非线性动力学在脑电分析中的应用

非线性科学于20世纪60年代发展起来,被誉为20世纪自然科学的“第三次革命”,己广泛应用于生物、物理、经济、通讯及天文学等领域。脑电图(EEG)反映了作为非线性系统的大脑的电活动,体现出混沌行为。在癫痫病症的EEG研究中,混沌特性得到了很好的证明。在精神分裂症和老年痴呆等病症的EEG研究中,混沌的作用也体现得越来越明显。本文综述了近年来非线性动力学在脑电信号分析中应用的进展,以期获得在健康和疾病状态下对大脑神经动力系统的更好理解。     

非线性光学显微镜观察肝脏纤维化的实验研究

目的:了解非线性光学显微镜在肝纤维化成像及定量分析研究中的地位。方法:分别用前向二次谐波(SGH)及背向双光子荧光(TPEF)对肝脏标本的成纤维胶原(Ⅰ/Ⅲ)和肝细胞浆进行成像,将结果与传统的Masson’s三染色法进行比较。随后用非线性光学显微镜对不同肝纤维化阶段的大鼠肝脏标本成像,并对图像进行统计分析。结果:(1)用二次谐波成像的肝内成纤维胶原分布图较传统的方法更清晰,易于进一步定量分析;(2)双光子荧光信号可以清晰的显示肝细胞形态;(3)非线性光学显微镜得到的肝纤维化图像易于用软件进行定量分析。结论:非线性光学显微镜是研究肝纤维化进程的灵敏、准确、快速、简单、客观的新方法。其对肝纤维化的定量分析具有重要临床意义。     

地震勘探中的一个数学模型及Lapa1ace变换的应用

本文建立了一个地震勘探中的数学模型,该模型将反映接收到的信号与地质反射系数之间的关系。进一步利用Lapalace变换可以从该数学模型中解出地质反射系数。     

线粒体呼吸链与活性氧

已知有氧真核生物细胞吸收的氧分子绝大部分都是在线粒体呼吸链末端细胞色素氧化酶上通过四步单电子还原生成水。但同时也有1％-2％的氧可在呼吸链中途接受单电子或双电子被部分还原生成超氧（O2·^-和过氧化氢（H2O2）作为呼吸作用的正常代谢产物。此种来源于线粒体呼吸链的O2·^-和H2O2不但在多种病理的氧化损伤中起关键作用,同样它们也是正常生理条件下对多种细胞过程具有基本调控意义的氧还信号。基于Chance实验室约自20世纪70到90年代的早期研究贡献以及20世纪90年代后其他各实验室的研究新进展,我们聚焦于下述四个相关问题的评述和讨论：（1）由于线粒体内膜面积及其含有的呼吸链复合体酶活力远远高出细胞中所有膜系数量和相关酶活力之总和,因而线粒体呼吸链产生的O2·^-和H2O2构成生物体内最大数量ROS的恒定来源;（2）线粒体呼吸链复合体III的Q循环中Qo位点中半醌自由基（UQH·）已明确是O2·^-的单电子来源;还原细胞色素C-P66^SHC是生成H2O2的双电子供体。虽然复合体I也是产生线粒体基质内O2·^-的主要来源,但由于其确切生成位点尚未明确,在invivo条件下能否产生大量O2·^-也尚有争议;（3）线粒体呼吸链产生O2·^-后的分配和跨膜转移涉及其生理病理作用机制和作用靶点等复杂而重要的问题,直到目前尚未意见一致。“质子和O2·^-循环双回路解偶联模型”整合了目前提出的几种假说的联系点,指出H^＋和O2·^-相互作用生成HO2·及其跨膜很可能是这一复杂问题的中心环节,并与O2·^-对“脂肪酸shuttling model”或O2·^-对“UCPS激活”模型形成了内在的联系;（4）线粒体呼吸形成的△P（△ψ和△pH）能直接控制呼吸链的ROS生成,并以非线性（非欧姆）相关方式通过影响Q循环中的Qo半醌的氧还态和寿命来调节O2·^-生成的急速?     

初级视觉皮层“简单”与“复杂”神经元动力学的计算建模

本文回顾了我们在哺乳动物视觉皮层的建模工作.利用初级视觉皮层的大规模神经元网络模型,我们解释了初级视觉皮层里“简单”与“复杂”神经元现象的网络机制.所谓的“简单”细胞对视觉刺激的反应近似线性,而“复杂”细胞对视觉刺激是非线性的.我们的模型成功地再现了简单和复杂细胞分布的实验数据.     

