上海大学学报(自然科学版) ›› 2017, Vol. 23 ›› Issue (2): 290-297.doi: 10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.005

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相位同步讨论哺乳动物的昼夜节律

樊庆端1,2, 刘曾荣1,3   

  1. 1. 上海工程技术大学基础教学学院, 上海 201620;
    2. 上海大学系统生物技术研究所, 上海 200444;
    3. 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200444
  • 收稿日期:2015-11-07 出版日期:2017-04-30 发布日期:2017-04-30
  • 通讯作者: 刘曾荣(1943—), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为系统生物学. E-mail: zrongliu@126.com
  • 作者简介:刘曾荣(1943—), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为系统生物学. E-mail: zrongliu@126.com
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(10832006, 11172158)

Circadian rhythm in mammal based on phase synchronization

FAN Qingduan1,2, LIU Zengrong1,3   

  1. 1. College of Fundamental Studies, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China;
    2. Institute of Systems Biology, Shanghai University, Shanghai 200444, China;
    3. School of Communication and Information Engineering, Shanghai University Shanghai 200444, China
  • Received:2015-11-07 Online:2017-04-30 Published:2017-04-30

摘要:

实验表明哺乳动物视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)神经元集体涌现出的节律控制着中央神经中枢和外围组织, 从而形成哺乳动物的昼夜节律. 为了探索昼夜节律的涌现机制, 根据已有实验结果构建了SCN 神经元耦合网络, 并建立了描述昼夜节律的修正的Kuramoto 模型. 研究发现, 昼夜节律的涌现是通过相位同步来表达的. 另外, 讨论了模型参数对描述相位同步的序参数的影响, 其结果与生物学讨论吻合. 该模型为解释昼夜节律的产生机制提供了一个新思路.

关键词: Kuramoto 模型 ,  视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN),  相位同步, 昼夜节律

Abstract:

A collective rhythm emerges in suprachiasmatic nucleus (SCN) of mammals hypothalamus, controlling the central nervous system and peripheral tissues. To explore the emergence of circadian rhythms, a modified Kuramoto model of the SCN network is established, and its phase synchronization is analyzed. The results show that emergence of circadian rhythm is expressed by phase synchronization. The effect of parameters on order parameter is studied, showing agreements with biological facts. This study provides insights of the mechanism of circadian rhythm.

Key words: Kuramoto model, phase synchronization, suprachiasmatic nucleus (SCN), circadian rhythm