新闻及研讨会
2016年4月19日QBI研讨会
下午3:00-3:55
马克西姆Bazhenov
肺科、重症监护和睡眠医学科
加州大学圣地亚哥分校医学院
睡眠在记忆巩固中的作用
摘要：记忆依赖于三个基本过程：编码、巩固和检索。尽管绝大多数研究都致力于理解编码和检索，但最近在人类和动物研究中已经开发出新的方法来探索巩固机制。有一种说法是，巩固的重要功能发生在睡眠期间，睡眠的特定特征似乎对一系列记忆领域、任务和物种的成功检索至关重要。在我的演讲中，我将首先讨论主要睡眠脑电图节律和记忆巩固实验数据背后的神经元和网络水平机制。然后，我将展示我们在大规模网络模型的计算机模拟中获得的新结果，以揭示记忆巩固的神经基础，包括记忆特定尖峰序列的优先重播。
2014年11月20日QBI研讨会
莫顿219，下午5:00-5:45
Kie Van Ivanky Saputra
访问Fullbright学者，由QBI部分支持
印度尼西亚Pelita Harapan大学数学系主任“具有细胞毒性t淋巴细胞（CTL）反应的HIV-1感染模型的动力学”
摘要：作为具有协维不变流形的动力系统的一个例子，本演讲将讨论具有CTL反应的HIV-1感染模型的动力学。详细分析表明，该系统有三种平衡解，即无病平衡、无CTL反应的地方病平衡和有CTL反应的地方病平衡。该模型表现出跨临界和Hopf分岔。该模型还说明了治疗如何与不同的模型参数相关。研究结果表明，从长远来看，治疗将如何使我们的免疫系统控制病毒。
2014年9月15日QBI研讨会
Morton 318下午4:10-5:10
琼Saldana
赫罗纳大学蒙提利维校区p - 4楼Informàtica， Matemàtica应用学Estadística学系
《一类带意识的流行病模型分析》
摘要：最近的流行病模型公式考虑了人类的行为反应。在对这些模型的分析中，从无病平衡的稳定性分析来衡量这些响应对预防流行病传播的影响。其中一项工作考虑了一个网络流行病模型，其中个人被分类为易感(S)，意识(a)和传染性(I)，并假设意识没有衰减。对于这个SAIS模型，证明了存在一个灭绝阈值（不同于经典的疾病入侵阈值），定义了一个缓慢流行灭绝的区域。
通过在正则随机网络上定义的等效平均场模型，我们分析了该网络模型的动力学特性，特别是在意识衰减非常低的情况下，并证明了当意识衰减存在时，由无意识衰减引起的连续均衡崩溃为唯一均衡。对于这个改进的模型，无病平衡的分岔结果与经典流行病模型的分岔结果相当，并且在缓慢消亡的流行病状态中观察到的那些小爆发现在被围绕地方性平衡的甩动振荡所取代。对这两种模型在规模为1000的网络上进行了连续时间随机模拟。当网络度不是很低时，它们与平均场预测结果吻合较好。
2014年5月12日动力学研讨会
Morton 326下午4:10-5:10
塞巴斯蒂安·范·斯特连
伦敦帝国理工学院数学系
异构网络中扩展地图的动力学
摘要：研究了异构随机网络中相互作用的展开圆映射。异构性是指网络中的一些节点是大量连接的，而其余节点只是低连接。我们提供了一种概率方法，使我们能够描述在弱交互限制下大规模连接节点的有效动态。更准确地说，我们表明，对于几乎所有随机网络和几乎所有初始条件，控制大量连接节点动力学的高维网络可以简化为几个宏观方程。这种约化与展开映射的遍历性质密切相关。这种简化使人们能够探索网络的相干特性。
2014年4月21日QBI研讨会
Morton 326下午4:10-5:10
Valentin Afraimovich
格利登客座教授
异临床序列与神经网络
时序时空反应的稳健性和可重复性是动物感觉和运动系统中许多神经回路的基本特征。神经系统中最常见的动态系统的数学图像是不动点、极限环、混沌吸引子和连续吸引子（中性稳定不动点的吸引流形）。这些不适合描述可重复的瞬态序列神经动力学。在这次演讲中，我们提出了稳定异斜序列（SHS）的概念，它不是一个吸引子。SHS为理解和建模神经回路中的瞬态顺序活动开辟了道路。我们证明了这个新的数学对象可以用来描述鲁棒和可重复的顺序神经动力学。使用广义高维Lotka-Volterra模型的框架，该模型描述了抑制网络中放电速率的动态，我们提出了网络相空间中存在SHS的分析结果，以及我们今年在威廉希尔亚洲真人平台一直在追求的概括。
2014年4月9日
Morton 318下午2:10-3:00
内森Breitsch
荣誉导师大学数学本科生
俄亥俄大学
耦合生物振荡器的研究技术
摘要：四十多年来，生物学家已经观察到酵母密集培养中的振荡耗氧量。氧气振荡的周期划分了酵母细胞周期的周期，这表明细胞周期驱动氧气消耗，细胞周期阶段的分布并不均匀。非均匀相位分布可以通过常微分方程模型再现，其中细胞以依赖于其他细胞相位的速率通过细胞周期。该模型预测，在很长一段时间后，细胞将分裂成两个或多个同步的群体。什么样的相位分布是可能的？同步是如何从任意分布中产生的？我们将使用线性代数、动力系统和计算几何的技术来回答这些问题。
2014年3月17日QBI研讨会
Morton 326下午4:10-5:10
Igor别雷赫
神经科学研究所数学系
佐治亚州立大学
“当排斥抑制在破裂神经元的兴奋性网络中引起同步性时”
