Model Comparison and Assessment for Single Particle Tracking in Biological Fluids
Model Comparison and Assessment for Single Particle Tracking in Biological Fluids
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生物流体中单粒子追踪的模型比较和评估
DOI：
10.1080/01621459.2016.1158716
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发表时间：
2014
影响因子：
3.7
通讯作者：
Scott A. McKinley
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Martin Lysy;N. Pillai;David B. Hill;M. Forest;John Mellnik;Paula A. Vasquez;Scott A. McKinley
摘要被动粒子跟踪显微镜的最新技术提供了生物流体中各种外来粒子的高分辨率路径轨迹。对于直径为1 μm的粒子，这些路径通常与简单布朗运动不一致。然而，尽管有大量的数据证实了这些发现及其广泛的科学意义，复杂粒子运动的随机建模却受到了相对较少的关注。即使在假设的模型中，也几乎没有关于基于似然性的推断、模型比较和其他定量评估的文献。在这篇文章中，我们开发了一个严格的和计算效率的贝叶斯方法来解决这个差距。我们分析了两个最流行的候选模型为30秒的路径的1 μm直径的示踪粒子在人肺粘液：分数布朗运动（fBM）和广义朗之万方程（GLE）符合粘弹性理论。我们的模型比较明显有利于GLE超过fBM，前者描述的数据非常好的时间尺度，我们有可靠的信息。本文的补充材料可在网上查阅。
ABSTRACT State-of-the-art techniques in passive particle-tracking microscopy provide high-resolution path trajectories of diverse foreign particles in biological fluids. For particles on the order of 1 μm diameter, these paths are generally inconsistent with simple Brownian motion. Yet, despite an abundance of data confirming these findings and their wide-ranging scientific implications, stochastic modeling of the complex particle motion has received comparatively little attention. Even among posited models, there is virtually no literature on likelihood-based inference, model comparisons, and other quantitative assessments. In this article, we develop a rigorous and computationally efficient Bayesian methodology to address this gap. We analyze two of the most prevalent candidate models for 30-sec paths of 1 μm diameter tracer particles in human lung mucus: fractional Brownian motion (fBM) and a Generalized Langevin Equation (GLE) consistent with viscoelastic theory. Our model comparisons distinctly favor GLE over fBM, with the former describing the data remarkably well up to the timescales for which we have reliable information. Supplementary materials for this article are available online.
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