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Netbiodyn

Ce livre numérique montre comment prendre en main le logiciel netBiodyn dans le mode « simulation » pour faire tourner et exploiter des modèles déjà existants. Il indique également comment construire un modèle soi-même pour modéliser une expérience non réalisable en classe, une situation in vivo, des interactions entre individus, l'évolution de populations etc.

Comment utiliser le logiciel netBioDyn ?

Nathalie Noris

Professeur associée
ENS de Lyon

Anne Florimond

Professeur associée
ENS de Lyon

Publié par

Gérard Vidal

Directeur de collection
ENS de Lyon
Institut français de l'éducation

Publié par

Charles-Henri Eyraud

ENS de Lyon/Ifé

2015-05-08

Résumé

Ce livre numérique montre comment prendre en main le logiciel netBiodyn dans le mode « simulation » pour faire tourner et exploiter des modèles déjà existants. Il indique également comment construire un modèle soi-même pour modéliser une expérience non réalisable en classe, une situation in vivo, des interactions entre individus, l'évolution de populations etc.


Table des matières

Lien vers la page de présentation et de téléchargement du logiciel sur le site : Netbiodyn

Figure 1. Présentation

Le mode simulation

Comment le logiciel se présente-t-il ?

Figure 2. Vidéo : Comment le logiciel se présente t'il?

Présentation de l'interface du logiciel

L'interface se présente sous la forme d'un panneau de commande à gauche, d'une grande fenêtre blanche dans lesquelles les simulations sont réalisées, d'une petite fenêtre blanche pour l'affichage de graphiques

Ouverture d'un modèle

La commande d'ouverture d'un modèle aboutit systématiquement au dossier « Mes documents » de l'ordinateur. Il est donc conseillé de placer les dossiers des modèles dans celui-ci.

Le fichier à ouvrir a une extension en .nbd.

Présentation d'un exemple avec un modèle d'immunologie

Le modèle présenté ici a une image de souris en fond d'écran. Cette image sert uniquement à illustrer le lieu de la modélisation (le corps d'une souris) mais on ne peut pas agir dessus.

Dans la fenêtre jaune, sont indiquées les entités visibles et modifiables.

Comment positionner des entités dans la fenêtre de simulation ?

Figure 3. Vidéo : Comment positionner des entités?

Placement d'entités dans la fenêtre de simulation et suppression d'entités

Les entités déclarées dans la fenêtre jaune peuvent être placées dans la fenêtre de simulation. Pour ce faire, sélectionnez le nom de l'entité souhaitée puis cliquez sur l'outil « crayon » pour placer précisément les entités une à une ou sur l'outil « spray » pour placer une dizaine d'entités d'un coup. En cas d'erreur, sélectionnez l'outil gomme et supprimez les entités non voulues.

Le nombre des entités placées s'affiche dans la fenêtre jaune.

Comment lancer une simulation et agir sur les entités ?

Figure 4. Vidéo : Comment lancer une simulation et agir sur les entités?

Lancement d'une simulation

L'icône en forme de flèche permet de lancer la simulation, puis de faire une pause si besoin. L'icône à sa droite permet de faire une simulation pas à pas. Lors de la simulation, le temps, compté en « tics », s'écoule et les entités se déplacent de manière totalement aléatoire ou de manière dirigée selon le paramétrage qui a été fait. Par défaut, le déplacement est aléatoire, ce qui signifie que deux simulations successives, partant des mêmes entités ne donneront pas les mêmes résultats (intéressant quand on veut montrer l'intervention du hasard dans un phénomène).

Ajout d'entités en cours de simulation

L'ajout d'entités en cours de simulation est possible : faites une pause dans la simulation et ajoutez les entités souhaitées. Reprenez ensuite la simulation. On peut ainsi simuler l'injection d'histamine à une souris et avoir une situation témoin avant l'injection.

Obtention d'informations sur les entités

En cas d'apparition de nouvelles entités dans la fenêtre de simulation, on peut obtenir leur nom et éventuellement des précisions par un clic droit sur cette entité. Ces nouvelles entités ne figureront pas dans la fenêtre jaune si elles n'y ont pas été préalablement déclarées.

Cela veut dire que le concepteur du modèle a choisi de rendre certaines entités visibles (dans la fenêtre jaune) et d'autres pas. L'intérêt de les rendre non visibles est que l'utilisateur doit les repérer et en chercher le nom ; de plus, il ne peut pas en placer au début de la simulation.

Le zoom et le déplacement dans la fenêtre à l'aide des deux premières icônes sous la fenêtre de simulation donnent davantage de précision pour repérer les nouvelles entités.

Comment suivre l'évolution du nombre d'entités et recommencer ?

Figure 5. Vidéo : Comment suivre l'évolution du nombre d'entités et recommencer ?

Représentation graphique de l'évolution du nombre d'entités au cours du temps

En cliquant sur la touche « Ctrl » et en sélectionnant les noms des entités dans la fenêtre jaune, on obtient la représentation graphique de l'évolution du nombre d'entités au cours du temps. La couleur des courbes correspond à la couleur des entités.

Lancement d'une nouvelle simulation

Après avoir cliqué sur la touche « Stop » (carré rouge), on peut reprendre une simulation avec les entités placées exactement au même endroit qu'à la 1ère simulation.

Pour supprimer les entités et les replacer, il faut vider la fenêtre. Toutes les entités qui ont été déclarées comme vidables disparaissent.

Le mode "Construction d'un modèle"

Comment paramétrer la fenêtre de simulation pour construire son propre modèle ?

Figure 6. Vidéo : Comment paramétrer la fenêtre de simulation?