摘要：同步性在病理脑状态中被广泛观察到，特别是在癫痫和帕金森震颤时。在这次演讲中，我们将讨论耦合强度和网络拓扑对具有快速兴奋性和抑制性连接的神经元网络同步的影响。我们将证明，在兴奋性网络中加入排斥抑制会引起爆发同步，这与人们的期望相反。我们将讨论这种纯协同现象的机制，并表明它起源于两种不同类型的爆发之间的过渡。我们的研究表明，促进抑制以破坏异常同步状态的稳定可能会产生适得其反的效果。
2014年2月28日，物理研讨会
沃尔特245下午4:10-5:10
约翰Wikswo
Gordon A. Cain大学物理学教授，分子生理学和生物物理学教授，生物医学工程教授
范德比尔特大学
“物理学家对生物学复杂性的看法”
摘要：生物系统的复杂性源于跨越多个时空尺度的高度非线性结构、代谢和信号网络。大规模并行系统生物学实验提供了更多的动态数据。当我们获得简单生物系统的完整的、简化的部件列表时，我们必须确定这些部件是如何相互作用的——一个功能动物的数学模型可能需要阿伏伽德罗的偏微分方程，称为莱布尼茨。人们可能会担心，在设计和解释复杂、非线性系统（尤其是人类）上的多变量实验时，人类思维的局限性。关键可能是机器人科学家独立设计和进行实验，以自动推断模型，描述数百个生物变量之间同时相互作用的动态。这提出了重大挑战：三维生物反应器再现器官微环境；具有足够空间和时间分辨率的传感器和执行器，以便从活细胞和生物体获取必要的数据；指定初始条件的计算机算法，每个实验要测量的变量，以及所需的扰动/驱动；以及生物信息学工具来解释大量的数据。我们正在开发一种集成的测量和建模系统，在该系统中，计算机指定在芯片上的器官上进行实验，使用多种实时分析技术记录细胞对受控刺激的动态响应，然后计算机使用这些数据从系统的可能模型中选择并提出下一个实验以进一步改进模型。初步结果令人鼓舞——我们只需要将该方法扩大23个数量级。
2014年1月31日数学研讨会
Morton 318下午4:10-5:10
亚历山大Nepomnyashch
以色列理工大学
液膜动力学
摘要：脂质双分子膜形成的囊泡可以渗透水和小分子，但不渗透大分子，可用于将有毒药物运输到靶点，在靶点通过形成的孔释放药物。脂质膜可以看作是被周围液体的三维介质包围的二维液体介质。液膜的动力学包括膜内的粘性或粘弹性二维流动和膜本身的弹性变形。我们考虑一个描述膜动力学的数学模型。讨论了脂质囊泡的不稳定性导致其形状的改变。特别注意拉伸膜中孔的动力学。
2013年10月29日QBI/CMSS研讨会
沃尔特·霍尔245下午4:10-5:10
汉斯·布劳恩
德国马尔堡菲利普斯大学生理研究所神经动力学组
非线性动力学、振荡、混沌和噪声：
从鲨鱼电感受器到精神障碍
摘要：生物函数通常包含非线性和时滞，并且经常被组织成循环、正反馈和负反馈回路，这很容易导致振荡甚至混沌行为。此外，与确定性情况相比，生物系统是出了名的嘈杂，这可能导致系统动力学的重大变化。
这些特殊性质的后果将通过下丘脑神经元和皮肤感觉受体的实验记录来说明，重点是鲨鱼的温度敏感电感受器，它们被赋予了最微妙的刺激敏感性。实验数据将通过计算机模拟来完成，以阐明潜在的动力学。
值得注意的是，类似的功能原理可以应用于躁狂抑郁症的时间过程模型——然而，在这种情况下，其影响是有害的而不是有益的：敏感变成了脆弱。我们将讨论这些明显的生物功能一般原理的含义，并与技术系统进行比较。问题出现了，生物系统是否仍然比任何技术系统更灵活，适应性更强不是尽管，而是因为这些技术上不希望的特性。
2013年10月23日应用数学与QBI研讨会
莫顿大厅122下午4:10-5:10
肯德里克·肖
凯斯西储大学医学博士培训计划
控制加州阿普里亚摄食的动态结构
摘要：对于吞咽、行走和游泳等行为，神经系统必须可靠地产生运动行为序列。关于这一任务是如何完成的，人们提出了两种相互竞争的模型——链式反射理论和中枢模式产生理论。链式反射理论认为，神经系统包含一系列反射，因此一个反射的动作产生触发下一个反射所需的感觉输入。相反，中枢模式产生理论认为，在没有感觉输入的情况下，神经系统能够产生与行为中的运动模式非常相似的运动模式。当用微分方程系统对这些行为建模时，这两个想法对应于一个稳定节点的集合，在链式反射理论的情况下，以及一个稳定的极限环，在中心模式发生器理论的情况下。许多系统可以在没有感觉输入的情况下表现出运动模式，这违反了链式反射理论的预测，但这些模式与体内行为相比是非常扭曲的，违反了中枢模式发生器理论的假设。在这次演讲中，我们将探讨第三种假设，即异斜通道，即轨迹在经过鞍点附近的小区域内急剧减速，从而产生局部敏感区域。我们通过建立加利福尼亚海茱萸吞咽的神经力学模型来探索这些动力学的含义，该模型可以通过改变单个参数从稳定的异斜通道改变为极限环，然后将这两种机制下的行为与体内观察到的行为进行比较。稳定的异斜通道提供了与体内所见更好的匹配，似乎是由于其时间敏感性。然后，我们通过研究一个可处理的异斜通道并推导出其无穷小相位响应曲线的封闭形式来分析探索这种灵敏度的基础。可处理模型的定性行为出现在更复杂的模型中，包括Morris-Lecar神经元模型，因为它接近同斜分岔。
2013年4月19日物理研讨会
沃尔特大厅245下午4:10-5:00
michael Zochowski，密歇根大学
“通过网络动力学理解脑功能和病理”
