Alfons Hoekstra richt zich in zijn onderzoek op het modelleren en simuleren van complexe systemen, en dan met name op multischaalmodellen van humane fysiologie en pathologie. Hij heeft mede de ‘Virtual Physiological Human’ vormgegeven, en heeft bijgedragen aan de ‘Virtual Artery’, een multischaalmodel voor het cardiovasculaire systeem. Het betreft aan de ene kant laag-dimensionale modellen van systemische bloedstroming en aan de andere kant zeer gedetailleerde modellen waarin alle individuele rode en witte bloedcellen en bloedplaatjes in suspensie in plasma worden gemodelleerd.

Hoekstra ontwikkelt tevens modellen van de vaatwand, waarbij het gedrag van individuele cellen, zoals de gladde spiercellen, expliciet wordt meegenomen. Alle modellen past hij, vaak in nauwe samenwerking met medisch specialisten, vervolgens toe op bijvoorbeeld trombose, intracraniële aneurysma’s en reactie van de vaatwand op stenting. Daarnaast ontwikkelt Hoekstra methoden en technieken om deze ingewikkelde multischaalmodellen te kunnen simuleren op de meest krachtige supercomputers. In nauwe samenwerking met internationale rekencentra heeft Hoekstra het ‘Multiscale Modelling and Simulation Framework’ ontwikkelt.
Naast onderzoek verzorgt Hoekstra onderwijs voor verschillende vakken in de Master Computational Science.

De virtueel fysiologische mens

Als hoogleraar gaat Hoekstra zich richten op verschillende toepassingen van de ‘Virtual Physiological Human’. Zijn onderzoek zal zich onder meer richten op in-silico trials (door middel van computerberekeningen), voor coronaire stents en acute herseninfarcten, en op fundamenteel en toegepast onderzoek naar hemostase en trombose. Daarnaast zal hij zijn onderzoek gaan richten op modellen voor humane fysiologie en pathologie van ouderen, en op modellen waarin expliciet de invloed van sociaaleconomische omgevingsfactoren en psychische factoren op gezondheid en ziekte worden meegenomen. Ook blijft hij onderzoek doen naar hoe dergelijke multischaalmodellen op de meeste krachtige supercomputers ter wereld efficiënt kunnen worden gesimuleerd. En hoe deze rekenkracht gebruikt kan worden om de invloed van onzekerheden in deze multischaalmodellen en onzekerheden in de modelparameters doorrekenen naar het eindresultaat van de simulatie. Deze multiscale ‘uncertainty quantification’ staat nog in de kinderschoenen, en zal een belangrijk onderwerp van onderzoek zijn in de komende jaren.

Over Alfons Hoekstra

Hoekstra is sinds 1990 verbonden aan het Instituut voor Informatica van de UvA. Sinds 2002 als universiteit hoofddocent. Hoekstra is lid van het managementteam van het instituut en leidt het Computational Science lab. Van 2003 tot 2007 was hij opleidingsdirecteur van de bachelor Computer Science. Hij stond mede aan de wieg van de master Computational Science. In 2014 werd Hoekstra benoemd tot hoogleraar Computational BioMedicine aan de ITMO Universiteit in St. Petersburg, Rusland.

Hoekstra is projectdirecteur van meerdere grote Europese projecten. Hij was betrokken bij de ‘Virtual Humans’ film, die de mogelijkheden toont van high performance computing (HPC) om dieper in de processen te duiken die zich in het lichaam afspelen. Virtual Humans werd geproduceerd als onderdeel van het CompBioMed project. Hoekstra is redacteur van de Journal of Computational Science.