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2009 | OriginalPaper | Chapter

Parameter Synthesis in Nonlinear Dynamical Systems: Application to Systems Biology

Authors : Alexandre Donzé, Gilles Clermont, Axel Legay, Christopher J. Langmead

Published in: Research in Computational Molecular Biology

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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The dynamics of biological processes are often modeled as systems of nonlinear ordinary differential equations (ODE). An important feature of nonlinear ODEs is that seemingly minor changes in initial conditions or parameters can lead to radically different behaviors. This is problematic because in general it is never possible to know/measure the precise state of any biological system due to measurement errors. The parameter synthesis problem is to identify sets of parameters (including initial conditions) for which a given system of nonlinear ODEs does not reach a given set of undesirable states. We present an efficient algorithm for solving this problem that combines sensitivity analysis with an efficient search over initial conditions. It scales to high-dimensional models and is exact if the given model is affine. We demonstrate our method on a model of the acute inflammatory response to bacterial infection, and identify initial conditions consistent with 3 biologically relevant outcomes.

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Metadata
Title
Parameter Synthesis in Nonlinear Dynamical Systems: Application to Systems Biology
Authors
Alexandre Donzé
Gilles Clermont
Axel Legay
Christopher J. Langmead
Copyright Year
2009
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-02008-7_11