در ISDC 2018، ما جایزه دانا میدوز برای بهترین مقاله دانشجویی را به گزیم آکتاش برای «مدل‌سازی مکانیسم‌های بیولوژیکی که پویایی پاسخ به استرس بدن انسان را تعیین می‌کنند» (با یامان بارلاس) اهدا کردیم. این یک مقاله بسیار جالب است که به طرز ظریفی ادبیات مربوط به استرس، خلق و خو و تعاملات هورمونی را سنتز می‌کند. من قصد دارم بعداً در مورد آن بیشتر بنویسم، اما در حال حاضر، مدل برای کاوش شما در اینجا است.
پاسخ استرس پویا بدن انسان به عوامل استرس‌زا توسط تعاملات غیرخطی بین زیرسیستم‌های فیزیولوژیکی آن تولید می‌شود. عملکرد تکاملی پاسخ این است که بدن را قادر به مقابله با استرس کند. با این حال، بسته به شدت و فرکانس عوامل استرس‌زا، مکانیسم ممکن است عملکرد خود را از دست بدهد و بدن می‌تواند وارد یک حالت پاتولوژیک شود. سه زیرسیستم بدن مهمترین نقش را در پاسخ به استرس ایفا می‌کنند: سیستم‌های غدد درون‌ریز، ایمنی و عصبی. ما یک مدل شبیه‌سازی از این سه سیستم ساختیم تا پاسخ به استرس را تحت انواع مختلف محرک‌های استرس تقلید کنیم. کورتیزول، گیرنده‌های گلوکوکورتیکوئید، سیتوکین‌های پیش التهابی، سروتونین و گیرنده‌های سروتونین متغیرهای اصلی مدل هستند. با استفاده از داده‌های فیزیولوژیکی کیفی و کمی، مدل از نظر ساختاری و رفتاری به خوبی اعتبارسنجی شده است. در اجرای سناریوهای بعدی، ما با موفقیت توسعه افسردگی اساسی را در بدن تکرار کرده‌ایم. جالب‌تر اینکه، مدل می‌تواند نمایش کمی از برخی فرضیه‌های کیفی بسیار شناخته شده در مورد پاسخ به استرس بدن ارائه دهد. این یک گام کمی جدید به سوی درک پاسخ به استرس در ارتباط با سایر اختلالات است و ابزاری برای طراحی و آزمایش روش‌های درمانی در اختیار ما قرار می‌دهد.
مدل اصلی یک مدل STELLA است؛ در اینجا من آن را به Vensim ترجمه کرده‌ام و برخی ارتقاءهای راحتی را انجام داده‌ام. من از ترجمه XMILE آتی در Vensim برای باز کردن مدل استفاده کردم. شما یک نمودار زشت دریافت می‌کنید (به دلیل تفاوت‌های پلتفرم و عدم پشتیبانی XMILE از ابرهای جریان)، اما برای مرور به اندازه کافی کاربردی است. من نمودارها را تمیز کردم و آنها را به نماهای متعدد منتقل کردم تا از رویکرد بصری Vensim بهتر استفاده کنم.
مدل بلافاصله اجرا شد، اگرچه مجبور شدم یک عبارت MAX اضافه کنم تا یک جریان تک‌جهته را مدیریت کنم (که در Vensim پشتیبانی نمی‌شود و چیزی که من همچنان نسبت به آن آلرژی دارم). در واقع یک درس مهم در مورد تکرار و کالیبراسیون مدل در این مورد وجود دارد.
وقتی برای اولین بار مدل را ترجمه کردم، چند سناریو را با استفاده از دستورالعمل‌های تکرار جامع در مواد تکمیلی مقاله اجرا کردم. من یک اسکریپت فرمان Vensim ساختم تا تکرار همه سناریوها در مقاله را آسان کنم. برای انجام این کار، مجبور شدم معادلات را کمی تغییر دهم، به طوری که ویرایش دستی معادله (در STELLA) با تغییرات پارامتر خودکار جایگزین شود.
