Новости

Ученые разработали универсальную математическую модель

Фото: Пресс-служба УрФУ

Коллектив группы «Нелинейная стохастическая динамика» кафедры Теоретической и математической физики ИЕНиМ УрФУ разработал математическую модель, которая позволяет анализировать сложные реакции на случайные факторы. В модели сочетаются классическая математика и современные методы компьютерного анализа.

Модель помогает исследовать и выявить внутренние механизмы сложных динамических явлений нейронной активности, биохимии клеточных процессов, изменений в экологических системах, связанных с неизбежно присутствующими случайными возмущениями (которые не учитывают традиционные математические модели).

Один из примеров — анализ реакции нейронов на случайные стимулы. Результаты исследований по данной теме Российский научный фонд включил в топ-10 исследований российских ученых по итогам 2017 года.

«В данной работе мы рассматриваем особый тип динамики — тороидальный берстинг — это сложная форма реакция нейрона на возмущения. Ранее она никем не изучалась. В статье описаны механизмы возникновения тороидального берстинга: в чем он проявляется, от чего зависит, и как это систематически можно изучать».

Руководитель исследования, профессор кафедры теоретической и математической физики Лев Ряшко.

Результаты, полученные на примере одного нейрона, можно использовать при исследовании уже больших сетей нейронов.

«Поняв механизм возникновения возбуждения на отдельном нейроне, мы можем перейти к следующему шагу — изучение нейронных систем, и потом уже, если проясним реакцию на системе, можно переходить, скажем, к задаче управления какими-то реальными нервными системами, на которые можно воздействовать, к примеру, химическими препаратами. Наше теоретическое исследование от прикладного отделено целым рядом потенциально возможных и, видимо, будущих научных разработок. Сказать, что мы сделали таблетку, неправильно. Но без нас эту таблетку не сделают».

Нейронная динамика — одно из направлений научного проекта «математическое моделирование и анализ индуцированных шумом явлений в биологических системах», которое РНФ поддержал грантом (на 2016–2018 годы). Универсальная методика, которую разрабатывают математики, применима к изучению разных объектов: нейродинамика, внутриклеточные процессы, системы взаимодействующих популяций, зрительное восприятие объектов, динамика экономических процессов и климатических изменений.

Суть исследования заключается в следующем: ученые описывают биологические (или геофизические) процессы математическим языком и формируют для исследуемой системы соответствующую математическую модель. С помощью этой модели выявляют важнейшие закономерности поведения этой системы, на основе чего можно предугадывать реакции на различные воздействия и, к примеру, создавать препараты для лечения заболеваний нервной системы или объяснять вулканическую активность.

Читайте также
Пандемия COVID-19: государства не справились с домашним заданием
Пандемия COVID-19: государства не справились с домашним заданием
Вряд ли хоть у какой-то страны получится много месяцев сидеть в карантине.
Если бы парни заполучили машину времени: подборка научных мемов
Если бы парни заполучили машину времени: подборка научных мемов
Подборка новых и вечных научных мемов.
Как человек отключает естественный отбор?
Как человек отключает естественный отбор?
Обратная сторона современной гуманистической медицины — порча генофонда.