JP2015133106A - 生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法を提供すること。【解決手段】本発明における生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法では、生体モデルのセットを提供するステップであって、各生体モデルは複数の要素および要素間の相互作用を含む、ステップと、同一であると識別される要素のグループを提供するステップであって、各要素は関連する生体モデルを有する、ステップと、要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップと、双方のグループを更新するステップと、更新されたグループに従って生体モデルのセットを結合することにより、結合モデルを作成するステップと、を備えることを特徴とする【選択図】図26

Description

本発明は、コンピュータプログラムおよびシステムの分野に関わり、より詳細には生体モデルの統合または構築の分野に関する。
本発明は、コンピュータプログラムおよびシステムの分野に関わり、より詳細には生体モデルの統合または構築の分野に関する。生体モデルとは、分子(またはエンティティまたは要素)およびそれらの間の相互作用(interaction)を表現することにより生物学的現象を説明するものである。
このようなシステムが目指すものは、モデルを分析すること、モデルを設計すること、または、グローバルで動的かつ予測的な視野を提案するために、複雑な正常および病理的な生物系の新生の特性をシミュレートおよび理解することである。
統合プロセスとは、どのエンティティを入力モデルから出力モデルにグループ化するのかを選択することである。
図1、2および3は、出力モデルAB(図3)を算出するためのモデルA(図1)およびB(図2)の構成を示す。本例では、共通のエンティティがMpおよびP0と名付けられる。これらの図において、正方形はエンティティ間の相互作用を表す。出力モデルABは、AおよびB両モデルにおいて識別されると考えられるエンティティによって決まる。
この一連の選択は、種々の理由から非自明なプロセスである(同一の生物学的現象が異なるモデリングを有するかも知れず、モデルが異なる人々によって異なる命名慣習で作成されているかもしれない、などの理由による)。分子名、アノテーション(annotation)またはグラフトポロジなど、多くの基準を使用してこれらの選択を支援することが可能である。
アノテーションは、モデル要素に添付される、モデルに追加される構造化されない追加情報であり、ほとんどはテキスト形式が使用される。例えば、アノテーションを使用して、公開データベースにリファレンスを追加することができる。そのようなデータベースは、生物情報学の分野では極めて一般的に使用される。
商標Uniprotの下で提供されるデータベースは、大規模な広く使用されるタンパク質のデータベースの一例である。各データベースは、それ自身の固有の識別子シンタックスを有する。例えば、あるモデルのタンパク質が、アノテーション「uniprot:P38371」を有するとする。識別子「P38371」はUniprot指定のものであり、Uniprotデータベース内の物体を参照する:http://www.uniprot.org/uniprot/P38731(Siderophore iron transporter ARN1)。これらのアノテーションは、いずれの整合性チェックもなくユーザにより追加されるため、多数の間違いを含むことになる。さらに、公開データベースには何らかのクローンまたは曖昧性が存在する。これら2つの点により、何故、完全にアノテーション付けされたモデルを用いても、統合が簡潔なプロセスとならないのか、が説明される。
統合プロセスは、手入力でも、アルゴリズムにより自動化されてもよく、その場合、結果には間違いが含まれる可能性がある。その結果、手作業による修正が必要となる。
本発明は、ユーザにこの統合プロセスを経験させ、かつ、提案される結果をユーザが修正することができるようにする。
システム生物学統合ドメインにおける既知の先端的ツールは、商標SemanticSBMLの下で既知のソフトウェアであり、商標BioModelsのリポジトリの下で提供されるモデルデータベースまたはユーザのハードドライブのどちらからでも、ユーザが生体モデルを選択することができ、かつそれらを結合することができるようにするオンライツールである。本運用が目指すものは、単一の出力モデルを製作することである。
ユーザインターフェースの統合は、図4に示すようにテーブルとして表示され、各列が1つのモデルを表す。各行は出力モデルの1つの要素を表す。行が1つのみの入力モデルで埋められている場合、要素が出力モデルに単にコピーされたことを意味する(例えば、画面例のACh)。いくつかの列が同じ行で埋められている場合、入力モデルエンティティのこのグループが、出力モデルにおける単一のエンティティまたは要素となることを意味する(例えば、画面例では、モデル1からのBasalACh2およびモデル2からのBasalACh2が結合されることになる)。
