nhiêu bằng chẩn đoán quá mức?
Bỏ qua: Diễn biến ban đầu không quan sát được của ung thư phải được giả định.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược hàng triệu cuộc đời mô phỏng trên một máy trạm.Từ: 1985 Habbema và các đồng nghiệp, chương trình mô phỏng MISCAN để đánh giá sàng lọc. nguồn
Mô hình tác tử cho béo phì và chế độ ăn
Các tác tử có cân nặng, thu nhập và hàng xóm ăn uống và di chuyển, và độ phân tán cân nặng trong quần thể dịch chuyển khi giá thực phẩm hay chính sách thay đổi.
Câu hỏi nó trả lời: Những can thiệp nào làm thay đổi cân nặng dân số qua nhiều thập kỷ?
Bỏ qua: Hành vi được rút gọn thành vài quy tắc và bằng chứng dài hạn còn mỏng.
Chạy trên: khoảng 108 FLOPS sơ lược mô phỏng tác tử dân số trên một máy trạm.Từ: 2007 Hammond và Epstein, khám phá các cơ chế không phụ thuộc giá trong dịch béo phì. nguồn
Mô phỏng chính sách phân bổ nội tạng
Bệnh nhân trong danh sách chờ ghép, nội tạng hiến đến và quy tắc phân bổ được mô phỏng để so sánh thời gian chờ và khả năng sống sót.
Câu hỏi nó trả lời: Quy tắc phân bổ nào cho nhiều năm sống nhất và thời gian chờ công bằng nhất?
Bỏ qua: Chất lượng nội tạng và quyết định của bệnh nhân và trung tâm được đơn giản hóa.
Chạy trên: khoảng 108 FLOPS sơ lược mô phỏng sự kiện của nhiều năm danh sách chờ trên một máy tính xách tay.Từ: 2000 Zenios, Chertow và Wein, phân bổ động thận cho các ứng viên trong danh sách chờ ghép. nguồn
Mô hình bố trí xe cứu thương và trạm cứu hỏa
Các cuộc gọi khẩn cấp đến ngẫu nhiên, các đơn vị được điều đi, và một mô hình hàng đợi cho thời gian ứng phó của từng địa điểm và cách bố trí khu vực.
Câu hỏi nó trả lời: Nên đặt các trạm và đơn vị ở đâu để giảm thời gian phản ứng?
Bỏ qua: Thời gian di chuyển và mức phân tán thật của nhu cầu chỉ là giả định.
Chạy trên: khoảng 107 FLOPS sơ lược hàng đợi và Monte Carlo trên một máy tính xách tay.Từ: 1974 Larson, một mô hình hàng đợi siêu lập phương cho vị trí cơ sở và phân chia lại khu vực trong các dịch vụ khẩn cấp đô thị. nguồn
Tạo hồ sơ bệnh nhân tổng hợp
Những con người nhân tạo được gán bệnh tật, điều trị và các lần khám theo quy tắc lâm sàng đã công bố, để tạo ra hồ sơ sức khỏe chân thực mà không chứa một người thật nào.
Câu hỏi nó trả lời: Phần mềm và phân tích có thể được kiểm thử trên các bản ghi chân thực mà không để lộ dữ liệu của ai không?
Bỏ qua: Các hồ sơ chỉ mang những mẫu hình đã đưa vào bộ sinh, nên bệnh hiếm và các lộ trình chăm sóc thật chỉ được thể hiện mỏng.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược một lần chạy quy mô máy tính xách tay cho một triệu bệnh nhân.Từ: 2010 Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu của Buczak và các đồng nghiệp để tạo hồ sơ y tế điện tử tổng hợp. nguồn
Độc chất học dự đoán
Cấu trúc của một loại thuốc ứng viên được so với cơ sở dữ liệu các phân tử độc đã biết, hoặc chạy qua những mô hình huấn luyện từ dữ liệu phòng thí nghiệm và động vật, trước cả khi nó được tổng hợp.
Câu hỏi nó trả lời: Phân tử này có khả năng gây hại gan, tim hay gen trước khi ta tạo ra nó không?
Bỏ qua: Dự đoán chỉ đáng tin bằng các phân tử độc trong quá khứ mà mô hình được huấn luyện, và những ngoại lệ sinh học vẫn tiếp tục xuất hiện.
Chạy trên: khoảng 1013 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy một mô hình dự đoán độc tính đã huấn luyệnTừ: 2000 các mô hình quan hệ cấu trúc - hoạt tính đời đầu dùng để sàng lọc độc tính của thuốc
Mô hình hóa dược lực học
Nồng độ của một loại thuốc tại đích chuyển thành tác dụng lên cơ thể ra sao, từ sự gắn vào thụ thể cho đến một triệu chứng hay dấu ấn sinh học đo được.
