Computation, analysis and control of biological pattern formation

生物模式形成的计算、分析和控制

基本信息

  • 批准号:
    340739-2008
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2009-01-01 至 2010-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Complex systems with interacting components frequently give rise to `emergent properties', or pattern formation phenomena. Models for pattern formation are ubiquitous in biology and are an intensive area of research. An important class of models are reaction-diffusion equations (RDEs). RDEs have been used to model many biological pattern phenomena arising in, plankton dynamics, nerve impulses, chemotaxis, cardiac arrhythmias, epidemiology, and morphogenesis, to name a few (see J.D. Murray's classic text 'Mathematical Biology'). I interpret patterning in a broad sense to include both spatio-temporal dynamics and stationary solutions arising due to diffusion induced instability (Turing patterns). Researchers are becoming more aware of the need to incorporate spatial structure in biological and epidemiological models, and to identify spatial scales. Spatial structures correspond to physical features of the environment, or to intrinsic characteristics of ecological processes and phenomena. Most realistic models are nonlinear, and thus numerical methods have a vital role to play in investigating the key mechanisms that regulate self organization in complex systems. However, the numerical analysis of RDEs with real applications lags behind advances in modeling. Therefore, the development of efficient and accurate numerical methods for the approximation of spatially explicit biological models is a fertile and growing research field. Another area that is underdeveloped is the control of pattern formation using the mathematical discipline of optimal control theory. In most situations, the need to control the evolution of a system comes naturally after establishing the mathematical model. Optimal control theory can also be used to identify key parameters in a biological system. The methodology I use in my proposal entails the cross-fertilization between numerical analysis, applied mathematical analysis, and scientific computing to study biological pattern formation modeled by RDEs. My proposal focuses on the numerical approximation and control of nonlinear RDEs modeling biological pattern formation, with applications in epidemiology, natural resource management, ecology, and various biomedical areas.
具有相互作用组件的复杂系统经常产生“涌现特性”,或模式形成现象。模式形成的模型在生物学中无处不在,是一个密集的研究领域。一类重要的模型是反应扩散方程(RDEs)。RDEs已被用于模拟许多生物模式现象,如浮游生物动力学、神经冲动、趋化性、心律失常、流行病学和形态发生,仅举几例(参见J.D. Murray的经典文本“数学生物学”)。我从广义上解释模式,包括时空动力学和由扩散引起的不稳定性(图灵模式)引起的固定解决方案。研究人员越来越意识到需要将空间结构纳入生物学和流行病学模型,并确定空间尺度。空间结构与环境的物理特征或生态过程和现象的内在特征相对应。大多数现实模型都是非线性的,因此数值方法在研究复杂系统中调节自组织的关键机制方面起着至关重要的作用。然而,实际应用的rde的数值分析滞后于建模的进展。因此,开发高效和精确的数值方法来逼近空间显式生物模型是一个肥沃和不断发展的研究领域。另一个不发达的领域是利用最优控制理论的数学学科来控制图案的形成。在大多数情况下,在建立数学模型之后,控制系统演化的需求自然会出现。最优控制理论也可用于识别生物系统中的关键参数。我在提案中使用的方法需要数值分析,应用数学分析和科学计算之间的交叉施肥,以研究RDEs模型的生物模式形成。我的建议侧重于模拟生物模式形成的非线性RDEs的数值逼近和控制,应用于流行病学,自然资源管理,生态学和各种生物医学领域。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Garvie, Marcus其他文献

Garvie, Marcus的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Garvie, Marcus', 18)}}的其他基金