各行について、ユーザはチェックボックスを使用して、グループを保持するか拒否するかを選択することができる。アプリケーションではまた、ユーザは、統合グループを取り消すことや、入力モデルに由来する事前選択された要素から新しいグループを作成することができる。
従来技術のソリューションの状態では、実装される方法の多数のステップに相当する、ユーザからの多数のインタラクションを伴わずに、ある統合グループから別の統合グループに要素を変更することは可能ではない。例えば、以前から存在する統合グループ{B,C,D,}に、要素Aを追加する必要がある場合、ユーザは、
−グループ{B,C,D,}を分裂させ、
−A、B、C、Dの順で選択し、
−「Match selected」のコマンドをクリックする
ことが必要である。
シンプルな操作を行うための必要とされるインタラクションの数が、アプリケーションの有用性および生産性にとっては大きな欠点となる。
SemanticSBMLを用いて行われるそのような操作の一例を、図5から10に示す。図5において、第1のモデルの要素EGFが第2のモデルの要素EGFRと関連付けされ、第1のモデルの要素EGFRが第2のモデルの要素EGFと関連付けされている。間違いを修正するためには、8回のクリックが必要である(1回のクリックを点線の丸で示す)。
−1回のクリックで第1のグループ「EGF/EGFR」を分裂させる
−1回のクリックで第2のグループ「EGFR/EGF」を分裂させる
−2回のクリックで各モデルからEGFを選択し、それらを用いて、1回のクリックで新しいグループを作成する(「Match selected」)
−2回のクリックで各モデルからEGFRを選択する
−それらを用いて、1回のクリックで新しいグループを作成する(「Match selected」)
本発明の目的は、上述の課題を克服するためのコンピュータ実装方法およびシステムを提供することであり、より詳細には、ドラッグアンドドロップ操作の回数を劇的に低減することである。
本発明の一態様によると、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法であって、
−生体モデルのセットを提供するステップであって、各生体モデルは複数の要素および要素間の相互作用を含む、ステップと、
−同一であると識別される要素のグループを提供するステップであって、各要素は関連する生体モデルを有する、ステップと、
−要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップと、
−双方のグループを更新するステップと、
−更新されたグループに従って生体モデルのセットを結合することにより、結合モデルを作成するステップと、を備えることを特徴とする方法が提案される。
そのような方法では、ユーザは生体モデルの統合を簡素化すること、および、与えられる要素のグループの修正するために必要な操作の数を低減させることができる。本方法は、より生産性が高く、かつ、より使用が簡単である。
特有の「グループ化されない要素」のグループおよび利用可能な空のグループが存在することに加えて、そのような単一の移動のインタラクションにより、ユーザは、統合する結合のセット全体を表現することができる一方で、ユーザインタラクションの数を制限することができる。
一実施形態によると、同一であると識別される要素のグループを提供するステップは、生体モデルに添付されるアノテーションを使用する。
アノテーションを使用することで、統合提案のリストを処理するための識別の手掛かりが与えられる。
一実施形態によると、生体モデルのセットを提供するステップは、少なくとも1つの外部データベースを使用する。
データベースにアクセスすることにより、ユーザは制限されない数の生体モデルを用いて、また、該モデルをこれらのデータベースに登録してすぐに、データベースにアクセスすることができる。
一実施形態によると、方法は、対応する統合案を受け入れる場合に、共通の要素の周囲に共通のアノテーションと共に、生体モデルを部分的に表示するステップを備える。
よって、ユーザが現在処理している要素に対応する結合モデルの一部を可視化すること、および、該要素の近傍を統合した結果を理解すること、が可能となる。
一実施形態によると、要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、第1のグループまたは第2のグループが空でないときに、第1のグループまたは第2のグループを壊す中間ステップを行わないようにする。
そのような方法により、効率が上がり、コンピュータによる処理の時間を低減させることができる。
一実施形態によると、要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、ドラッグアンドドロップ手法により実行される。
