الحوسبة الغشائية

الحوسبة الغشائية (أو MC ) هي مجال ضمن علوم الحاسوب يسعى إلى اكتشاف نماذج حسابية جديدة من خلال دراسة الخلايا البيولوجية ، وخاصة الأغشية الخلوية . وهي مهمة فرعية من إنشاء نموذج خلوي .

تتعامل الحوسبة الغشائية مع نماذج الحوسبة الموزعة والمتوازية ، حيث تعالج مجموعات متعددة من الكائنات الرمزية بطريقة محلية. وبالتالي، تسمح قواعد التطور بتغليف الكائنات المتطورة في حجيرات محددة بواسطة الأغشية. وتلعب الاتصالات بين الحجيرات ومع البيئة دورًا أساسيًا في هذه العمليات. تُعرف الأنواع المختلفة من أنظمة الأغشية باسم أنظمة P نسبةً إلى جورج باون الذي وضع هذا النموذج لأول مرة عام 1998. ^{[ 1 ]}

يُعدّ تركيب الأغشية أحد المكونات الأساسية لنظام P ، والذي قد يكون ترتيبًا هرميًا للأغشية، كما هو الحال في الخلية، أو شبكة من الأغشية (موضوعة في عقد الرسم البياني)، كما هو الحال في النسيج أو الشبكة العصبية. غالبًا ما يتم تمثيل أنظمة P بيانيًا برسومات توضيحية.

يستمد مفهوم الغشاء فكرته من الحويصلة ثلاثية الأبعاد في علم الأحياء. إلا أن المفهوم نفسه أعمّ، إذ يُنظر إلى الغشاء كفاصل بين منطقتين، مما يتيح التواصل الانتقائي بينهما. وكما يرى جورج باون، فإن هذا الفصل يقسم الفضاء الإقليدي إلى "داخل" محدود و"خارج" لا نهائي. وهنا يبرز دور الحوسبة في هذا التواصل الانتقائي.

قد تحتوي التمثيلات البيانية على عناصر عديدة، وذلك تبعاً لتنوع النموذج قيد الدراسة. على سبيل المثال، قد ينتج عن قاعدة ما الرمز الخاص δ، وفي هذه الحالة يذوب الغشاء الذي يحتويه وتنتقل جميع محتوياته إلى أعلى في التسلسل الهرمي للمنطقة.

إن تنوع الاقتراحات المستمدة من علم الأحياء ونطاق الاحتمالات المتاحة لتحديد بنية ووظائف جهاز معالجة متعدد المجموعات قائم على الأغشية لا حدود لهما عمليًا. في الواقع، تحتوي أدبيات الحوسبة الغشائية على عدد هائل من النماذج. لذا، فإن الحوسبة الغشائية ليست مجرد نظرية مرتبطة بنموذج محدد، بل هي إطار عمل لتصميم نماذج مجزأة.

تُنمذج المواد الكيميائية بواسطة رموز، أو بدلاً من ذلك بواسطة سلاسل من الرموز. يمكن أن تحتوي المنطقة، التي يُحددها غشاء، على رموز أو سلاسل أخرى (يُشار إليها مجتمعة باسم الكائنات) أو أغشية أخرى، بحيث يكون لنظام P غشاء خارجي واحد فقط، يُسمى غشاء الجلد، وعلاقة هرمية تحكم جميع أغشيته الموجودة أسفل غشاء الجلد.

إذا كانت الكائنات رموزًا، فإن تعددها داخل منطقة ما يُعدّ أمرًا مهمًا؛ ومع ذلك، تُستخدم المجموعات المتعددة أيضًا في بعض نماذج السلاسل النصية. لكل منطقة قواعدها الخاصة التي تُحدد كيفية إنتاج الكائنات واستهلاكها وتمريرها إلى مناطق أخرى، وكيفية تفاعلها فيما بينها. يُعدّ التطبيق غير الحتمي والمتوازي إلى أقصى حد للقواعد في جميع أنحاء النظام انتقالًا بين حالات النظام، ويُطلق على سلسلة الانتقالات اسم عملية حسابية. يمكن تحديد أهداف معينة للدلالة على حالة توقف، وعندها تكون نتيجة العملية الحسابية هي الكائنات الموجودة في منطقة معينة. أو قد تتكون النتيجة من كائنات مُرسلة من غشاء الجلد إلى البيئة.

تمت دراسة العديد من النماذج المختلفة، وانصبّ الاهتمام على إثبات شمولية الحسابات للأنظمة ذات عدد قليل من الأغشية، بهدف حلّ مسائل NP-كاملة مثل مسائل الإرضاء المنطقي (SAT) ومسألة البائع المتجول (TSP) . قد تُوازن أنظمة P بين تعقيدات المساحة والزمن، ونادرًا ما تستخدم نماذج لشرح العمليات الطبيعية في الخلايا الحية. تُصمّم الدراسات نماذج يُمكن تطبيقها نظريًا على الأقل على الأجهزة. حتى الآن، تُعدّ أنظمة P جميعها تقريبًا نماذج نظرية لم تُطبّق عمليًا، على الرغم من وجود نظام عملي في المرجع ^{[ 2 ] .}

• نمذجة الأنظمة البيولوجية
• الحوسبة غير التقليدية