昼夜节律的刺激/反应动力学研究

Biological circadian rhythms, which are mainly conducted physiologically and behaviorally among animals, coordinate with the 24h solar day to provide temporal homeostasis. The fluctuations of external environment may exert unpredictable influences on circadian clock. Numerous data also reveals that many diseases might be associated with the damages of circadian clock. . As a result, it becomes a practical issue that how to maintain robustness of circadian clock under environmental changes. Inspired by the above question, we propose an interdisciplinary research, mainly by mathematical models and supplemented by biological experiments, to explore the response dynamics of circadian oscillators to different environmental stimuli. This project includes following main components: 1) Amplitude Response, especially singularity behavior (one phenomenon that circadian oscillation is suppressed by transient stimulus); 2) Periodic Response Memory by single stimulus; 3) Filtering Effect of high frequency stimuli (such as environmental noise). This study contains the single cell models, as well as population models.. We anticipate through this study, some scientific guidelines could be provided for improving the robustness of circadian rhythms in practice, and some theoretical results are to be achieved.

生物的昼夜节律是适应地球日夜周期性变化的生理活动规律。现代环境的多变性对生物钟（昼夜节律）带来了额外的影响，而生物钟的损伤则可能与多种疾病有关联。.. 因此，如何在多变的环境下维持生物钟的稳固，是一个重要的现实问题。受此问题驱动，我们拟使用数学模型为主、生物实验为辅的交叉研究手段，探索生物钟振子在多种环境刺激下的反应动力学及其内部机制。本项目的主要研究内容包括：1）振幅反应，特别是奇异性现象（短暂刺激导致振荡长时间被压制）；2）一次刺激引发的周期性记忆反应；3）对高频刺激（环境噪音）的滤波现象。其中同时包括单细胞的刺激/反应问题和细胞群体的同步问题。.. 我们希望这项研究为改善人体的昼夜节律提供理论支持，也为数学研究提供新颖的现象与研究思路。

生物的昼夜节律是适应地球日夜周期性变化的生理活动规律。现代环境的多变性对生物钟（昼夜节律）带来了额外的影响，而生物钟的损伤则可能与多种疾病有关联。.因此，如何在多变的环境下维持生物钟的稳固，是一个重要的现实问题。受此问题驱动，我们使用数学模型为主、生物实验为辅的交叉研究手段，探索了生物钟振子在多种环境刺激下的反应动力学及其内部机制。本项目完成的研究内容包括：1）小鼠在光照/黑夜切换情况下的，背离环境影响的相关生物钟基因搜索方法；2）外环境牵引生物钟Rev-Rorα 通路调控机制；3）外刺激下的振幅反应的一般性建模和理论研究，包括单细胞的刺激/反应问题和细胞群体的同步问题；4）通过手环心率数据获取人类节律参数算法设计。.这些结果为改善人体的昼夜节律提供理论支持，也为数学研究提供新颖的现象与研究思路。