Struktur, Funktion und Verhalten dynamischer Modelle der Systembiologie : formale Wissensrepräsentation als Grundlage für computergestützte Modellierung und Simulation

Knüpfer, Christian GND

Das Verstehen komplexer biologischer Phänomene auf der Basis dynamischer Modelle ist ohne Computerunterstützung nicht möglich. Seit mehr als einem Jahrzehnt werden enorme Anstrengungen unternommen, eine Softwareinfrastruktur für die systembiologische Modellierung und Simulation zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit bietet den dafür notwendigen Standards, formalen Sprachen, Ontologien und auf diesen operierenden Programmen ein wissenschaftstheoretisches Fundament in Gestalt der sogenannten Wissensfacetten von Bio-Modellen. Die Wissensfacetten von Bio-Modellen stellen ein konzeptuelles Schema zur systematischen Beschreibung von Bio-Modellen, ihrer Verwendung und ihres Verhaltens dar. Dabei muss eine vollständige Beschreibung eines Bio-Modells seine Struktur, seine Funktion und sein Verhalten umfassen und seine intrinsische formale Semantik mit der extrinsischen biologischen Wirklichkeit in Beziehung setzen. Die formale Repräsentation der Wissensfacetten von Bio-Modellen bietet eine Grundlage für eine umfassende Computerunterstützung der Modellierung und Simulation in der Systembiologie. Geleitet durch die Wissensfacetten werden existierende Ansätze für die formale Repräsentation relevanter Wissensfragmente eingeordnet und bewertet sowie Defizite an Beschreibungsmitteln identifiziert. Ein großes Defizit liegt im Fehlen formalsprachlicher Mittel zur qualitativen Beschreibung des Verhaltens von Bio-Modellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Ontologie TEDDY entwickelt, auf deren Grundlage sich das Verhalten von Bio-Modellen propositional formalisieren lässt. TEDDY stellt eine formale begriffliche Basis der Theorie dynamischer Systeme dar. Die drei Hauptresultate der vorliegenden Arbeit sind eingebettet in grundsätzliche Betrachtungen zur Modellierung und Simulation in der Systembiologie und basieren auf allgemeinen Begriffen und Verfahren der Wissensrepräsentation sowie speziellen Methoden der qualitativen Beschreibung von Dynamik.

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Knüpfer, Christian: Struktur, Funktion und Verhalten dynamischer Modelle der Systembiologie. formale Wissensrepräsentation als Grundlage für computergestützte Modellierung und Simulation. 2015.

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