Proposta de implementação em GPU do modelo de partículas auto propelentes para segregação celular

Abstract

O movimento celular é a base de diversos processos biológicos, por exemplo: segregação celular, cicatrização de tecidos, metástase do câncer, morfogênese, entre outros. Em alguns destes, como no caso da segregação celular, os mecanismos responsáveis pela dinâmica podem ser físicos ou químicos, tornando seu estudo intrinsecamente multidisciplinar. Para estudar as células, pode-se fazer experimentos in vivo ou in vitro, entretanto, nem sempre é possível isolar os fatores em análise, dificultando a interpretação dos resultados. Alternativamente, existem as simulações computacionais para células. Podemos dividir os modelos de simulação computacional de células em dois grandes grupos: i) os modelos em rede: onde as células são representadas por um conjunto de sítios que se movem apenas em posições válidas da rede; ii) modelos fora da rede: as células são representadas por pontos que podem se mover por todo o espaço contínuo. Neste trabalho, vamos analisar um modelos clássico de simulação do movimento celular para o caso da segregação: o modelo de Vicsek. Propomos duas formas de implementação serial do modelo, baseadas no problema da Dinâmica Molecular (DM). Adicionalmente, tratamos da possibilidade de paralelização dos algoritmos referentes a cada uma das duas formas seriais, em específico, para execução em GPUs, para descobrir qual versão, paralela ou serial, possui os menores tempos de processamento.

Cellular movement is the basis of several biologic processes, for example: cell sorting, wound healing, cancer metastases, morphogenesis, and others. In some of them, like cell sorting, the dynamics mechanism are physical or chemical, so this study is essentially multidisciplinary. Cell studies are in vivo or in vitro, however, it is very hard to isolate the analysis methods and the results interpretation. Computational simulations are another way to study cells. They can be classified in two groups: i) the lattice based models (cells are a pixels set and they only move to valid net positions); ii) the off-lattice models(the cells are dots and they are free to move to all the continuous space). In this work, we analyse a classic cell sorting simulation model: the Vicsek’s Model. We propose two serial implementation ways based on the molecular dynamics problem. Aditionally we treat the massive parallel possible algorithms, relative to each serial one, speacially for the GPUs executions. The aim is to find out which version has the smaller execution time.