利用数值模拟重构物种多样性格局的形成过程

生命形成的过程极其漫长, 经历了地球系统复杂的沧海桑田变化。当前人类所观察到的物种分布格局的形成除了由物种本身特征决定外, 还受到环境变化、人类活动以及各种随机事件的影响。受限于实验条件、时间、经费、人力等诸多因素, 我们尚无法完整地观察并记录到物种多样性形成的全过程, 只能通过片段化数据来推测该过程。信息科学中包括数值模拟在内的仿真技术以其高效、可控及全过程记录等优势, 能从某种程度上解决物种多样性格局形成过程中的部分数据黑箱问题。本文介绍了数值模拟的概念和工作原理及在物种多样性研究中应用的特点, 列举了物种生态位、扩散模式、种间互作及物种分布应对气候变化等方面的数值模拟研究, 基于已有研究系统地介绍了如何综合上述数值模拟研究构建虚拟物种、气候和场景来解释物种多样性的形成与维持机制, 并阐述了数值模拟在物种多样性研究中的优缺点及应用前景。     

基于多Agent仿真解析处理剩余污泥的微生物电解池种群互作关系

【背景】微生物电化学系统耦合了电化学反应和厌氧消化过程,在处理剩余污泥同时实现能源回收,成为具有应用前景的技术之一。揭示电活性生物膜和活性污泥种群互作机制,有助于进一步调控和强化系统性能。高通量核酸测序技术研究微生物群落具有投入大、耗时长和不可预测的缺点,开展微生物群落动态仿真可以更有效地预测群落结构与功能。【目的】研究厌氧消化和生物电化学系统的微生物种间热力学与动力学的演化规律。在考虑电子供体、电子受体、温度、pH值等生态条件下,分析底物的电子流向及微生物群落结构的动态变化。【方法】通过对剩余污泥处理的微生物电解池(Microbial electrolytic cell,MEC)建立一个多Agent仿真(Multi-agent-based simulation,MAS)模型,评估MEC对底物氧化电子转移的能量效率和传质效率,模拟微生物群落结构实时变化,同时耦合动力学和热力学分析;揭示影响MES运行的电子流向决定性因素及相应的微生物种群,为复杂污染物生物处理系统中种间互作和动力学研究提供基础依据。【结果】通过MAS模拟,确定MEC污泥处理工艺的最佳能量传递效率与传质效率为η=0.2,ε=0.5,MAS结合热力学与动力学参数模拟微生物的群落动态与实验组有较高的吻合性。在长期的运行中,微生物电化学系统中丙酮酸没有积累。【结论】证实了MAS结合热力学与动力学参数可以预测微生物的群落动态,并进行实时监测。研究表明多Agent仿真为微生物群落结构动态变化提供了一种新的研究方法,该方法与高通量核酸测序技术进行校验和联用,为人工和自然生态系统中微生物种群预测与评估研究提供一个新的手段。     

随机模型在患者流管理中的应用研究综述

基于运筹学的优化理论对医疗服务系统进行运作管理是近年来国外热门的研究方向。而患者作为医疗系统中的主体,其合理的分布和流动是促使医疗系统运作效率提高的重要因素。综述了近年来随机模型和仿真实验方法对患者流管理的研究进展,包括模型建立、求解方法以及研究结论。最后总结了随机模型对患者流管理研究的难点和未来努力的方向。     

探索以“霍乱弧菌检测虚拟仿真实验”为载体的混合式实验教学模式

虚拟仿真实验是一种现代信息化和智慧教学的重要方法,对高等医学院校教学质量的发展起到重要的推进作用。我们自主开发建设的“霍乱弧菌检测与防控虚拟仿真实验”,既弥补了因生物安全问题不能开展的实验教学,也解决了微生物学检验实验教学中存在的操作标准化问题。采用“三步进阶”混合教学模式,实现以“学生为中心”的师生互动模式,创建“设计性实验报告”,与育人元素有机结合,培育医学生的职业使命感。细化考核标准,实现过程性评价。探索课前启发铺垫、课中内化升华、课后巩固拓展混合式实验教学模式,有效提高学生的实验技能,实现知行合一、素能共育的教学目标。     

基于重采样技术的肌电信号动作电位传导速度估计研究

目的：本文针对表面肌电（sEMG）信号探讨动作电位传导速度（APCV）估计问题。方法：以生理学仿真sEMG信号为基础,采用基于互相关分析的时延估计技术来获取相应的APCV估计值,并利用重采样技术来提高估计的精度。结果：实验表明。针对重采样后的仿真信号,其APCV的估计误差得到了明显降低。结论：所采用方法能够有效获取满意的APCV估计效果。     