摘要：大脑是一个复杂的、不断进化的网络。虽然对其生物学有很多了解，但大脑中信息处理的动力学原理仍然难以捉摸。集体网络动力学似乎是解释这个问题的自然基础，因为很明显，要理解大脑功能的动力学，不仅要理解单个细胞的动力学特性，还要理解整个网络的动力学特性。在这次演讲中，我将使用各种认知过程的例子来强调不断发展的网络动态和大脑功能之间的联系。同时，我将利用我的实验室获得的实验和理论结果来强调物理在理解大脑功能及其病理方面所起的作用。
2013年3月11日应用数学与QBI研讨会
莫顿大厅226下午4:10-5:10
美国俄亥俄大学生物医学科学系
大脑和行为中的熵守恒
文摘:
众所周知，大脑活动模式以及认知和运动行为是高度可变的。尽管行为模式是可变的，但它非常灵活，能够适应不同的任务要求和环境条件。这引发了一个问题，即是否存在指导适应过程的“规则”。在这次演讲中，我将展示一系列不同实验的结果，这些实验检验了大脑和行为中的“熵守恒”假说。首先，我们将探讨在不同条件下肌肉力量控制的适应过程中，任务、行为和环境中的熵守恒现象。接下来，我们将研究刺激不确定性对视觉搜索策略和认知反应的影响。最后，我将介绍从积极探索迷宫的老鼠身上获得的神经活动研究数据。所有这些研究的共同发现是熵的补偿性权衡：每当一个维度的熵增加时，就会观察到其他维度的熵减少。所有这些研究的结果提供了初步的证据，即熵守恒指导了利用大脑和行为的功能适应的变异性的过程。
2012年10月1日，微分方程与动力学研讨会
Morton 122下午4:10-5:05
l . Schimansky-Geier
柏林洪堡大学物理研究所和伯恩斯坦计算神经科学中心
网络中随机振子的同步
文摘:
同步是耦合神经元单元网络中普遍存在的一种现象，它会诱发大规模的相干节律尖峰。在我的演讲中，我将集中讨论噪声对动力学的影响，网络紊乱和网络相关性对神经活动的影响，以及随机神经元之间延迟相互作用引起的修改。对于所有这些主题，我们将介绍并研究神经元阶段的范式模型。从神经元集合的随机动力学出发，建立了平均相位的非线性平衡方程，并用分岔理论对其进行了研究。根据噪声强度、无序强度和相关强度以及同步的平均延迟时间条件进行了阐述。计算机模拟支持这些发现，但也显示了在某些情况下所作近似的局限性，这将在演讲中讨论。
T. Prager， M. Falcke， L. Schimansky-Geier和M. A. Zaks物理学。Rev. E 76, 011118（2007）。全局耦合可激系统的非马尔可夫方法
Nikos Kouvaris, Felix m<e:1> ller和Lutz Schimansky-Geier，物理学家。Rev. E 82, 061124（2010）。具有延迟反馈的可激两态单元的集合
Bernard Sonnenschein和Lutz Schimansky-Geier物理学。Rev E 85, 051116（2012）。杂波振荡器复杂网络中的同步起始
2012年8月24日QBI研讨会
Clippinger 259下午12:00-1:00
本杰明•林德纳
柏林伯恩斯坦计算神经科学中心和柏林洪堡大学物理系
动态突触的神经信息传递
摘要：许多突触具有短期可塑性（STP）：在重复刺激下，突触的功能可以增加（促进）或减少（抑制）。在我的演讲中，我讨论了STP对时间依赖性刺激信息的神经编码的影响。具体来说，我讨论了在何种条件下，具有动态突触的整合-激活神经元优先编码一个或多个信号的慢速成分（低通信息滤波器）或快速成分（高通信息滤波器）。考虑的是同质设置，其中突触后细胞的所有突触都是相同的类型和异质设置，其中促进和抑制突触共存，并由不同的信号驱动。
2012年4月6日，物理研讨会
Walter 245下午4:10-5:00
多洛雷斯Bozovic
加州大学洛杉矶分校
内耳毛细胞的非线性动力学和分岔
摘要。内耳是一种卓越的生物传感器，具有纳米级的机械检测灵敏度。听觉处理的第一步是由毛细胞完成的，毛细胞通过打开机械敏感通道将位移转化为电信号。20世纪40年代，托马斯·戈尔德（Thomas Gold）首次提出，毛细胞必须包含一个主动过程，将能量泵入系统，因为它们在粘性介质中工作，但仍然可以维持振荡，放大传入信号，甚至表现出自发的运动性。理论模型提出，毛细胞构成了一个非线性系统，具有内部反馈机制，可以驱动它跨越分叉并进入不稳定状态。最新的结果将呈现，显示锁相动力学的毛束表现出自发振荡。我们将讨论一个简单的动态系统框架，它以阿诺德舌的形式捕捉了实验观察到的行为的主要特征。我们观察到系统存在多重分岔，包括不变圆上的鞍节点分岔和超临界Andronov-Hopf分岔。其次，在非线性动力学的背景下，将介绍和讨论毛细胞在机械过度刺激下的动态自调谐。
2012年3月28日QBI研讨会
arc102 4:10-5:00 PM
伽柏Balazsi
系统生物系
德克萨斯大学MD安德森癌症中心
网络、噪音和适应性：来自合成基因电路的教训
摘要。基因是蛋白质合成的模板。蛋白质决定细胞的行为。因此，基因应该决定细胞的行为。然而，基因并不是孤立地起作用的：它们通过复杂的调控网络改变彼此的蛋白质生产能力。此外，基因和蛋白质的数量很少，并且在微小的细胞体积内随机移动，从而引起随机反应。这些反应可以影响细胞分裂率，从而调节适应性。因此，基因和细胞行为之间的联系是复杂的和不确定的。我将说明我们如何应用数学和计算方法来设计控制生物噪声的合成基因网络，为微生物耐药性提供见解。
