哺乳动物生物钟在单细胞和多细胞水平上的动力学分析
发布时间：2021-03-18 09:53
哺乳动物的主时钟位于视交叉上核神经元上,大约包含2万个内在周期不同的神经元振子.依据视交叉上核神经元不同区域产生不同的多肽神经元,在解剖学上将视交叉上核神经元分成腹外侧神经元和背内侧神经元.腹外侧神经元中生物钟基因的表达没有节律性,而背内侧神经元中生物钟基因的表达有节律性,腹外侧神经元与背内侧神经元通过神经递质进行耦合.并且耦合方式的拓扑结构会影响哺乳动物生物钟的周期和神经元振子间的同步行为.在已有的一些研究中讨论过可以用复杂网络的相关知识考虑耦合方式的拓扑结构,基于此,本文分析了神经元振子在四种不同耦合方式下的周期行为和同步行为.这四种耦合方式分别是All-to-All全连接网络、Newman-Watts（NW）小世界网络、Barab′asi-Albert（BA）无标度网络、Erd?os-Re′nyi（ER）随机网络.基于修改的Goodwin模型,本文分析了单细胞水平下哺乳动物生物钟动力学行为.并且发现最大生成速率影响着哺乳动物单个神经元振子的动力学行为.此外,本文还发现适当的光照强度不仅能够降低哺乳动物单个神经元振子发生振荡时最大生成速率的阈值,还能增大哺乳动物单个神经元振子周期与...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Goodwin模型的网络结构示意图,’→’表示促进作用,’’表示抑制作用.
哺乳动物生物钟在单细胞和多细胞水平上的动力学分析图2-2(a)单参数分岔图.细实线表示稳定的平衡态,细虚线表示不稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定极限环和不稳定极限环振动的最高点和最低点.(b)单参数分岔图,虚线表示不稳定的平衡态,实线、圆圈、星号分别表示稳定的大极限环、不稳定的极限环、稳定的小极限环振动的最高点和最低点.图2-2(a)随着参数1的变化,哺乳动物单个神经元振子产生了振荡行为和双韵律行为.这些动力学行为广泛存在于许多生物过程中,因为振荡行为是生命最显著的特征之一.而周期性过程实际上构成了一系列关键生理功能的基础,例如心脏跳动、大脑节律活动、呼吸、激素脉动分泌、排卵以及睡眠-觉醒的周期都是周期性过程.并且我们知道心脏跳动的节律,正常频率是60-100次/分钟,运动时是120-160次/分钟.但是对于哺乳动物生物钟系统来说,双韵律的出现可能会使得哺乳动物生物钟紊乱,所以我们可以通过对生物钟系统动力学行为的分析,了解到内在生物钟的变化.图2-2(b)与(a)中区域是对应的,为了观察双韵律区域极限环的特征,我们进行了局部放大.此外,我们还可以通过观察系统在特定参数值下的时间序列,来分析系统的动力学行为.8
哺乳动物生物钟在单细胞和多细胞水平上的动力学分析元之间都有联系.而异质网络的耦合方式是由于视交叉上核神经元分为腹外侧神经元和背内侧神经元两部分,并且两部分神经元所占的比例不同,从腹侧神经元到背侧神经元的突触明显比背侧神经元到腹侧神经元的突触密度大,腹侧神经元支配背侧神经元而导致的.图3-1单参数分岔图.(a)中细实线表示稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定的极限环和不稳定的极限环振动的最高点和最低点.(b)中细实线表示稳定的平衡态,细虚线表示不稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定的极限环和不稳定的极限环振动的最高点和最低点.当神经元振子的耦合方式是全连接网络时,耦合强度对耦合系统动力学行为的影响.如图3-1(a),根据耦合系统所表现出的动力学行为的不同,我们将参数区间分为(IV)四个区域:3个Hopf分岔点(HB)=0.8194,=2.478,=33.03,=[0,0.8194]系统有一个稳定的平衡态,=[0.8194,2.478]系统有一个不稳定的平衡态和一个稳定的极限环,=[2.478,33.03]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的极限环以及一个不稳定的平衡态,=[33.03,50]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的平衡态.当神经元振子的耦合方式是异质网络时,耦合强度对系统动力学行为的影响.如图3-1(b),根据系统所表现出的动力学行为的不同,我们将参数区间分为（IV）四个区域:3个hopf分岔点=0.7987,=2.4868,=33.33,=[0,0.7987]系统有一个稳定的平衡态,=[0.7987,2.4868]系统有一个不稳定的平衡态和一个稳定的极限环,=[2.4868,33.33]系统有两个稳定的极限环和一个不稳定的极限环以及一个不稳定的平衡态,=[33.33,50]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的平衡态.耦合强度变化时,同样出现了三个Hopf分岔点,并且在第三个区域内,耦合系统出现了双韵律的动18
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界首批生物节律紊乱体细胞克隆猴模型诞生[J]. 晓工. 科学. 2019(02)
[2]时间生物学——2017年诺贝尔生理或医学奖解读[J]. 袁力,李艺柔,徐小冬. 遗传. 2018(01)
[3]哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展[J]. 岳敏,杨禹,郭改丽,秦曦明. 遗传. 2017(12)
[4]网络——探索复杂性的新途径[J]. 史定华. 系统工程学报. 2005(02)
[5]生物钟基因研究新进展[J]. 李经才,于多,王芳,何颖. 遗传. 2004(01)
博士论文
[1]节律基因数据库的构建及LBR调控昼夜节律的机理[D]. 李姝婧.华中科技大学 2017
本文编号：3088138
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Goodwin模型的网络结构示意图,’→’表示促进作用,’’表示抑制作用.