従って、簡単に本ステップを実行する手法となる。
一実施形態によると、要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、一時的に空のグループを作成するステップを含む。
従って、同じ種類のユーザインタラクションを使用して、簡単に新しいグループの作成を実行する手法となる。
一実施形態によると、方法は、例えばチェックボックスまたはチップボックス(ヒントを表示するボックス)を用いて、グループを有効化または無効化するステップを含む。
一実施形態によると、1グループ内において、特定の色、アイコン、またはパターンなどの、それぞれの表示によって要素が区別可能である。
本発明の別態様によると、上述したような生体モデルを設計するための方法を、コンピュータシステムに実行させるコンピュータ実行可能命令を有することを特徴とするコンピュータ可読媒体が提案される。
本発明の別態様によると、上述したようなステップを、システムに実行させるためのコード手段を備えることを特徴とする、生体モデルを設計するための、コンピュータ可読記憶媒体に格納される、コンピュータプログラムが提案される。
本発明の別態様によると、上述したようなステップを実装するための手段を備えることを特徴とする生体モデルを設計するための装置が提案される。
本発明は、非制限的例を通じて記載、かつ、添付の図面により例示されるいくつかの実施形態を検討することにより、より良く理解されるであろう。
生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 生体モデルの結合または統合のための従来技術の状態を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明の態様に従った、生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法の例を示す図である。 本発明を実装可能なコンピュータネットワークまたは類似のデジタル処理環境を示す図である。 コンピュータの内部構造を示す図である。
以下の図面において、本発明の機能についてさらに詳細に説明する。
結合モデルを構築するためのユーザによる生体モデルの選択後、これらのモデルからの要素が、部分ビューを使用して表示される。図11において、例えば、各要素が、その名称と、該要素の元のモデルを示す小四角形内における固有のパターンと、により表される。
異なるモデル要素がグループ化されて表示される場合、これら要素が1つの統合され得ることを意味する。そのようなグループを「統合グループ」と呼ぶ。図11は1つの統合グループを表す。
統合グループには、チェックボックスも含まれる。ユーザは、統合案を考察する場合にはチェックボックスにチェックを入れ、無視したい場合にはチェックボックスのチェックを外す。
統合プロセスが手入力のみの場合、最初のリストには要素の総数である多数の統合グループがユーザに対して表示され、図12に例示されるように、各グループには1つのモデル要素が含まれる。統合アルゴリズムが提供される場合、図13に例示されるように、アルゴリズムの結果によりリストが初期化される。
本方法の特有の特徴は、統合案リストの修正方法に関係する。図14、15および16は、統合プロセスにおけるランダムな工程を示す。本例においては、最初に7つの統合グループが表される。
ユーザは、単一の相互作用を使用して、完全な表現度をもって統合グループの現在の状態を変更することができる。この相互作用はドラッグアンドドロップで実施することができる。
本例において、ユーザは、5番目の統合グループから要素「sag」をドラッグして、4番目のグループにドラックする。その結果、要素「sag」が4番目のグループの要素「SAG」で識別される。
本方法の特殊な場合は、新しい統合グループを作成する場合である。図17、18および19に示す例において、ユーザは最後の統合グループからGSK3Bを削除する。
統合プロセスにおいてユーザを支援するために、選択された統合グループに基づきテキストビューが提供される。コンテキストビューはグラフからなり、その統合グループの全ての要素(Frizzled)が単一のノードで表示され、それぞれの元のモデルにおいて2レベルの近傍(Wnt、Complex Wnt−Frizzl)要素で完結する。上記と同じ凡例を使用して、表される各ノードの元のモデルが示される。固有の凡例が、「統合グループノード」に使用される(ここでは、チェック柄のパターン)。
図20および21において、波線モデルから要素Frizzledが選択され、その近傍(Wnt、Complex Wnt−Frizzl)が適当な位置に表示される。「re38」は、Frizzled、WntおよびComplex Wnt−Frzzlの間の相互作用を表す。WntとFrizzledとの間の反応は「Complex Wnt−Frzzl」を与える。