2012年1月19日QBI研讨会
欧文厅159下午4:10-5:00
吟游诗人Ermentrout
数学系
匹兹堡大学
《闪烁的幻灯：如何在一个没有毒品的世界里获得视觉上的快感》
摘要。当人类视觉系统受到5-25赫兹范围内的漫射闪烁光时，许多受试者报告美丽的旋转彩色几何图案。自从Jan Purkinje首次描述它们以来，人们对它们发生的条件进行了许多定性和定量分析。在这里，我们使用一个简单的兴奋-抑制神经网络来解释这些迷人模式的动力学。我们采用计算和数学方法威廉希尔亚洲的方法来说明这些模式产生的原因。我们证明了图案的几何形式与闪烁刺激的频率密切相关。
巴德是免费微分方程求解软件XPP/XPPAUT的作者/开发者，该软件可以在许多平台上运行，包括iPad （http://www.math.pitt.edu/~bard/xpp/xpp.html）。巴德也是《神经科学的数学基础》一书的合著者（与大卫·特曼合著）。
2011年10月6日数学研讨会
贝克218，下午4:10-5:00
安德烈Shilnikov
亚特兰大佐治亚州立大学神经科学研究所
“用象征手法描绘混乱”
2011年9月26日QBI研讨会
莫顿大厅218下午4:10-5:00
Valentin Afraimovich
圣路易斯大学Autónoma Potosí， s.l.p.，墨西哥
神经网络中的瞬态动力学
文摘:
在神经系统中观察到的电活动形式是多种多样的。神经生理学实验表明，某些神经过程伴随着单个神经元或小群神经元的短时间活动。对于某些模型，例如广义Lotka-Volterra系统，这种瞬态活动的数学描述是基于相空间中由异斜轨迹连接的亚稳态不变量集集合的存在性，即异斜网络。因此，运动可以被认为是这些亚稳集之间连续切换的过程。在这些集合仅为鞍态平衡点的简单情况下，可以充分描述瞬态行为的完整描述，包括不同信息模态之间的绑定机制。然而，序列活动并不总是与异诊所网络的存在直接相关。针对这种情况，出现了D. Terman等人（2008）提出的一种方法，该方法允许我们将一些神经网络的研究简化为元胞自动机形式的简单离散动力学。V. Nekorkin等人（2011）将这种方法应用于Morris-Lecar和Hodgkin-Huxley神经元网络，这些神经元由具有短期可塑性的化学突触连接。在这次谈话中，我们打算讨论所有这些问题。
QBI人员举办的两场研讨会。
2011年4月27日新教授系列讲座
贝克242，下午4-5点
托德·杨，数学系
酵母细胞周期中的集群。动力系统的观点如何对生物学有用
2011年4月28日，数学意识月
莫顿115，下午4:10-5:00
温弗里德·贾斯特，数学系
“解开复杂系统：大脑、互联网和蚁群有什么共同之处？”
摘要：我们被复杂的系统所包围：电网、交通系统、行政机构、飓风、从细胞到器官再到生态系统的生物系统。这样的例子不胜枚举。来自不同学科的科学家正试图理解和预测这类系统的行为。数学如何为这些努力做出贡献？研究复杂系统需要哪些数学工具？现有的数学工具会给我们所寻求的答案吗？还是我们需要开发新的数学领域？这次演讲将在一个普通听众可以理解的层面上讨论这些问题。
2011年2月18日QBI研讨会
Morton Hall 318，下午4-5点
霍斯特Malchow
德国奥斯纳布尔<e:2>克大学数学与计算机科学系环境系统研究所，德国奥斯纳布尔<e:1>克49069
人口动态模型中的噪声和扩散
摘要。在远离平衡态的非线性系统中，空间和时空格局形成的动力学一直受到人们的关注，许多结构生成的机制尚不清楚。本文描述了这些系统中令人着迷的各种时空模式及其产生和进一步动态的控制机制，并将其与浮游生物群落联系起来。在Holling II型或III型捕食者的简单捕食-扩散模型中，论证了时空结构的形成和扩散。局部系统的分析产生了一些平稳和/或振荡的状态。相应有趣的是由反应扩散方程模拟的时空行为。空间扩散、同心圆和/或螺旋形种群波与非振荡亚种群在空间上的竞争，以及向空间均匀种群分布的长过渡。利用随机偏微分方程，将环境波动建模为参数噪声和外部乘法噪声。噪音可以提高在确定性环境中灭绝的种群的存活率。在猎物和捕食者的兴奋性和慢速动力学参数范围内，噪声分别引起局部振荡和全局振荡，以及局部相干共振和全局同步。固定模式也被观察到。此外，噪声可以抑制周期性行波和混沌的发生。结果与浮游生物动态有关，部分与猎物种群的病毒感染有关[1-4]。
参考文献
[10]马绍宇，李晓明，李晓明，《生态学与流行病学的时空格局：理论、模型与模拟》，《中华人民共和国数学与计算生物学丛书》，中华人民共和国出版社，2008。
[10] M. Sieber， H. Malchow, s.v.b rovskii，振荡反应扩散系统中周期行波的噪声诱导抑制，英国皇家学会学报，466(2010)303 -1917。
[10]刘建军，张建军，张建军，混沌系统的混沌分布：随机反应-扩散系统的吸引子选择，物理学报，2010(7):993 - 998。