Réglage de la taille de l'environnement de simulation

Le panneau de contrôle permet de paramétrer l'environnement, c'est-à-dire la fenêtre de simulation : sa taille est par défaut de 100 x 100 pixels. Il peut être intéressant de diminuer la taille : les entités (informatiquement ce sont des pixels) seront alors plus proches les unes des autres et interagiront plus fréquemment ; elles seront également plus visibles.

On peut insérer une comme fond de fenêtre (la souris dans le cas présent).

Comment créer des entités dans un modèle ?

Figure 7. Vidéo : Comment créer des entités?

Création d'entités

La déclaration d'entités s'effectue en cliquant sur l'icône « Entités » du panneau de contrôle. Il est possible d'ajouter une nouvelle entité, d'en supprimer et d'en modifier (« Editer »).

Paramétrage des caractéristiques des entités créées

Figure 8. Vidéo : Comment paramétrer le comprtement des interactions?

Les caractéristiques d'une entité sont :

  • Son nom et sa description (utile quand l'utilisateur demandera des informations sur cette entité dans la fenêtre de simulation) ;
  • Sa taille ;
  • Son apparence : forme géométrique et couleur à choisir ou image à sélectionner à partir de l'un de vos dossiers informatiques ;
  • Sa probabilité de déplacement : elle est égale à 1 par défaut et peut être diminuée pour la rendre moins mobile (on diminue alors la probabilité d'interactions avec les autres entités) ;
  • Sa demi-vie : elle est par défaut égale à zéro, ce qui correspond à une durée de vie infinie. Pour rendre une entité non infinie (par exemple une cellule qui meurt, une molécule qui disparaît), la demi vie doit être supérieure à zéro (la valeur s'obtient par réglages lors de tests de simulation) ;
  • Le fait que l'entité soit visible dans le panel et vidable : pendant la phase de construction du modèle et la phase de test, il est conseillé de laisser toutes les entités visibles et vidables. Une fois le modèle terminé, on peut laisser visibles seulement les entités que l'utilisateur devra placer ou modifier. Les entités non vidables reviendront telles quelles à chaque nouvelle simulation : cela peut être utile d'avoir des entités réparties régulièrement et cela prévient les erreurs de manipulation.

Comment paramétrer le comportement et la nature des interactions entre les entités dans un modèle ?

Définition du comportement des entités : réaction (= transformation, disparition, production de nouvelles entités) ou migration

Une fois les entités déclarées, il faut définir leurs comportements, c'est-à-dire leurs interactions avec les autres entités : si lors du contact avec une autre entité, il se produit une modification comme la production d'une molécule, la multiplication, la mort etc., cela correspond informatiquement à une réaction : A + B + etc => C + D + etc

Donnez un nom à la réaction et éventuellement une description (utile lors du réglage du modèle)  ; sélectionnez le type « Située en absolue » qui permet de déclarer autant d'entités réactifs et produits qu'on le souhaite. La probabilité de la réaction est par défaut égale à 1.

Laissez la réaction visible dans le panel : un curseur avec son nom apparaîtra sous la fenêtre de simulation et permettra de modifier directement la probabilité de la réaction. C'est utile pour le réglage du modèle et également si on veut permettre à l'utilisateur de faire varier la probabilité. Dans le cas contraire, après la phase de réglage du modèle, il est préférable de décocher la case.

Dans la fenêtre de gauche des « Réactifs », sélectionnez les entités qui interagissent. Dans la fenêtre des « Produits », indiquez ce qui se passe après l'interaction : formation d'une ou plusieurs nouvelles entités, disparition d'une entité de départ. Lorsque les entités de départ persistent, ne pas oublier de les placer également dans la fenêtre « Produits ». Dans le cas présent, le contact entre un macrophage et un virus de l'herpès provoque la formation d'une molécule de TNF et le macrophage et le virus de départ persistent.

Comment enregistrer son modèle ?

Figure 9. Vidéo : Comment enregistrer son modèle?

Enregistrement d'un modèle

Le modèle s'enregistre par défaut dans le dossier « Mes documents ». L'enregistrement crée une multitude de fichiers en plus du fichier exécutable .nbd et des images éventuellement insérées. Il est vivement conseillé de créer un dossier qui contiendra l'ensemble des fichiers.

Comment effectuer les réglages et ajustements du modèle construit ?

Figure 10. Vidéo : Comment effectuer les réglages du modèle?

Réglages du modèle selon l'objectif recherché

Les paramètres à régler dans un modèle sont d'autant plus nombreux que les entités et interaction sont nombreuses. Il s'agit de définir : le nombre d'entités à placer au départ (ou un ordre de grandeur), la demi-vie des entités quand elle n'est pas infinie, les probabilités des interactions et la durée de la simulation. Le nombre des entités peut se baser sur des données expérimentales.

La fonction « Export modèle » est intéressante pour avoir sous les yeux les caractéristiques de toutes les entités et tous leurs comportements.

Fonctionnalités pouvant améliorer les modèles

Figure 11. Vidéo : Fonctionnalités améliorant le modèle

Insertion d'une image de fond dans la fenêtre de simulation

L'insertion d'une image de fond doit être faite au début de la création d'un modèle. Elle permet à l'utilisateur de savoir quel est le « lieu «  de l'expérimentation (un animal, un tube à essai….). Sélectionnez l'image dans l'un de vos dossiers informatiques, celle-ci sera automatiquement enregistrée avec les autres fichiers.

Création d'une frontière délimitant des compartiments dans la fenêtre

Pour contenir les entités dans un espace défini ou pour empêcher les interactions entre certaines entités, on peut créer une frontière. Cela se fait en deux temps : la création d'entités immobiles et sans interactions (comme les piquets d'une clôture) puis la création de liens imperméables entre ces entités (comme les fils de la clôture).

Ne pas oublier de rendre non visibles et non vidables les entités et les liens une fois que le frontière est tracée.