Séminaire Probabilités et Statistique

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Contributions in quantitative modeling of metastasis

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 8 novembre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Sébastien Benzekry Résumé :

In the majority of solid cancers, secondary tumors (metastases) and associated complications are the main cause of death. In order to define the optimal therapeutic strategy for a given patient, one of the major current challenges is to estimate, at diagnosis, the burden of invisible metastases and how they will respond to treatments. In this talk, I will present research efforts towards the establishment of a predictive computational tool of metastatic development, with a particular emphasis on the assessment of mathematical models to empirical data (both experimental and clinical). I will first present the model’s framework, which is based on a physiologically-structured partial differential equation for the time dynamics of a population of metastases, combined to a nonlinear mixed-effects model for statistical representation of the distribution of the parameters in the population. Then, I will show results about the descriptive power of the model on data from clinically relevant ortho-surgical animal models of metastasis (breast and kidney tumors), with recent findings about differential effect of therapies between primary and secondary tumors. The talk will further be devoted to the translation of this modeling approach toward the clinical reality. Using clinical imaging data of brain metastasis from non-small cell lung cancer, several biological processes will be investigated to establish a minimal and biologically realistic model able to describe the data. Integration of this model into a biostatistical approach for individualized prediction of the model’s parameters from data only available at diagnosis will also be discussed. Together, these results represent a step forward towards the integration of mathematical modeling as a predictive tool for personalized medicine in oncology.


Algorithmes d'exploration Markoviens sur les grands graphes aléatoires et applications

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 18 octobre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Pascal Moyal Résumé :

Nous présentons plusieurs algorithmes d’exploration de graphes aléatoires, markoviens dans le sens o๠leur implémentation est simultanée à  la construction-même du graphe par le modèle de configuration. Pour différents modèles, par des approximations fluides des processus markoviens sous-jacents, nous obtenons des estimations en grand graphe de (i) la taille de la famille indépendante maximale, avec des applications au protocole de télécommunication CSMA; (ii) la dynamique d’une épidémie de type SIR sur un réseau hétérogène et (iii) la taille d’un couplage maximal sur un grand graphe aléatoire, éventuellement orienté.


Bump detection in Gaussian observations

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 11 octobre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Farida enikeeva Résumé :

I will talk about the problem of detection of a change in mean in a Gaussian vector. A bump is a stepwise change within an interval of a given length but unknown location. We consider the problem of heterogeneous bump detection when the change occurs in mean and in variance of the observed vector and the detection of a bump for dependent observations. Minimax detectability conditions will be presented.
Joint work with A. Munk, M. Pohlmann and F. Werner.


Bayesian inference approach of mechanistic models to date and localize an invasion

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 4 octobre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Candy Abboud Résumé :

Population dynamics of pathogens invading new territories continues to be of primary concern for both biologists and mathematicians. Extensive researches are mainly carried out throughout mathematical modeling to reconstruct the past dynamics of the alien species.We present a mechanistic-statistical approach that allows us to date and localize the invasion of an alien species and describe other epidemiological parameters as per example, the diffusion, the reproduction and the mortality parameter. The used approach is based on (i) a coupled reaction-diffusion-absorption sub-model that describes the dynamics of the epidemics in a heterogeneous domain and (ii) a stochastic sub-model that represents the observation process. Then, we will jointly estimate the initial conditions (date and site) and the epidemiological parameters using a Bayesian framework through an adaptive multiple importance sampling algorithm. We will show the results obtained in this framework on the basis of abundant post-introduction data gathered to draw up a surveillance plan on the expansion of Xylella fastidiosa, a phytopathogenic bacterium detected in South Corsica in 2015. Nevertheless, this approach could be applied to other post-emergent species in order to endorse a fast reaction.


Structured cell population dynamics applied to the early development of ovarian follicles

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 27 septembre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Frédérique Robin Résumé :

The ovarian follicles are the basic anatomical and functional units of the ovaries, which are renewed from a
quiescent pool all along reproductive life. Follicular development involves a finely tuned sequence of growth and
maturation processes, involving complex cell dynamics. In their early stages of development, ovarian follicles are made up of a germ cell (oocyte), whose diameter increases steadily, and of surrounding proliferating somatic
cells, which are layered in a globally spherical and compact structure.
Here, we present two complementary modeling approaches dedicated to the first stages of a follicle develop-
ment, starting with the exit from the pool of quiescent (primordial) follicles leading to growth initiation, and
ending up just before the breaking of the spherical symmetry induced by the follicle cavitation (formation of
the antrum cavity).
The initiation phase is described by joint stochastic dynamics accounting for cell shape transitions (from
a flattened to a cuboidal shape) and proliferation of reshaped cells. We can derive the mean time elapsed before all cells have changed shapes and the corresponding increment in the total cell number, which is fitted
to experimental data retrieved from primordial follicles (single layered follicle with only flattened cells) and primary follicles (single layered follicles with only cuboidal cells).
The next stages, characterized by the accumulation of cell layers around the oocyte, are described by
multi-type structured models in either a stochastic or deterministic framework. We have designed a linear age-structured stochastic (Bellman-Harris branching) process ruling the changes in the number of follicular cells and their distribution into successive layers, which is inspired from the nonlinear model initially introduced in [1], as well as is deterministic counterpart (multi-dimensional Mc Kendrick Von Foerster). We have studied the large-time behavior of the models and derived explicit analytical formulas characterizing an exponential growth
of the population (Malthus parameter, asymptotic cell number moments and stable age distribution). We have
compared the theoretical and numerical outputs of the models with experimental biological data informing on follicle morphology in the ovine species (follicle and oocyte diameters, layer number and total cell number) from the primary to the pre-antral stage. In addition, in the case of age independent division rates, we have established the structural identifiability of the parameters, and estimated the parameter values fitting the cell numbers in each layer during the early stages of follicle development.