[10]刘建军，李建军，李建军。基于噪声的时空种群动态模型研究，生态学报，2010(4):559 - 564。
2011年1月19日QBI研讨会
欧文厅159，下午4点到5点
安吉拉Blisset
威廉希尔亚洲真人平台立大学生物物理学专业
盘状蛋白结构域受体（DDR1和DDR2）对细胞外基质的调控
摘要：骨强度取决于骨组织的材料组成和微建筑结构。调控骨材料组成和微建筑结构的潜在机制尚不清楚。由于1型胶原蛋白是骨骼的主要成分，因此很明显，调节胶原沉积和结构的过程必然会影响骨质量。盘状蛋白结构域受体（DDRs）是一种普遍表达的独特酪氨酸激酶受体，可与胶原结合并被胶原激活，包括i型胶原。我们的实验室最近在体外研究中发现了DDR1和DDR2的细胞外结构域（ECD）调节胶原的新机制。使用稳定转染的mc3t3前成骨细胞系，转染缺乏激酶结构域的DDR1和DDR2蛋白构建物，我们已经阐明了DDR ECDs的表达导致细胞内源性基质的改变。透射电镜（TEM）分析显示，DDR ECDs的表达导致胶原纤维直径变小，带状结构破坏，基质沉积减少，纤维形成速度延迟，基质矿化量增加。我们目前的研究目的是阐明DDR1在骨形态中的作用，以阐明其对骨机械完整性的影响。利用DDR1基因敲除小鼠及其野生型幼崽的骨组织，我们通过微ct分析评估了成年小鼠的皮质骨和小梁骨形态。此外，利用在分化培养基中培养的分离单核细胞，我们旨在通过各种基于细胞的技术阐明DDR1在体外破骨细胞分化和功能中的作用。这项对成年DDR1基因敲除小鼠的初步研究将为进一步研究DDR1受体如何参与不同病理情况和衰老下的基质重塑事件铺平道路。
2010年10月7日QBI研讨会
Morton 322，下午2:10-3:00，Valentin Afraimovich
圣路易斯大学Autónoma Potosí， s.l.p.，墨西哥
活动元素网络中的顺序动力学建模。
摘要：在神经网络、中枢模式生成器、认知系统等领域中，人们一直观察到一种特殊的动态，其特征是不同元素或元素簇的交替激活。这种动态被称为顺序的。在数学模型的相空间中，它对应于亚稳态之间沿着连接亚稳态集的异斜轨迹的连续切换。在这次演讲中，我们提出了一些理论和数值结果，这些结果与亚稳态的数学图像只是一个鞍态平衡点的情况有关。
2010年5月6日定量生物学杰出讲座
莫顿大厅115下午4:10-5:00
马丁Golubitsky
威廉希尔亚洲真人平台立大学数学与物理科学特聘教授，数学生物科学研究所所长
“对称断裂;同步破坏”
摘要：耦合单元系统是由相互作用的动力系统组成的网络。耦合细胞模型假设每个细胞的输出是重要的，并且可以比较两个或更多细胞的信号，从而可以出现同步模式。我们的问题是：在耦合单元中观察到的定性动力学的哪一部分是网络结构的产物，哪一部分取决于特定的方程？
在我们的理论中，局部网络对称取代了对称作为组织网络动力学的一种方式，同步破缺取代了对称破缺作为向复杂动力学过渡的一种基本方式。将介绍对称性破坏和图案形成的背景。
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Golubitsky博士是美国艺术与科学院、美国科学促进会（AAAS）和工业与应用数学学会（SIAM）的院士。他也是1997年休斯顿大学Esther Farfel奖的获得者，2001年Ferran Sunyer i Balaguer奖的共同获得者（对称性视角），以及2009年SIAM动力系统活动小组Moser讲座奖的获得者。他被选为工业与应用数学学会（SIAM）、美国科学促进会（AAAS）和美国数学学会的理事会成员。Golubitsky博士是SIAM Journal on Applied Dynamical Systems的创始主编，并曾担任SIAM的总裁（2005-06）。他与人合著了四本研究生教材、一本本科生教材、两本非技术书籍（与伊恩·斯图尔特合著的《可怕的对称：上帝是几何学家吗》和与迈克尔·菲尔德合著的《混沌中的对称》）和100多篇研究论文。
2010年3月4日
沃尔特大厅245下午4:10-5:00
健胃帅
物理系
中国厦门大学
分层细胞内钙信号的随机动力学
二零零九年十一月十八日
莫顿大厅318下午4:10-5:00
Edy Soewono
数学系
万隆技术研究所
“控制艾滋病毒/艾滋病在注射吸毒者中传播的减少危害模式”
艾滋病毒/艾滋病的传播，特别是在注射吸毒者中的传播，在过去几十年中已成为全世界一个令人震惊的问题。其中一个被推荐的项目被认为在控制艾滋病毒/艾滋病传播方面是安全有效的，被称为减少伤害项目。在这个方案中，实施了两种战略方法。第一种方法被称为针头和注射器计划，在使用过的针头返回后，向注射吸毒者免费分发注射器和针头。第二个方案是美沙酮治疗，其中美沙酮在几家指定的医院和诊所以折扣价提供。由于政府预算有限，需要回答的一个实际问题是如何确定行动的规模，使减少危害计划在给定的时期内仍然有效。在本报告中，我们考虑了一个控制艾滋病毒/艾滋病在注射吸毒者中传播的新数学模型。得到了两种动作和两种动作组合的基本繁殖比。图中显示了减少危害最大的处理隔间的最佳部分。
2009年3月11日
沃尔特大厅245下午4:10-5:00
布伦特Doiron
数学系
匹兹堡大学
“用空间键解锁时间节奏”