高仿真组织工程神经支架制备工艺的参数优化

目的：对直接影响神经支架微观结构的关键因素进行分析,以确定制备不同孔径仿真支架的制备工艺。方法：用前期开发的神经支架制备工艺,应用不同浓度的醋酸浓度和冷淋速度制备仿真神经支架,以扫描电镜观察神经支架结构特征,以确定醋酸浓度和冷淋速度对神经支架内部结构的影响。结果：醋酸浓度和冷淋速度对神经支架内部结构具有重要影响。醋酸浓度为0mg/ml时,无法制备定向结构的神经支架,当醋酸浓度为1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml和4mg/ml时,可制备轴定向仿真支架,并且神经支架的孔径随醋酸浓度增大而增大;当冷淋速度为1×10-5m/s、2×10-5m/s和5×10-5m/s时,所制备的仿真支架内部均呈明显的轴向微管结构,其中冷淋速度为2×10-5m/s时,其轴向微管结构排列最为有序、规律。当速度为1×10-6m/s,2×10-6m/s,5×10-6m/s以及1×10-4m/s时,所制备的材料内部微管结构走向无明显规律。结论：醋酸浓度和冷淋速度是影响神经支架内部结构的两个关键因素,通过改变醋酸浓度和冷淋速度可制备不同孔径的仿真神经支架。     

海豚勇士赶走大白鲨

这天天气不错,蔚蓝的海水在阳光的照射下泛起闪烁的光。托德扛着他心爱的冲浪板,和好友一起来海滨冲浪。正当他们玩得不亦乐乎时,一只大白鲨悄无声息地游了过来,没有人注意到这位不速之客的出现。突然,大白鲨一口咬住了托德的冲浪板,他一下子失去了控制,像三明治中的火腿一样,狠狠夹在了鲨口和冲浪板中间。就在这危急时     

基于重采样技术的肌电信号动作电位传导速度估计研究

目的:本文针对表面肌电(sEMG)信号探讨动作电位传导速度(APCV)估计问题。方法:以生理学仿真sEMG信号为基础,采用基于互相关分析的时延估计技术来获取相应的APCV估计值,并利用重采样技术来提高估计的精度。结果:实验表明,针对重采样后的仿真信号,其APCV的估计误差得到了明显降低。结论:所采用方法能够有效获取满意的APCV估计效果。     

高仿真组织工程神经支架制备工艺的参数优化

目的:对直接影响神经支架微观结构的关键因素进行分析,以确定制备不同孔径仿真支架的制备工艺。方法:用前期开发的神经支架制备工艺,应用不同浓度的醋酸浓度和冷淋速度制备仿真神经支架,以扫描电镜观察神经支架结构特征,以确定醋酸浓度和冷淋速度对神经支架内部结构的影响。结果:醋酸浓度和冷淋速度对神经支架内部结构具有重要影响。醋酸浓度为0mg/ml时,无法制备定向结构的神经支架,当醋酸浓度为1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml和4mg/ml时,可制备轴定向仿真支架,并且神经支架的孔径随醋酸浓度增大而增大;当冷淋速度为1×10-5m/s、2×10-5m/s和5×10-5m/s时,所制备的仿真支架内部均呈明显的轴向微管结构,其中冷淋速度为2×10-5m/s时,其轴向微管结构排列最为有序、规律。当速度为1×10-6m/s,2×10-6m/s,5×10-6m/s以及1×10-4m/s时,所制备的材料内部微管结构走向无明显规律。结论:醋酸浓度和冷淋速度是影响神经支架内部结构的两个关键因素,通过改变醋酸浓度和冷淋速度可制备不同孔径的仿真神经支架。     

超声彩色血流成像的计算机快速仿真方法

研究超声彩色血流成像的快速仿真方法,克服原先仿真方法非常耗时的缺点。方法超声彩色血流成像计算机仿真中,血流信号是对成像区间内所有点散射体的回波信号累加而得到的。通过引入新的等效散射体模型,可以大大降低散射体的密度,从而减少计算回波信号所需时间。在计算机上用Matlab编程来进行仿真实验,对以往仿真方法和基于等效散射体模型方法的性能进行比较。结果实验表明:基于等效散射体模型的仿真,在保证相同流速精度的前提下,仿真速度比传统方法提高了10倍以上。结论基于等效散射体模型的仿真方法能极大地提高超声彩色血流成像的仿真速度,可以为超声彩色血流成像的方法研究提供便利。