[1 ] Clément F., Michel P., Monniaux D., Stiehl T., Coupled somatic cell kinetics and germ cell growth:
mutliscale model-based insight on ovarian follicular development,
Multiscale et Modeling & Simulation
, 11(3), 719-746, 2013.

[2 ] Clément F., Robin F., Yvinec R., Analysis and calibration of a linear model for structured cell populations with unidirectional motion : Application to the morphogenesis of ovarian follicles,
Submitted. https://arxiv.or/abs/1712.05372


Oscillations pour des systèmes de neurones en interactions modélisés par des processus de Hawkes non-linéaires

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 20 septembre 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Eva Löcherbach Résumé :

Nous considérons des systèmes de processus de Hawkes structurés en un nombre fini de populations, avec des interactions du type champ moyen. Ces processus décrivent les instants de décharge électrique de neurones en interactions. Nous décrivons la limite lorsque le nombre de neurones par population tend vers l’infini et nous montrons que dans certains cas, le processus limite possède des solutions périodiques qui correspondent aux orbites périodiques d’un système dynamique associé au processus limite. Nous établissons aussi des théorèmes limites qui décrivent la convergence du système de neurones à  taille finie vers ces orbites périodiques.

Ces résultats sont basés sur un travail en collaboration avec S. Ditlevsen.


On Shrinkage estimators in multivariate models with change-points

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 28 juin 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Sévérien Nkurunziza Résumé :

In this talk, we present some inference methods in some multivariate models with
multiple unknown change-points when the target parameter is suspected to satisfy an uncertain constraint. We waive the assumptions on the error terms and establish the joint asymptotic normality of the unrestricted estimator and the restricted estimator. Further, we propose a class of shrinkage estimators that includes as a special case the unrestricted estimator, the estimator restricted as well as James-Stein type estimators. To study the performance of the proposed estimators, we generalize some classical identities underlying the multivariate Gaussian random samples or, more generally, the multivariate elliptically contoured random samples. Finally, we prove that shrinkage estimators dominate the unrestricted estimator.


Extinction de populations faiblement inhomogènes en dimension deux

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 21 juin 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Kilian Raschel Résumé :

Les populations composées de deux types d’individus (ou phénotypes) peuvent naturellement s’étudier grâce aux marches aléatoires planaires. Dans cet exposé je ferai un survol des techniques existantes et présenterai également de nouvelles idées pour l’étude de telles populations bidimensionnelles. Nous commencerons par le cas des populations homogènes, qui correspondent à  des modèles maintenant classiques de marches aléatoires dans le quart de plan. Nous présenterons ensuite une classe de marches aléatoires inhomogènes ayant une interprétation biologique naturelle. En passant nous lierons ces marches aléatoires inhomogènes avec d’autres processus, provenant de la théorie des files d’attente (joindre la file la plus courte), de processus de branchement, de modèles d’urnes et de théorie du potentiel. Il s’agit de différents travaux en commun avec Gerold Alsmeyer (Mà¼nster), Irina Kurkova (Paris 6), Pauline Lafitte (ECP) et Chi Tran (Lille).


Processus auto-répulsifs et métadynamique

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 14 juin 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Pierre-André Zitt Résumé :

Un défaut habituel des algorithmes de Monte Carlo par chaînes de Markov
est leur difficulté à  explorer l’espace convenablement, ce qui mène
à  de grandes erreurs d’estimation. L’algorithme de « métadynamique »,
introduit par Bussi, Laio et Parrinello dans les années 2000 illustre l’une des stratégies possibles pour contourner la difficulté, en gardant la mémoire de la trajectoire passée et en l’utilisant pour biaiser le processus et le pousser vers des régions peu visitées.
L’analyse des processus sous-jacent n’est pas aisée en général ; nous discuterons d’un modèle jouet, que l’on peut traiter par des outils de la littérature des processus auto-répulsifs.

Travail en commun avec B. Jourdain et T. Lelièvre (Ecole des Ponts ParisTech).


Sur un algorithme d'exploration pour des jeux

Catégorie d'évènement : Séminaire Probabilités et Statistique Date/heure : 31 mai 2018 10:45-11:45 Lieu : Oratrice ou orateur : Nicolas Fournier Résumé :

On essaye d’étudier une classe d’algorithmes du type Monte Carlo Tree Search pour des jeux
déterministes à  trait alterné et information complète (du type morpion, puissance 4, etc.).