070a-1-opreview (1143436)
Текст из файла
9~~~~~~~ О Н 1О Сераатеп1 о1 Роуаса апо А91сопоау СЬРР1преп Реаеапсо Ьаоопа!Ьпеа А1пепа, СН 45701-2979 Т; 740.593.1718 Р: 740 593 0433 Со9ере о1 АФ апо 5оепсеа В диссертационный совет Д 212.229.25 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» отзыв официального оппонента на диссертацию Лавровой Анастасии Игоревны на тему: вМетод доминантного параметра в моделировании и анализе динамики биологических осцилляторов», представленной на соискание ученой степени доктора физико-мапгемапгических наук по специальности 03.0!.02 — Биофизика Актуальность темы диссертации Математическое моделирование в физике, химии и биологии является одним из мере отражено в диссертации. основных инструментов для описания различных процессов, исследования их механизмов и прогнозирования результатов проводимого параллельно эксперимента.
В связи с бурным ростом объема исследований в фармакологии и нейробилогии, накопления экспериментальных данных, потребовались более усложненные модели, учитывающие иерархическую сложность взаимодействий переменных в биосистемах, а также зависимость динамики от большого количества параметров. В свою очередь это требует разработки новых подходов в моделировании биологических систем, так как большие и разветвленные модели достаточно «тяжеловесны» для выявления динамических и биофизических механизмов функционирования и дальнейшего прогноза. При этом необходимо при выделении основных переменных, параметров или процессов отталкиваться от совокупности экспериментального материала, а не от конкретного, возможно интересного, наблюдаемого режима, описываемого в рамках классической теории динамических систем.
В тоже время требуются эффективные методы анализа, позволяющие описать широкий спектр динамических режимов, возникающих в сложных системах. В этом смысле актуален подход выделения доминантного параметра или группы параметров, беруший свое начало из физики, что в полной Практическая значимость результатов диссертации Разработанный в диссертации подход редуцирования моделей и процессов, применим для широкого класса химических, биологических и радиофизических систем, где наблюдаются автоколебательные режимы. Результаты диссертации могут быть использованы в сфере разработок в биотехнологиях, для выявления механизмов образования временных и пространственных структур и в программном обеспечении для обработки медицинских данных, например анализе и интерпретации кардио- и энцефалограмм.
Рекомендации по использованию результатов диссертации Результаты диссертации будут полезны при исследовании био физических, радиофизических и химических системах, в связи с чем они могут использоваться в лабораториях, в которых проводятся междисциплинарные исследования. В этой связи я бы рекомендовал публикацию обзора посвященному основной идеи диссертации — выделению и использованию доминантных параметров при исследовании сложных систем, например в УФН или в РЬуясз К.еропз. Результаты диссертации могут служить основой для создания ряда курсов и учебных пособий для магистров и аспирантов в области биофизики, физической химии и теоретической нейродинамики.
Обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается: — подтверждением результатов моделирования натурным экспериментом; - публикацией результатов исследования в 23 рецензируемых работах в изданиях, рекомендованных ВАК и проиндексированных %оБ и!или Ясорцз. Автор опубликовала свои работы в журналах высокого уровня, где каждая статья проходит достаточно строгую рецензию с 2-3 независимыми рецензентами; апробацией результатов исследования на международных научных конференциях.
Основные научные результаты диссертации и их значимость для науки В диссертации рассмотрены биологические системы на разных уровнях организации от метаболического до малых сетей из взаимодействующих осциллирующих элементов. Каждая глава посвящена одному из уровней организации, однако все главы связаны основной идеей. В первой главе сделан обзор систем и моделей используемых в работе, приведен обзор экспериментальных результатов.