在许多感觉系统中都观察到神经群中的刺激诱发节律。支持网络节律的兴奋性和抑制性细胞群之间的基本相互作用在一定程度上得到了理解。相比之下，刺激调节节奏的机制实际上是未知的。利用电感觉系统和听觉皮层的特征电路，我展示了驱动输入的空间范围如何影响有节奏的活动。在这两种情况下，发展了简单整合-点火神经元种群的平均场理论，并捕捉了基本机制。总的来说，这项工作指出了一个普遍的理论，即感觉网络的空间结构进入基于特征的拓扑结构，允许选择刺激来招募网络振荡。这表明神经节律可能在感觉编码中有用，这与它们在感觉诱发神经动力学中的频繁出现是一致的。
2009年2月9日QBI与应用数学联合研讨会
Irvine 159 4:10-5:00PM
Erik Boczko
范德比尔特大学
“酵母”
细胞周期的位置和年龄在芽殖酵母的培养中往往是分散的，可以混淆测量的群体平均值。我们一直在探索用建模和数据来描述和操纵不同酵母菌株的种群结构的方法。我们的工作产生了一种过滤协议，以延长细胞周期同步的维持，以及在自主振荡下发展的种群结构模型。我们将描述这些思想的发展和应用，以及它们与群体感应的关系。
2008年9月11日，莫顿礼堂318，下午4:10-5:00
托德·杨，数学系
俄亥俄大学
细胞周期动力学和聚类的ODE模型
文摘:
生物学家长期以来一直观察到在某些条件下酵母群体中周期性的耗氧量振荡，并对这一现象提出了一些不满意的解释。我们假设这些振荡可能是由细胞周期弱同步或聚集引起的。我们发展了一些新的细胞周期的ODE模型。我们给出了证明和模拟，表明正反馈和负反馈都是可能导致这些模型中细胞周期内群体聚集的因素。此外，这种聚类现象被认为是稳健的；它发生在各种各样的模型中，这些模型中参数值的广泛选择，甚至模型的随机扰动。由于集群的数量必须是整数，因此集群可以导致周期行为，其周期几乎是细胞周期的整数除数。相关实验表明，细胞周期聚集发生在振荡培养中。
2008年5月28日QBI研讨会
Irvine 159 4:10-5:00PM
Sonya Bahar，物理与天文学系神经动力学研究中心
密苏里大学圣路易斯分校
“大脑同步：从癫痫到创伤性脑损伤”
文摘:
我将讨论随机相位同步分析在两种病理情况下的应用：(1)大鼠局灶性癫痫发作时皮层神经同步成像；(2)人创伤性脑损伤时眼与靶间的同步。在第一项研究中，我们在4-氨基吡啶诱发癫痫发作期间对大鼠皮层进行体内电压敏感染料成像。我们发现，在癫痫发作期间，癫痫发作活动的所有区域之间的同步性急剧增加，这支持了癫痫发作活动与受影响大脑区域的大量神经放电过度同步相关的假设。在创伤性脑损伤研究中，我们研究了脑损伤对平滑追踪眼运动的影响，在该研究中，人类受试者被要求在视觉上跟踪在圆形路径上移动的目标。我们发现年龄，受伤和认知负荷都会影响受试者追踪目标的能力。
2008年5月23日物理研讨会
沃尔特大厅245，下午4:10-5:00
丹·哈默，宾夕法尼亚大学生物工程系
（还没有标题，但是这个领域是细胞粘附，已经和Goetz和Tees一起发表了）
2008年5月22日物理学专题讨论会
沃尔特大厅245，下午4:10-5:00
Venki Ramakrishnan， 2006年文理学院杰出校友
剑桥大学分子生物学MRC实验室
“核糖体：细胞的蛋白质工厂和抗生素如何破坏它。”
2008年5月21日应用与计算数学研讨会
莫顿大厅320，下午4:10-5:00
Anastasios Matzavinos，威廉希尔亚洲真人平台立大学数学系
肌动蛋白丝动力学的理论方法
2008年5月19日生物和生物医学科学研讨会
欧文厅159，下午4:10-5:00
David M Senseman，德克萨斯大学圣安东尼奥分校生物系
题目：“海龟制造波浪：视觉信息的皮质处理”
2008年5月16日研讨会
欧文厅159，下午2:10-3:00
杰弗里·R·格罗夫，威廉玛丽学院
题目：“钙泡芙和火花的马尔可夫链模型”
摘要。局部胞质Ca2+升高被称为泡和火花是细胞功能的重要调节剂，这是由于Ca2+调节的肌醇1,4,5-三磷酸受体（IP3Rs）或红嘌呤受体（RyRs）共同定位于内质网或肌浆网表面的Ca2+释放位点而产生的协同活性。理论研究表明，Ca2+调控的Ca2+通道集群的合作门控建模为连续时间离散状态马尔可夫链，可能导致Ca2+泡芙和火花的动力学联想。在这样的模拟中，个体Ca2+释放通道通过局部[Ca2+]的数学表示耦合，并表现出“随机Ca2+兴奋性”，其中通道以协调一致的方式打开和关闭。
在这次研讨会上，我将介绍Ca2+释放位点的马尔可夫链模型的模拟结果，这些Ca2+释放位点由Ca2+激活和灭活的通道组成。这些模拟有助于阐明Ca2+失活在气泡和火花的产生和终止中的作用。研究发现，当失活通道的平均比例显著时，泡芙和火花往往对释放位点的通道数量和通道间Ca2+偶联强度的变化不太敏感。重要的是，我们发现Ca2+失活可能是一个重要的负反馈机制，有助于泡芙/火花终止，即使它的时间常数远远大于泡芙和火花的持续时间。我还将展示模拟结果，研究释放位点模型所显示的泡泡和火花的动力学，包括Ca2+耦合和通道之间的最近邻变构耦合。观察到，在能量上稳定相邻通道对（当两个通道处于相同状态时）的变构相互作用通常会促进泡泡和火花。有趣的是，气泡和火花的动力学对变构相互作用的空间方面有些不敏感，导致计算效率的“平均场”近似于完整的空间显式释放点模型。
