含有噪聲和延遲的免疫系統動力學行為研究

《含有噪聲和延遲的免疫系統動力學行為研究》是依託蘇州大學，由羅曉琴擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含有噪聲和延遲的免疫系統動力學行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：羅曉琴
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

利用腫瘤細胞的繁殖與免疫因子的抑制間競爭物理機制構建腫瘤細胞與免疫因子間的網路調控模型。在接近真實的腫瘤與免疫因子競爭網路中，研究時空噪聲、時間延遲等參量對腫瘤細胞生長速度、繁殖率和擴散率及腫瘤與免疫因子間的競爭（即：分叉圖）等行為的影響。結合現有的關於一維腫瘤模型的理論推導，試圖利用平均場近似方法尋求網路調控模型的近似解析解，揭示此模型中噪聲及時間延遲對腫瘤與免疫因子間的促進及抑制等競爭行為。利用最佳化的計算程式，數值模擬表征腫瘤細胞動力學行為的特徵參量（繁殖、擴散時間、共振等），分析時間延遲、時空噪聲對腫瘤細胞生長速度、繁殖率及擴散率的影響。為了驗證理論分析的有效性，將理論結果與數值計算結果進行比較。並與真實的腫瘤研究的相關實驗結果相比較，理解腫瘤細胞生長、繁殖及擴散本質，進而得出一些有利於腫瘤治療的理論方案。

結題摘要

課題組執行了研究項目的計畫，得到了有價值的理論結果，從理論上定性分析了含有隨機漲落力的腫瘤細胞的繁殖與免疫因子對其的抑制之間的競爭物理機制，研究結果對理解腫瘤免疫系統中噪聲等相關參量對腫瘤細胞繁殖的抑制作用及如何獲得更多治療時間具有一定的理論參考價值。 課題組在接近真實的腫瘤與免疫因子競爭酶動力學方程中，討論了耦合的非高斯噪聲和高斯噪聲對免疫監視下腫瘤動力學行為的影響。結果表明，腫瘤細胞數最少值的獲得主要依賴於非高斯噪聲偏離度的增加和高斯噪聲強度的減少。通過理論推導和數值計算腫瘤細胞從休眠期躍遷到活躍期的平均首通時間隨著非高斯噪聲偏離度、強度和高斯噪聲強度等參量的變化情況。結果發現平均首通時間的增加依賴於非高斯噪聲偏離度和高斯噪聲強度的減少。 課題組引入Levy噪聲到免疫監視下腫瘤細胞生長的模型，通過數值計算分析了Levy噪聲在免疫監視下腫瘤模型中對平均首通時間的影響。為了驗證數值計算的有效性，數值比較了穩定性因子和偏斜度的Levy噪聲與高斯噪聲的穩態機率分布。平均首通時間的計算結果表明在特定情形下穩定因子取值增加，可以獲得更多的治療時間。 課題組研究了噪聲誘導下雙穩延遲生物系統的共振行為。由弱信號驅動的雙穩系統中，考慮外部噪聲和內部噪聲之間存在色耦合以及系統存在延遲反饋時，系統的共振現象。通過理論分析與數值計算結果比較，給出增大延遲時間和噪聲之間的耦合強度可以提高輸出信噪比，增強共振現象。並從理論上定性分析如何增強隨機共振現象，為共振信號的提取提供理論依據。 課題組從理論上定性分析了加權神經系統功能的生物物理學機制，研究結果對於進一步理解加權生物神經網路中噪聲激勵的隨機共振和信號傳遞的整體性質具有一定的參考價值。課題組分析在粗粒化過程的不同解析度子空間中包含權重的隨機微分方程，揭示經典領域的生物系統的數學模型中連線結構和權重分配之間的匹配關係對隨機共振的影響。