@ 2021.05.17 , 11:30

数学中的图论成为描述人体生理调节方式的工具

健康的人体善于自我调节。无论周围的温度高或低,我们的体温保持在37℃左右。我们血液中的糖含量相当稳定,即使我们刚刚喝下一杯果汁。我们的骨骼中具有钙成分,而其他部位则没有。

没有这种被称为 "平衡" 的调节,我们就无法生存。而当调节系统崩溃时,就可能会导致疾病,甚至是死亡。

在美国科学促进会年度会议上,研究人员提出数学理论工具可以解释和预测这些“失衡”,还有可能提供新的治疗方法。

俄亥俄州立大学自然和数学科学杰出教授马蒂·戈鲁比茨基(Marty Golubitsky)说:"平衡是一种生物现象,没有它,生物系统就无法工作。如果我们找到了详细的、准确的数学模型,就可以对这些系统进行数值探索,找到控制方法,然后就能够预测生理走向,以及如何能够纠正它。"

科学家们已经很好地掌握了“平衡”背后的生物学原因。我们身体中的某些系统必须保持恒定,以便发挥功能,使我们的身体保持活力。不过,用于描述它的数学却还不那么确定。

共同作者、俄亥俄州的数学教授Janet Best说:"这是精准医疗的一部分,"他也是俄亥俄州数学生物科学研究所的联合主任。"人是不同的,你需要一个能对所有人起作用的模型。我们认为这就是我们在这里开发的东西。"

在MBI和其他研究数学和生物学交叉领域的机构已经建立了模型来解释身体如何在各种系统中保持平衡。这些模型的核心是图,graph,一个数学概念,可以解释物体之间的关系。

Golubitsky和Best说,图论可以帮助解释和预测身体内平衡状态的变化。他们说,这种解释对生物学家和医学界来说是有用的。

美国科学院的报告用图模拟了身体如何平衡调节多巴胺水平,以及用图论中的工具预测平衡的属性。Golubitsky和Best描述了多巴胺和分解它的酶如何被表示为与图形相关的数学公式。

他们表明,通过计算节点的变化,有可能计算或预测多巴胺水平的变化。Golubitsky说,这种方法可以扩展到其他系统。

他说:"平衡是生物学中一个足够重要的领域,如果数学能做出任何贡献,那就是一种成功。”

https://phys.org/news/2021-03-graph-theory-biologists-homeostasis.html


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