一类具有随机周期移民扰动的非线性人口发展方程随机周期解的存在唯一性

本文给出了一类具有随机周期移民扰动的非线性m增生人口发展方程随机周期解的存在性和唯一性结论。     

桔青霉摇瓶发酵生产核酸酶P1的动力学研究

研究了桔青霉发酵生产核酸酶P1的发酵动力学特性：以Logistic方程和Luedeking—Piret方程为基础,进行最优参数估计和非线性拟合,得到了描述整个发酵过程中的茵体生长、产物合成和基质消耗的动力学模型。对实验数据与模型预测值进行比较,发现模型预测值与实验数据能较好地拟合,基本上反映了桔青霉发酵过程的动力学特征,为以后进一步研究和预测核酸酶P1发酵过程奠定了理论基础。     

微生物连续发酵酶催化动力系统的鲁棒性与并行计算

依据甘油连续发酵生产1,3-丙二醇的非线性酶催化动力系统.针对1,3-丙二醇可能存在的跨膜运输方式建立相应的动力学模型,提出了酶催化动力系统的定量鲁棒性定义,并建立了以鲁棒性为性能指标、非线性动力系统为主要约束的参数辨识模型.由于求解该辨识问题的数值计算量大,在普通的PC机上难以完成,因此本文构建了相应的并行算法.根据数值结果推断出1,3-丙二醇最有可能的跨膜运输方式,这对于进一步研究甘油连续发酵的机理具有重要的参考价值.     

短杆菌肽S与脂膜结合前后的H／D交换动力学的研究

短杆菌肽Ｓ（ＧＳ）是一个十肽分子（环－（Ｌ－Ｖａｌ－Ｌ－Ｏｒｎ－Ｌ－Ｌｅｕ－Ｄ－Ｐｈｅ－Ｌ－Ｐｒｏ）２）,是由两个β转角和两个β片层结构所构成［１］。ＧＳ的功能是通过破坏葛兰氏阴性菌的膜结构来完成其抗菌活性。迄今为止,人们对ＧＳ与膜结合特点的研究结果还不一致。Ｄａｔｅｍａｎ等人利用２Ｈ－ＮＭＲ,３１Ｐ－ＮＭＲ和ＤＳＣ等技术研究了ＧＳ与ＤＰＰＣ多层脂膜的相互作用,指出肽仅仅作用于膜表面［２］;而Ｈｉｇａｓｈｉｊｉｍａ等［３］及张凤立等用２Ｄ－ＮＭＲ的研究结果［４］表明,ＧＳ的疏水部分应插入膜内。蛋白质及多肽的Ｈ／Ｄ交换动力学受其分子内氢键,分子空间结构的致密度及其周边环境如膜环境［５］的影响。我们利用衰减全反射红外光谱（ＡＴＲ－ＦＴＩＲ）对与脂膜结合前后的短杆菌肽Ｓ的Ｈ／Ｄ交换动力学进行了研究,实验结果提示ＧＳ插入了脂膜双层。     

动脉粥样硬化斑块中脂肪沉积的扫频光热波成像

动脉粥样硬化和易损斑块破裂在全球范围内具有最高的死亡率,超过传染病和癌症导致的死亡率的总和。动脉粥样硬化斑块是由一层很薄的”纤维帽”和导致血栓形成的脂质核心构成。光热波成像是基于对被目标发色团（本文中指脂肪沉积）吸收的光信号强度进行周期调制,从而实现对目标发色团释放的热（红外）信号的调制。这里,我们利用光热波成像来检测来自兔子动脉硬化模型的粥样硬化斑块中脂肪沉积的三维分布。波长为1210纳米的激光被用来靶向检测脂肪。动脉粥样硬化斑块组织在0．1到5赫兹连续扫频的激光的激发下发出光热波,光热波传播到样品表面形成红外辐射温度并被红外相机以25．6帧／秒的速度接收并录制20秒。红外相机上的每一个像素（总共256~256像素）在进行时域傅里叶变换以后得到强度和相位的频域光热波图像。某一特定频率的强度和相位光热波图像对应着脂肪沉积在动脉粥样硬化斑块样品中的横向和纵向分布。对强度和相位光热波图像的分析指出：光热波成像能够用来检测脂肪在动脉粥样硬化斑块中的三维分布,并且脂肪的分布和动脉粥样硬化斑块的形状特征有着紧密联系。