سپس اسکریپت خود را اجرا کردم و چند نمودار را با چشم بررسی کردم. همه چیز بسیار خوب به نظر می‌رسید:
خروجی استلا:
خروجی ونسیم:
یکسان، درست است؟ خیلی سریع قضاوت نکنید! اگر با دقت نگاه کنید، متوجه خواهید شد که نسخه Vensim (پایین) به دلیل جایگزینی آبشار ورودی‌های آزمایشی IF … ELSE با یک PULSE TRAIN ساده‌تر، 9 قله به جای 10 قله دارد. وقتی شمارش را اصلاح می‌کنید، هنوز مشکلاتی وجود دارد، زیرا پارامتر مدت زمان برای هر پالس (0.2) مضرب صحیحی از TIME STEP نیست. (اتفاقاً تفاوت‌های ناشی از پیاده‌سازی‌های PULSE پیچیده هستند – پوستر یوتکا تاکاهاشی از ISDC 2018 را ببینید).
چندین تکرار طول کشید تا بفهمم چه چیزی اشتباه است. متوجه شدم که برای اینکه واقعاً تأیید کنم که ترجمه (به علاوه ارتقاءهای اولیه اشتباه من) خوب بود، باید یک اجرا را از STELLA صادر کنم، آن را به عنوان یک مجموعه داده در Vensim وارد کنم و رفتار را ساعت به ساعت مقایسه کنم. اینگونه بود که تفاوت ظریف اما مهم جریان تک‌جهته را کشف کردم.
این واقعیت که تفاوت‌های کوچک در پیاده‌سازی‌های ورودی آزمایشی مهم هستند، حساسیت عددی شدید مدل را برجسته می‌کند. این یک ویژگی است، نه یک اشکال. این از بازخورد مثبت ناشی می‌شود که آستانه‌های حساس را در پاسخ به استرس ایجاد می‌کند: 5٪ استرس اپیزودیک بیشتر می‌تواند تفاوت بین بهبودی معمول و فروپاشی کامل باشد.
به عنوان مثال، در اینجا یک آزمایش حساسیت با استرس خارجی در 10، 20، 30، 40، 50 و 60 واحد وجود دارد:
توجه داشته باشید که برای استرس خارجی <= 40 (کوچکتر مساوی 40)، بهبودی سریع است – ساعت‌ها تا روزها. اما جایی بالای 40 یک آستانه غیرخطی وجود دارد که فراتر از آن بهبودی هفته‌ها طول می‌کشد.
این آرشیو .zip شامل موارد زیر است:
- یک مدل منبع به روز شده (.stmx) از نویسنده، که برای ترجمه استفاده می‌شود.
- مدل ترجمه شده (.mdl و .vpm). این نسخه در PLE کار نخواهد کرد زیرا از ماکروها استفاده می‌کند، اما می‌توانید از Model Reader رایگان برای اجرای آن استفاده کنید.
- اسکریپت‌های فرمان برای تکرار سناریوهای مقاله، به علاوه بردار سطوح استرس بالا.
به‌روزرسانی: converted 7b.zip یک خطای واحد را در ورودی آزمایشی برطرف می‌کند (اشتباه من) – این نسخه نزدیک‌ترین نسخه به نسخه اصلی در مقاله است.
به‌روزرسانی 2: converted 8.zip دارای یک پنل کنترل بهبود یافته است و 4 برابر سریع‌تر اجرا می‌شود. برای بهبود قابلیت تحلیل حساسیت و پایداری آزمایش پالس از نسخه اصلی منحرف می‌شود، اما از نظر پویا یکسان باقی می‌ماند (تا جایی که می‌توانم تعیین کنم).
مقاله اصلی و مواد تکمیلی باید در سیستم ارسال کنفرانس موجود باشد.
برای اطلاعات بیشتر در این زمینه منتظر بمانید! در اینجا یک نقد و تحلیل دقیق وجود دارد.