2008年4月。国家科学基金会授予Peter Jung奖。Peter Jung获得美国国家科学基金会“卵母细胞成熟过程中钙信号分化的建模”项目资助，165,813美元。
2008年3月13日研讨会（联合CMMS/QBI）
沃尔特大厅245，下午4:10-5:00
Ulrike Feudal，加州大学圣巴巴拉分校和Carl von Ossietyky大学，奥尔登堡，德国
题目：“海洋系统简单模型的时空格局”
摘要。海洋系统的时空格局是种群动态与物理迁移过程相互作用的结果。这些物理运输过程可以是海洋沉积物中的扩散过程，也可以是水柱中生物物种的平流过程。我们在一个简化的模型中研究了沉积物中一个细菌种群及其营养物质的动力学，考虑到所考虑的细菌具有活性和非活性状态，其中激活是由信号分子处理的。此外，营养物质通过生物灌溉进行主动输送，通过扩散进行被动输送。结果表明，在一定条件下，图灵模式可以产生异质的物种空间格局。生物灌溉对图灵模式的影响导致“热点”的出现，即细菌活性增强的局部区域。在水柱中，平流是主要的物理过程。我们研究了岛屿尾流中尺度水动力结构对生物生长过程的影响。我们使用流函数方法来描述速度场，展示了远离岛屿的营养物上涌如何影响靠近岛屿的浮游生物的进化。我们特别指出，中尺度涡旋作为浮游生物生长的孵化器，导致涡旋内局部浮游生物大量繁殖。
2008年2月6日研讨会
欧文厅159，下午4:10-5:00
格雷格·史密斯，威廉玛丽学院应用科学系。
模拟心肌细胞钙诱导的钙释放的局部控制
摘要。我将提出一种概率密度方法来模拟心肌细胞兴奋-收缩偶联过程中通过l型钙通道和钙诱导的钙释放介导的局部钙内流。导出了以“Ca释放单元”状态为条件的肌层下亚空间和连接肌浆网（Ca）随时间变化的概率密度的耦合平流-反应方程。当使用高分辨率有限差分格式对这些方程进行数值求解，并将得到的概率密度耦合到大量肌浆网和肌浆网的常微分方程[Ca]时，就产生了一个真实但最小的心脏兴奋-收缩耦合模型。使用这种概率密度方法建模Ca释放单元活动，避免了解决全局Ca信号的空间方面的计算要求高的任务，同时准确地表示双矢子空间和连接肌浆网耗尽域群体中的异质局部Ca信号。概率密度方法通过与传统蒙特卡罗模拟的比较，验证了生理上真实的Ca释放单元数量，并对计算效率进行了基准测试。[这是与George S. B. Williams, Marco A. Huertas, Eric A. Sobie和M. Saleet Jafri合作完成的。]
2007年11月1日数学快照讲座
莫顿大厅222，下午4:10-5:00。
温弗里德·贾斯特，俄亥俄大学数学系
“理解生命的数学工具”
摘要。学生们经常问：“我需要知道什么才能成为一个成功的数学使用者？”本讲座将说明如何使用不同数学领域的工具来建立数学模型，并根据这些模型对现实世界进行推断。演讲者研究数学在生物学中的应用。在演讲中，他将给出一些简单的例子，生物学家试图借助数学模型来回答这些问题。他将说明数学建模的过程，并将简要介绍一些来自不同数学领域的工具，如线性代数、微分方程、随机过程和动力系统，这些工具可以用来回答这些问题。没有事先的知识的生物学或上述数学领域将被假定在谈话。
2007年10月30日研讨会
欧文厅159，下午4:10-5:00。
意大利卡梅里诺大学客座教授Fabio Marchesoni将以“单分子实验：物理学家的解释”为主题，为“生物学中的随机现象”举办三场研讨会中的第三场。
摘要
即使从物理学家的角度来看，单分子实验也是知识和信息的宝贵来源。我们讨论了RNA折叠展开实验如何极大地有助于阐明大波动在非平衡统计物理中的作用。小系统的非平衡热力学描述了系统与其环境在几个kBT的低能量范围内的能量交换过程，其中布朗涨落占主导地位。这种涨落概念的新方法旨在确定描述从凝聚态物理到生物物理学等系统中发生的非平衡过程中的能量涨落的一般理论的构建块。特别是，最近提出的涨落定理和路径热力学可以用来从当前的单分子实验中提取信息。
2007年10月23日研讨会
欧文厅159，下午4:10-5:00。
罗宾·斯奈德，凯斯西储大学生物系
空间扩展系统中瞬态动力学的持续时间和行为：植物种群对改变的干扰制度的反应。
摘要。许多植物群落所依赖的干扰制度可以通过诸如灭火或放牧方式的变化或气候变化引起的天气模式的改变而改变。大多数关于环境变化的研究都集中在通过长期增长率研究种群的最终命运上，隐含地假设瞬态动态是短暂的。我提出了一个在竞争的一年生植物空间模型中的瞬态动力学的分析研究。我发现促进物种分离的性状也增加了反应性（扰动最初增长的趋势）和瞬态持续时间。
2007年10月16日研讨会
欧文厅159，下午4:10-5:00。
意大利卡梅里诺大学客座教授Fabio Marchesoni将以“分子马达的物理学”为主题，主持“生物学中的随机现象”研讨会的第二场。
摘要
我们的物理直觉，基于对大型机器的日常观察，当我们考虑到小的世界时，就失效了。这是一个反复无常的世界，由热和量子涨落所支配。这尤其适用于细胞的分子机制：它如何有效地违背热力学第二定律，几十年来一直困扰着统计物理学家。