Câu hỏi nó trả lời: Một liều nhất định thực sự tạo ra tác dụng bao nhiêu, và kéo dài bao lâu?
Bỏ qua: Giả định một mối quan hệ nồng độ - tác dụng rõ ràng mà sự dung nạp và tiến triển bệnh có thể phá vỡ.
Chạy trên: khoảng 1010 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải một số ít phương trình tác động liên kếtTừ: 1968 các mô hình chiếm giữ thụ thể đời đầu nối nồng độ thuốc với tác dụng
Mô phỏng thiết kế thử nghiệm lâm sàng
Hàng nghìn thử nghiệm giả định được chạy dựa trên sự biến thiên bệnh nhân và tác dụng thuốc được giả định, để chọn cỡ mẫu, thời gian và quy tắc dừng sớm của một thử nghiệm.
Câu hỏi nó trả lời: Thử nghiệm này thực sự cần bao nhiêu bệnh nhân, và khi nào có thể dừng an toàn?
Bỏ qua: Thử nghiệm mô phỏng chỉ thực tế bằng những giả định về phản ứng của bệnh nhân được đưa vào.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một cụm máy nhỏ chạy hàng nghìn bản sao thử nghiệm mô phỏngTừ: 1994 các nghiên cứu mô phỏng đời đầu dùng để lên kế hoạch thiết kế thử nghiệm lâm sàng thích ứng
Mô hình mạng tái sử dụng thuốc
Thuốc, gen, protein và bệnh được nối thành một mạng lớn, tìm kiếm các thuốc hiện có mà những kết nối đã biết gợi ý một công dụng mới bất ngờ.
Câu hỏi nó trả lời: Liệu một loại thuốc đã được phê duyệt cho một bệnh có thể chữa cả bệnh khác không?
Bỏ qua: Một liên kết mạng chỉ là gợi ý, không phải bằng chứng; hầu hết các hướng tái sử dụng được gợi ý vẫn thất bại khi thử nghiệm.
Chạy trên: khoảng 1012 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn tìm kiếm trong một mạng lưới thuốc - gen - bệnh lớnTừ: 2011 các cuộc sàng lọc dựa trên mạng đời đầu cho các ứng viên tái sử dụng thuốc
Mô hình hóa bào chế và phân phối thuốc
Một viên thuốc tan ra, một miếng dán giải phóng thuốc hay một hạt nano mang thuốc đi qua cơ thể, được theo dõi như khuếch tán và phản ứng trong vài phút đến vài ngày.
Câu hỏi nó trả lời: Thuốc thực sự đến đích nhanh đến đâu và ở đâu sau khi uống hoặc tiêm?
Bỏ qua: Các thiết bị hòa tan trong phòng thí nghiệm và tiêu hóa thật không phải lúc nào cũng khớp nhau.
Chạy trên: khoảng 1011 FLOPS sơ lược một máy trạm để bàn giải các phương trình khuếch tán và giải phóngTừ: 1961 Mô hình toán học của Higuchi về sự giải phóng thuốc từ nền rắn
Thiết kế kháng nguyên vắc-xin
Bề mặt của một protein mầm bệnh được mô phỏng ở mức chi tiết nguyên tử để tìm hoặc thiết kế những hình dạng mà hệ miễn dịch nhận ra và nhớ tốt nhất.
Câu hỏi nó trả lời: Phần nào của mầm bệnh này là mục tiêu tốt nhất cho vắc-xin?
Bỏ qua: Một hình dạng trông như mục tiêu tốt trên màn hình vẫn phải hoạt động được trong một hệ miễn dịch thật.
Chạy trên: khoảng 1015 FLOPS sơ lược một cụm máy của trường đại học chạy các mô phỏng nguyên tử của các kháng nguyên ứng viênTừ: 2013 thiết kế dựa trên cấu trúc của một kháng nguyên virus hô hấp đã được ổn định
Kiểm soát đái tháo đường vòng kín in silico
Một quần thể người ảo mắc đái tháo đường típ 1, với bữa ăn và động lực glucose - insulin, dùng để thử các thuật toán điều khiển liều trước các thử nghiệm trên người.
Câu hỏi nó trả lời: Thuật toán điều khiển này có giữ đường huyết an toàn ở nhiều người khác nhau không?
Bỏ qua: Hành vi thật như căng thẳng, bệnh tật và lỗi cảm biến chỉ được nắm bắt một phần.
Chạy trên: khoảng 109 FLOPS sơ lược mô phỏng ngày ảo dài của hàng trăm đối tượng trên một máy tính xách tay.Từ: 2009 Kovatchev và các đồng nghiệp, thử nghiệm tiền lâm sàng in silico về điều khiển vòng kín bệnh tiểu đường loại 1. nguồn