哺乳动物生物钟在单细胞和多细胞水平上的动力学分析图2-2(a)单参数分岔图.细实线表示稳定的平衡态,细虚线表示不稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定极限环和不稳定极限环振动的最高点和最低点.(b)单参数分岔图,虚线表示不稳定的平衡态,实线、圆圈、星号分别表示稳定的大极限环、不稳定的极限环、稳定的小极限环振动的最高点和最低点.图2-2(a)随着参数1的变化,哺乳动物单个神经元振子产生了振荡行为和双韵律行为.这些动力学行为广泛存在于许多生物过程中,因为振荡行为是生命最显著的特征之一.而周期性过程实际上构成了一系列关键生理功能的基础,例如心脏跳动、大脑节律活动、呼吸、激素脉动分泌、排卵以及睡眠-觉醒的周期都是周期性过程.并且我们知道心脏跳动的节律,正常频率是60-100次/分钟,运动时是120-160次/分钟.但是对于哺乳动物生物钟系统来说,双韵律的出现可能会使得哺乳动物生物钟紊乱,所以我们可以通过对生物钟系统动力学行为的分析,了解到内在生物钟的变化.图2-2(b)与(a)中区域是对应的,为了观察双韵律区域极限环的特征,我们进行了局部放大.此外,我们还可以通过观察系统在特定参数值下的时间序列,来分析系统的动力学行为.8
哺乳动物生物钟在单细胞和多细胞水平上的动力学分析元之间都有联系.而异质网络的耦合方式是由于视交叉上核神经元分为腹外侧神经元和背内侧神经元两部分,并且两部分神经元所占的比例不同,从腹侧神经元到背侧神经元的突触明显比背侧神经元到腹侧神经元的突触密度大,腹侧神经元支配背侧神经元而导致的.图3-1单参数分岔图.(a)中细实线表示稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定的极限环和不稳定的极限环振动的最高点和最低点.(b)中细实线表示稳定的平衡态,细虚线表示不稳定的平衡态.粗实线和粗虚线分别表示稳定的极限环和不稳定的极限环振动的最高点和最低点.当神经元振子的耦合方式是全连接网络时,耦合强度对耦合系统动力学行为的影响.如图3-1(a),根据耦合系统所表现出的动力学行为的不同,我们将参数区间分为(IV)四个区域:3个Hopf分岔点(HB)=0.8194,=2.478,=33.03,=[0,0.8194]系统有一个稳定的平衡态,=[0.8194,2.478]系统有一个不稳定的平衡态和一个稳定的极限环,=[2.478,33.03]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的极限环以及一个不稳定的平衡态,=[33.03,50]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的平衡态.当神经元振子的耦合方式是异质网络时,耦合强度对系统动力学行为的影响.如图3-1(b),根据系统所表现出的动力学行为的不同,我们将参数区间分为（IV）四个区域:3个hopf分岔点=0.7987,=2.4868,=33.33,=[0,0.7987]系统有一个稳定的平衡态,=[0.7987,2.4868]系统有一个不稳定的平衡态和一个稳定的极限环,=[2.4868,33.33]系统有两个稳定的极限环和一个不稳定的极限环以及一个不稳定的平衡态,=[33.33,50]系统有一个稳定的极限环和一个不稳定的平衡态.耦合强度变化时,同样出现了三个Hopf分岔点,并且在第三个区域内,耦合系统出现了双韵律的动18
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界首批生物节律紊乱体细胞克隆猴模型诞生[J]. 晓工. 科学. 2019(02)
[2]时间生物学——2017年诺贝尔生理或医学奖解读[J]. 袁力,李艺柔,徐小冬. 遗传. 2018(01)
[3]哺乳动物生物钟的遗传和表观遗传研究进展[J]. 岳敏,杨禹,郭改丽,秦曦明. 遗传. 2017(12)
[4]网络——探索复杂性的新途径[J]. 史定华. 系统工程学报. 2005(02)
[5]生物钟基因研究新进展[J]. 李经才,于多,王芳,何颖. 遗传. 2004(01)
博士论文
[1]节律基因数据库的构建及LBR调控昼夜节律的机理[D]. 李姝婧.华中科技大学 2017
本文编号：3088138
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