我们讨论了热布朗运动如何耦合到一个无偏的，非平衡的环境，可以用来控制在微观甚至纳米尺度上以空间或动态对称性破缺为特征的生物和人工系统的操作。这种机制在物理学文献中被称为“布朗电机”或“噪声整流”。布朗运动的建设性作用是举例说明一维通道中噪声诱导输运的情况。我们提出了最常见的程式化布朗电机的工作原理和特点。为了优化和有选择地控制丰富多样的定向输运行为，这种装置在实验中特别容易实现。
2007年10月
生物学中的随机现象
来自意大利卡梅里诺大学物理系的客座教授Fabio Marchesoni将于10月的每周二下午4点10分在Irvine 159举办三场关于“生物学中的随机现象”的系列研讨会。主题是:
《随机共振》（10月2日）
“分子马达”（10月16日）和
“从生物数据中提取信息”（10月30日）。
2007年10月2日随机共振
摘要
传统智慧告诉我们，信号的传输和探测受到噪音的阻碍。然而，在过去的二十年中，随机共振（SR）的范式证明了这种断言是错误的：确实，添加适量的噪声可以增强信号，从而有助于在嘈杂的环境中检测信号。由于其简单性和稳健性，SR几乎可以在任何规模上工作，从而吸引了物理学家，地质学家，工程师，生物学家和医生的跨学科兴趣，他们现在将其用作特定目的的工具。
目前，存在着许多不同的SR模型，并且提出了不同的SR表征，以使实验人员更容易理解这一机制。本演示主要依赖于SR的两态模型，该模型足以展示SR的主要特征。最后，我们还讨论了超出一般SR场景的一些情况，但仍然以噪声的建设性作用为特征。
（稍后将公布10月16日和10月30日研讨会的摘要）。
2007年5月30日的研讨会
（应用数学研讨会）
莫顿320，下午4:10-5:00
德国恩西索，威廉希尔亚洲真人平台立大学，MBI将发表演讲：“朝着正确的方向前进：视网膜的方向选择性模型”
2007年5月16日的研讨会
（与生物物理讲座系列联合）
Clippinger 259下午4:10-5:00
佐治亚州立大学数学系的Andrey Shilnikov将发表演讲：“神经元模型爆发的途径”
2007年5月9日的研讨会
（与生物物理讲座系列联合）
Clippinger 259下午4:10-5:00
柏林洪堡大学物理系Tatiana Engel将发表演讲：“作为非马尔可夫首次通过时间问题的神经元放电统计”
2007年2月28日研讨会
（与生物物理讲座系列联合）
格罗夫纳西111号下午4:10-5:00
Jong-Hoon Nam，威斯康星大学麦迪逊分校生理学系，将发表演讲：“虚拟毛细胞：前庭毛细胞结构、动力学和机电转导的计算研究”
2007年2月21日研讨会
（与应用数学联合主办）
莫顿320，下午2:10-3:00
德国恩西索，威廉希尔亚洲真人平台立大学，MBI将发表演讲：“单调系统：稳定性和振荡”
2007年2月20日QBI研讨会
贝克中心239下午4:10-5:00
Gregg Hartvigsen， SUNY Geneseo生物系（目前在MBI休假），将做一个题为“我如何学会停止担忧并热爱流感”的演讲。
2007年1月12日QBI研讨会
（与数学系联合主办）
莫顿126下午4:10-5:00
Avner Friedman，威廉希尔亚洲真人平台立大学。弗里德曼博士是数学生物学学会的当选主席、美国国家科学院院士、数学生物科学研究所所长。他的演讲题目是：肿瘤生长的数学模型
2006年12月。授予NIH的Ellengene Peterson， Michael Rowe和Alexander Neiman。
Ellengene Peterson， Michael Rowe和Alexander Neiman因“脊椎动物毛细胞的生物力学”项目获得了美国国立卫生研究院的资助，资助金额2,827,313美元，2006年12月至2011年11月。
2006年11月8日研讨会
（与EEB研讨会联合举办）
欧文114 12:10-1:00 PM
杜克大学的Will Wilson将发表演讲：“机械过程的生态模式”
2006年10月25日研讨会
(数学讨论会)
莫顿322，下午3:00-4:00
Martin Feinburg，化学工程与数学，威廉希尔亚洲真人平台立大学，将发表一个研讨会：“理解复杂酶驱动反应网络中的双稳定性”
2006年10月18日QBI研讨会
（与应用数学/计算数学联合）
莫顿320，下午3:10-4:00
威廉希尔亚洲真人平台立大学工商管理硕士Brandilyn Stigler将发表“网络拓扑的逆向工程”研讨会。
2006年9月27日QBI研讨会
莫顿320下午3:10-4:10
威廉希尔亚洲真人平台立大学MBI教授Andrew Nevai将在研讨会上发表“植物争夺阳光的数学模型”。
2006年2月。NSF授予David Tees奖
David Tees获得了美国国家科学基金会颁发的职业生涯奖，项目为“模型毛细血管中的白细胞粘附和机械停搏”，432,986美元，2006年7月至2010年6月。
2005年9月。国家科学基金会授予金·卡丁顿奖
Kim Cuddington在2005年9月至2009年8月期间获得了美国国家科学基金会生态学部颁发的“预测模型捕食者-猎物系统中扩散限制的影响”项目，378,978美元。