図22および23において、縞模様モデルから要素Frzzlが選択され、その近傍(Wnt、Complex_br(Wnt/Frizzl))が適当な位置に表示される。「re1」は、Frzzl、Wntおよびそれらの複合物との間の相互作用を表す。
図24および25において、「Frizzled−Frzzl」統合グループが選択され、FrizzledとFrzzlの両方の近傍が適当な位置に表示され、凡例によりそれらがどのモデルに由来するのかが分かる。
先に行った操作で終了した最終的な結合モデルを図面には表さない。何故なら、本例では、結合モデルの大きさがアプリケーション特許の図面において非常に重要であるからである。
図26は、生体モデルを設計するための本発明の態様によるコンピュータ実装方法のステップを示し、
−生体モデルのセットを提供するステップ(1)であって、各生体モデルは複数の要素および要素間の相互作用を含む、ステップと、
−同一であると識別される要素のグループを提供するステップ(2)であって、各要素が関連する生体モデルを有する、ステップと、
−前記要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップ(3)と、
−双方のグループを更新するステップ(4)と、
−更新されたグループに従って、生体モデルのセットを結合することにより、結合モデルを作成するステップ(5)と、を備える。
図27は、本発明を実装可能な、コンピュータネットワークまたは類似のデジタル処理環境を示す。
クライアントコンピュータ/装置CLおよびサーバコンピュータSVは、アプリケーションプログラムなどを実行する、処理装置、記憶装置、および入出力装置を提供する。クライアントコンピュータ/装置CLはまた、通信ネットワークC NETを介して、他のクライアント装置/プロセッサCLやサーバコンピュータSVを含む他のコンピュータ装置と接続されることができる。通信ネットワーク70は、リモートアクセスネットワーク、グローバルネットワーク(例えば、インターネット)、コンピュータの世界規模の集合体、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク、および、それぞれのプロトコル(TCP/IP、Bluetooth(登録商標))を広く使用してお互いに通信するゲートウェイ、の一部とすることができる。他の電子デバイス/コンピュータネットワークアーキテクチャも適切である。
図28は、図26のコンピュータシステムにおけるコンピュータ(例えば、クライアントプロセッサ/装置CLまたはサーバコンピュータSV)の内部構造の図である。各コンピュータCL、SVには、バスSBが含まれ、バスは、コンピュータまたは処理システムの構成要素間でのデータ転送に使用されるハードウェアの配線のセットである。バスSBは本質的には、コンピュータシステムの異なる要素(例えば、プロセッサ、ディスクストレージ、メモリ、入出力ポート、ネットワークポートなど)を接続する共有コンジットであり、該要素間での情報の転送を可能にする。
バスSBに取り付けられるものには、種々の入力装置および出力装置(例えば、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなど)をコンピュータCL、SVに接続するI/O装置インターフェースDIがある。ネットワークインターフェースNIにより、コンピュータを、ネットワーク(例えば、図27のネットワークCNET)に取り付けられる種々の他の装置に接続させることができる。
メモリMEMは、本発明の実施形態を実装するために使用されるコンピュータソフトウェア命令SIおよびデータCPP(例えば、第1のパスビルダPB、第2のパスを計算するための手段CM、図1から26で検討した方法を実装するアップデータUD、上記で詳述したサポーティングコード)のための揮発性記憶装置を提供する。
ディスクストレージDSは、本発明の実施形態を実装するために使用されるコンピュータソフトウェア命令SIおよびデータDATための不揮発性記憶装置を提供する。中央処理装置CPUもシステムバスSBに取り付けられ、コンピュータ命令の実行を行う。
一実施形態において、プロセッサルーチンSIおよびデータDATは、コンピュータプログラム製品(概して、CPPと称する)であり、本発明のシステムのソフトウェア命令の少なくとも一部を提供する、コンピュータ可読媒体(例えば、1つまたは複数のDVD−ROM、CD−ROM、ディスケット、テープなどの着脱可能記憶媒体)が含まれる。コンピュータプログラム製品CPPは、従来技術において周知であるように、任意の適切なソフトウェアインストール手順でインストールすることができる。
別の実施形態において、ソフトウェア命令の少なくとも一部はまた、ケーブル、通信および/または無線接続を介してダウンロードされてよい。別の実施形態において、本発明のプログラムは、伝搬媒体(例えば、電波、赤外線波、レーザ波、音波、または、インターネットもしくは他のネットワークなどのグローバルネットワーク上を伝搬される電気波)上の伝搬信号上で具現化されるコンピュータプログラム伝搬信号製品SPである。そのような搬送媒体または信号は、本発明のルーチン/プログラムCPPのソフトウェア命令の少なくとも一部を提供する。