Finite element methods for nonlinear reaction-diffusion systems with applications in biology.
非线性反应扩散系统的有限元方法及其在生物学中的应用。
  • 批准号:
    340739-2013
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Finite element methods for nonlinear reaction-diffusion systems with applications in biology.
非线性反应扩散系统的有限元方法及其在生物学中的应用。
  • 批准号:
    340739-2013
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Finite element methods for nonlinear reaction-diffusion systems with applications in biology.
非线性反应扩散系统的有限元方法及其在生物学中的应用。
  • 批准号:
    340739-2013
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Finite element methods for nonlinear reaction-diffusion systems with applications in biology.
非线性反应扩散系统的有限元方法及其在生物学中的应用。
  • 批准号:
    340739-2013
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Finite element methods for nonlinear reaction-diffusion systems with applications in biology.
非线性反应扩散系统的有限元方法及其在生物学中的应用。
  • 批准号:
    340739-2013
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Computation, analysis and control of biological pattern formation
生物模式形成的计算、分析和控制
  • 批准号:
    340739-2008
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Computation, analysis and control of biological pattern formation
生物模式形成的计算、分析和控制
  • 批准号:
    340739-2008
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Computation, analysis and control of biological pattern formation
生物模式形成的计算、分析和控制
  • 批准号:
    340739-2008
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Computation, analysis and control of biological pattern formation
生物模式形成的计算、分析和控制
  • 批准号:
    340739-2008
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual

相似国自然基金

Scalable Learning and Optimization: High-dimensional Models and Online Decision-Making Strategies for Big Data Analysis
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    合作创新研究团队
Intelligent Patent Analysis for Optimized Technology Stack Selection:Blockchain BusinessRegistry Case Demonstration
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    外国学者研究基金项目
利用全基因组关联分析和QTL-seq发掘花生白绢病抗性分子标记
  • 批准号:
    31971981
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于SERS纳米标签和光子晶体的单细胞Western Blot定量分析技术研究
  • 批准号:
    31900571
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
利用多个实验群体解析猪保幼带形成及其自然消褪的遗传机制
  • 批准号:
    31972542
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于Meta-analysis的新疆棉花灌水增产模型研究
  • 批准号:
    41601604
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于个体分析的投影式非线性非负张量分解在高维非结构化数据模式分析中的研究
  • 批准号:
    61502059
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多目标诉求下我国交通节能减排市场导向的政策组合选择研究
  • 批准号:
    71473155
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
大规模微阵列数据组的meta-analysis方法研究
  • 批准号:
    31100958
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于物质流分析的中国石油资源流动过程及碳效应研究
  • 批准号:
    41101116
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CAREER: Computation-efficient Algorithms for Grid-scale Energy Storage Control, Bidding, and Integration Analysis
职业:用于电网规模储能控制、竞价和集成分析的计算高效算法
  • 批准号:
    2239046
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Theory of Computation for Analysis and Control of Discrete-Time Dynamical Systems
离散时间动力系统分析与控制计算理论
  • 批准号:
    547093-2020
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Doctoral
Analysis and control of multipartite quantum interactions for computation and communication
用于计算和通信的多方量子相互作用的分析和控制
  • 批准号:
    RGPIN-2016-06117
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Targeting computation in prefrontal cortex to improve decision-making and reduce compulsive drinking in rodent models.
针对前额皮质的计算,以改善啮齿动物模型中的决策并减少强迫性饮酒。
  • 批准号:
    10277796
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
Interaction of external inputs with internal dynamics: influence of brain states on neural computation and behavior
外部输入与内部动态的相互作用:大脑状态对神经计算和行为的影响
  • 批准号:
    10698364
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
Interaction of external inputs with internal dynamics: influence of brain states on neural computation and behavior
外部输入与内部动态的相互作用:大脑状态对神经计算和行为的影响
  • 批准号:
    10047726
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
Theory of Computation for Analysis and Control of Discrete-Time Dynamical Systems
离散时间动力系统分析与控制计算理论
  • 批准号:
    547093-2020
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Doctoral
Targeting computation in prefrontal cortex to improve decision-making and reduce compulsive drinking in rodent models.
针对前额皮质的计算,以改善啮齿动物模型中的决策并减少强迫性饮酒。
  • 批准号:
    10675561
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
Analysis and control of multipartite quantum interactions for computation and communication
用于计算和通信的多方量子相互作用的分析和控制
  • 批准号:
    RGPIN-2016-06117
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Interaction of external inputs with internal dynamics: influence of brain states on neural computation and behavior
外部输入与内部动态的相互作用:大脑状态对神经计算和行为的影响
  • 批准号:
    10687134
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 0.95万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了