Use of a genetic algorithm to evolve an extended artificial regulatory network for cell pattern generation

Cell pattern formation has a crucial role in both artificial and natural development. We present results from experiments in which a genetic algorithm was used to evolve an extended artificial regulatory network to produce predefined 2D cell patterns through the selective activation and inhibition of genes. Copyright 2007 ACM

An artificial development model for cell pattern generation

La formation de structures cellulaires a un rôle crucial dans le développement tant artificiel que naturel. Cette thèse présente un modèle de développement artificiel pour la génération de structures cellulaires basé sur le paradigme des automates cellulaires (AC). La croissance cellulaire est contrôlée par un génome comportant un réseau de régulation artificiel (RRA) et une série de gènes structurels. Ce génome a subi une évolution par algorithme génétique (AG) afin de produire des structures cellulaires en 2D grâce à l'activation et inhibition sélective des gènes. De plus des gradients morphogénétiques ont été utilisés pour fournir aux cellules une information de position permettant de contraindre leur reproduction. Après évolution d'un génome par algorithme génétique, une cellule unique est placée au milieu de la grille de l’AC où sa reproduction, contrôlée par le RRA, produit une structure cellulaire cible. Le modèle a été appliqué avec succès au problème classique de génération de la structure d’un drapeau français (French flag problem).Cell pattern formation has a crucial role in both artificial and natural development. This thesis presents an artificial development model for cell pattern generation based on the cellular automata (CA) paradigm. Cellular growth is controlled by a genome consisting of an artificial regulatory network (ARN) and a series of structural genes. The genome was evolved by a genetic algorithm (GA) in order to produce 2D cell patterns through the selective activation and inhibition of genes. Morphogenetic gradients were used to provide cells with positional information that constrained cellular replication. After a genome was evolved, a single cell in the middle of the CA lattice was allowed to reproduce controlled by the ARN until a cell pattern was formed. The model was applied to the canonical problem of growing a French flag pattern.