070a-3-opreview (Метод доминантного параметра в моделировании и анализе динамики биологических осцилляторов)

Отзыв официального оппонента В диссертационный совет Д212.229,25 при ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию Лавровой Анастасии Игоревны на тему: «Метод доминантного параметра в моделировании и анализе динамики биологических осцилляторов», представленной на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности «03.01,02 - биофизика» Актуальность темы диссертации Существование биологических и экологических систем определяется совокупностью множества факторов, зачастую не независимых, связанных между собой нелинейным образом, обусловливающих нерегулярную и часто трудно предсказуемую динамику этих систем. Математическое описание такой динамики может потребовать использования многомерной области параметров, численные значения которых во многих случаях с трудом поддаются идентификации на основании экспериментальных данных и/или результатов полевых наблюдений.

В силу указанной сложности процессов, протекающих в биологических и экологических системах, появляется необходимость выявления основных факторов и соответствующих, доминантных, параметров, вариации которых могут качественным образом изменять характер динамики исследуемых систем. Такая необходимость обусловливает актуальность разработки подхода к анализу динамики биологических систем на основе выделения доминантного параметра, являющейся темой диссертации А.И. Лавровой.

Практическая значимость результатов диссертации К наиболее значимым практическим результатам диссертационного исследования А.И. Лавровой относится следующий: показано, что концентрация АТФ может рассматриваться как управляющий параметр, контролирующий динамику трансформации б-меркаптопурина и выбор того из метаболических путей, который, с учетом множественности факторов метаболизма, сопутствующего лимфобластному лейкозу, приводит к клинически желательному исходу.

Рекомендации по использованию результатов диссертации Результаты диссертации открывают перспективу их использования для анализа динамики широкого класса систем, относящихся к смежным областям науки ~например, химических и радиофизических систем), а также- для планирования биотехнологических экспериментов. Материалы диссертационного исследования могут быть рекомендованы для учебного процесса в высших учебных заведениях при подготовке учебных программ по направлениям: биофизика, прикладная математика. Обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждаетси: ° сопоставлением результатов диссертации с трудами отечественных и зарубежных исследователей; ° апробацией результатов диссертационного исследования на международных научных конференциях; ° публикацией результатов исследования в 25 печатных работах; из них 23 работы — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и в приравненных к ним изданиях, индексируемых в базах %еЬ оГ Яс~епсе и Бсорцз.

Основные научные результаты диссертации (1) С использованием математического моделирования показано, что интенсивность света является параметром, регулирующим процессы, которые обусловливают нел ~нейную динамику рН и трансмембранного потенциала в фотосинтезирующей клетке. (2) На примере анализа динамики трансмембранного потенциала с использованием трех компонентной модели фотосинтезирующей клетки продемонстрирована эффективность разработанного в ходе выполнения диссертационной работы метода вейвлетбифуркационного анализа, позволяющего исследовать нелинейные динамические режимы в зависимости от адиабатически меняющегося доминантного параметра. (3) Выделены характерные частоты колебаний фоторецепторных клеток брюхоногих моллюсков в результате воздействия света.

(4) С помощью модифицированной модели Селькова, описывающей гликолиз с гетерогенным притоком субстрата, при изменении характеристик которого на основе амплитудно-фазового представления модели проведена интерпретация изменения направления волны от сходящихся к расходящимся и наоборот. (5) На основе анализа модели химической кинетики брюсселятора и биохимической модели Селькова выделен класс динамических систем, сводящихся к обобщенному уравнению Рэлея. (6) На основе редукции гиппокампальной сети нейронов, где в качестве доминантного параметра, управляющего переключениями между гамма-, тета и тета-гамма осцилляциями, был определен параметр силы связи между медленной и быстрой системами нейронов, выявлены механизмы переходов между указанными осцилляторными режимами, Продемонстрирована минимальность редуцированной сети, позволяющей адекватно воспроизводить наблюдаемые в эксперименте режимы, Замечания по диссертации (1) На стр.

19 и 63 диссертации автором упоминаются «квазихаотические режимы» колебаний. Желательно дать определение такого типа динамики. В тексте диссертации оно, к сожалению, отсутствует. (2) Подписи к рисункам должны давать полное и независимое от основного текста представление о том, что изображено на рисунке. К сожалению, в частности, подпись к рисунку 1.10 недостаточно полна. В подписях к некоторым другим рисункам полная информация (которую можно, правда, извлечь из текста диссертации, что не всегда удобно при чтении) также отсутствует. (3) Численные значения (даже безразмерных) параметров модели, приведенные на стр. 51, различаются на порядки.

Вопрос: насколько чувствительны результаты численных экспериментов к небольшим вариациям численных значений этих параметров? (4) На стр. 56 диссертации отмечено, что для анализа динамики модели «был применен бифуркационный анализ, который для данной модели, в силу ее сильной нелинейности, был выполнен в основном численно». Вопрос: что подразумевается автором диссертации под выражением «в основном»? (5) В подписи к рис. 2.10 и в комментариях к рис. 2,17 на стр. 74 утверждается, что динамика является хаотической ( или «соответствует хаотической пер емежаемости» на стр. 70). «Хаос» (при анализе оригинальных, т.е. полученных диссертантом результатов) упоминается и на стр.

165: «Если проводимость 61.Р меньше 0.0016, "симметричный" гамма-ритм сменяется хаосом». К сожалению, мне не удалось обнаружить в тексте диссертации таких результатов анализа, которые бы подтверждали хаотический характер соответствующих динамических режимов. При этом указание на то, что фазовый портрет, показанный на рис. 2.17, типичен для хаотического поведения, не может являться аргументом, достаточным для характеристики динамики как хаотической.

(6) На стр. 89 отмечается: «В качестве доминантного параметра логично выбрать в данном случае приток субстрата». В связи с этим — вопрос: как может процесс, приток субстрата, выступать в качестве параметра? Если имеется в виду скорость притока субстрата, то она, в свою очередь зависит от параметров то и мь. Следует уточнить, какой параметр в данном случае является доминантным. (7) На стр. 200 диссертации указывается, что «после глобального наложения всех четырех частных угловых изображений (рис.

4.20а-д) формирует карту активности, достаточно близко воспроизводящую экспериментальную картину рис. 4.17». Даже если пренебречь странной структурой цитируемой фразы, сходство экспериментальной картины (рис. 4,17) и ее реконструкции не кажется очевидным и требует дополнительного обсуждения. И в связи с этим разделом диссертации: в тексте диссертационной работы мне не удалось найти ссылку на рис. 4.21.

Заключение Диссертационная работа Лавровой Анастасии Игоревны «Метод доминантного параметра в моделировании и анализе динамики биологических осцилляторов» в целом является законченной научно- квалификационной работой„выполненной лично автором, имеет практическое применение и соответствует требованиям пункта 9 «Положения о присуждении ученых степеней», поскольку является крупным научным достижением. Содержание автореферата диссертации и опубликованных работ отражают основные положения диссертационного исследования. Автор диссертационной работы Лаврова Анастасия Игоревна заслуживает присуждения ученой степени доктора доктора физикоматематических наук по специальности «03.01.02 - биофизика». Официальный оппонент Медвинский Александр Берельевич, профессор, главный научный сотрудник Лаборатории биофизики возбудимых сред Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Почтовый адрес: ул.

Институтская, 3, Пущино, Московская обл., 142290 Телефон: +7-909-900-5438 Адрес электронной почты: а1ехапйег тейипз1уфуаЬоо.сот, А.Б. Медвинский 27 августа 2018 г. .