代替実施形態において、伝搬信号は、アナログ搬送波または伝搬媒体上を搬送されるデジタル信号である。例えば、伝搬信号は、グローバルネットワーク(例えば、インターネット)、電気通信網、または他のネットワーク上を伝搬されるデジタル化された信号であってよい。
一実施形態において、伝搬信号は、ある期間にわたって伝搬媒体上を送信される信号であり、例えば、数ミリ秒、数秒、数分、またはさらに長い期間にわたって、ネットワーク状をパケットで送信されるソフトウェアアプリケーション用の命令などである。
別の実施形態において、コンピュータプログラム製品CPPのコンピュータ可読媒体は伝搬媒体であり、コンピュータプログラム伝搬信号製品について上述したように、コンピュータシステムCLが、該伝搬媒体を受け取り、かつ該伝搬媒体内に具現化される伝搬信号を識別することにより、受け取りかつ読むことができる伝搬媒体である。
一般的に言えば、用語「搬送媒体」すなわち一時的搬送は、上述の一時的な信号、伝搬信号、伝搬媒体、記憶媒体、などを網羅する。
本発明が、その例示の実施形態を参照して特に示されかつ説明されたが、当業者には、添付の請求項により網羅される本発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細における種々の変更がなされてよいことは理解されよう。

Claims (12)

  1. 生体モデルを設計するためのコンピュータ実装方法であって、
    生体モデルのセットを提供するステップであって、各生体モデルは複数の要素および要素間の相互作用を含む、ステップと、
    同一であると識別される要素のグループを提供するステップであって、各要素は関連する生体モデルを有する、ステップと、
    前記要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップと、
    双方のグループを更新するステップと、
    前記更新されたグループに従って前記生体モデルのセットを結合することにより、結合モデルを作成するステップと、を備える
    ことを特徴とする方法。
  2. 同一であると識別される要素のグループを提供する前記ステップは、生体モデルに添付されるアノテーションを使用する
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 生体モデルのセットを提供する前記ステップは、少なくとも1つの外部データベースを使用する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 対応する統合案を受け入れる場合に、共通の要素の周囲に共通のアノテーションと共に、前記生体モデルを部分的に表示するステップを備える
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、前記第1のグループまたは前記第2のグループが空でないときに、前記第1のグループまたは前記第2のグループを壊す中間ステップを行わないようにする
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、ドラッグアンドドロップ手法により実行される
    ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記要素のグループを修正するために、第1のグループから第2のグループに要素を移動するステップは、一時的に空のグループを作成するステップを含む
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  8. グループを有効化または無効化するステップを含む
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 1グループ内において、それぞれの表示によって要素が区別可能である
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の生体モデルを設計するための方法を、コンピュータシステムに実行させるコンピュータ実行可能命令を有する
    ことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
  11. 請求項1から9のいずれか1項に記載のステップを、システムに実行させるためのコード手段を備える
    ことを特徴とする、生体モデルを設計するための、コンピュータ可読記憶媒体に格納される、コンピュータプログラム。
  12. 請求項1から9のいずれか1項に記載の方法のステップを実装するための手段を備える
    ことを特徴とする生体モデルを設計するための装置。
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