В главе убедительно обосновывается необходимость выбора одного или группы доминантных параметров и ключевых процессов на основании анализа экспериментальных данных, формулируются цели и задачи. Во второй главе рассматривается реакционно-диффузионная система, описывающая образование структур в при-мембранной области клетки водоросли, где в качестве доминантного параметра выбрана интенсивность светового воздействия. Наряду с этим рассматриваются фоторецепторные клетки моллюсков, где до мин анти ым воздействием также является световая интенсивность. Наиболее значимым результатом здесь является разработка и апробация нового вейвлет-бифуркационного метода для выявления качественных изменений динамики процессов при медленном изменении управляющего параметра.
Этот подход особенно ценен для экспериментаторов, так как в эксперименте зачастую параметры системы медленно сканируются и реализуемые состояния системы являются переходными. С другой стороны, бифуркационный анализ моделей в большинстве работ оперирует со стационарными (установившимися) режимами. Поэтому установление связи между наблюдаемыми метастабильными режимами и соответствующими структурными изменениями с использованием вейвлетн ого анализа является важным и интересным. В третьей главе рассматриваются пространственно-временная динамика гликолиза, где в качестве доминантного параметра выбирается концентрация АТФ, от которой зависит реализация того или иного процесса.
Одним из важных результатов является объяснение эффекта изменения направления распространения волны в гликолизе в зависимости от кривизны потока субстрата АТФ. Этот теоретический результат, полученный автором с использованием построенных моделей был подтвержден позже в экспериментах. Не менее значимым результатом главы является определение ключевой роли АТФ в распаде меркаптопурина в гепатоцитах печени при лейкозах, где начальный уровень концентрации АТФ в клетке может приводить как к накоплению токсических продуктов распада, так и полезного вещества, разрушающего онкологические клетки.
В качестве основного результата построенной модели предполагается использовать концентрацию АТФ в качестве маркера успешного лечения, что в принципе было продемонстрировано на клинических данных, взятых от пациентов, больных лейкозом. С теоретической точки зрения особый интерес представляет результат о сведении целого класса биохимических систем к обобщенному уравнению Рэлея, продемонстрированный на примере моделей гликолиза Селькова и Брюсселятора. Четвертая глава посвящена супер-клеточному уровню, то есть исследованию малых сетей до четырех осциллирующих элементов (нейронов и химических осцилляторов).
Здесь в качестве доминантных параметров могут выступать несколько факторов, такие как величина связи между элементами, задержка и степень асимметрии в системе. Новым и интересным результатом в этой главе является предложенная минимальная модель сети гиппокампа, которая качественно воспроизводит наблюдаемые ритмы и переключения между ними.
В комбинации с выделенными доминантными параметрами, модель позволила автору построить карту ритмических режимов в пространстве параметров. Важными является результаты применения обратного вейвлет-анализа к экспериментальным временным рядам эпилептической активности. Автор показал, что этот метод позволяет провести эффективную декомпозицию сложного зашумленного сигнала на доминирующие частотные компоненты и таким образом определить минимальное число элементов, отвечающих за появление эпилептической структуры во временном ряде. Потенциально, этот результат открывает новые возможности в области анализа патологических состояний мозга и имеет несомненную практическую значимость.
Таким образом, можно сделать вывод, что совокупность полученных результатов, изложенных в диссертационной работе Лавровой Анастасии Игоревны, обладает несомненной научной новизной и имеет практическую значимость. Диссертационная работа может быть квалифицирована как важное научное достижение. Замечания по диссертации Как по любому содер>кательному и интересному исследованию, по данной работе можно сделать ряд замечаний. 1. В диссертации есть ряд опечаток, пропущенных слов.
Особенно изобилует ими глава 4. На нескольких рисунках отсутствуют единицы измерения, например, рис. 2.21, 2.22, 4.15, 4.16. Часто автор непоследователен в использовании терминов (ответ — отклик, приток — вток и т. д.). 2. Во второй главе, при обосновании вейвлет-бифуркационного метода, автор упоминает пакеты программ МАТСОМТ и АЫТО и пишет, что эти пакеты не предназначены для исследования систем с сильной нелинейностью. Во-первых, упомянутые пакеты предназначены для продолжения устойчивых и неустойчивых режимов по параметру.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
