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科學家提出了一個通用框架揭開生命隨機節律的秘密

科學家提出了一個通用框架揭開生命隨機節律的秘密

2023-09-28 Comments 0 Comment

科學家們開發出了一種新穎、通用的框架,用於比較各種振盪,從而為神經和心臟科學提供重要見解。透過將比較振盪器的問題轉化為線性代數問題,研究小組現在可以比較和理解以前被認為具有不同性質的振盪器,其應用範圍可能從理解心臟和大腦振盪到分析摩天大樓的搖擺。

Rainbow-Oscillations-1536x1001.webp一個國際研究小組提出了一個解釋”振盪”的通用結構。

生活中的隨機節奏圍繞著我們–從螢火蟲催眠般的同步眨眼……到孩子盪鞦韆時的前後擺動……再到人類心臟原本穩定的”噗噗”聲中的細微變化。然而,要真正理解這些被稱為隨機或隨機振盪的模式,科學家仍無從下手。儘管在分析腦電波和心律方面取得了一些進展,但研究人員和臨床醫生仍無法對難以計數的變化和來源進行比較或編目。凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)應用數學教授彼得-托馬斯(Peter Thomas)說:”如果能深入了解振蕩的根本原因,就能在神經科學、心臟科學以及許多不同領域取得進展。”湯瑪斯是國際研究小組的成員,該小組表示,他們已經開發出一種新穎、通用的框架,用於比較和對比振盪–無論其基本機制如何–這可能成為有朝一日完全理解振蕩的關鍵一步。他們的研究成果最近發表在《美國國家科學院院刊》。“湯瑪斯說:”我們把比較振盪器的問題變成了線性代數問題。我們所做的比以前的研究精確得多。這是概念上的一大進步。”研究人員說,其他人現在可以比較、更好地理解甚至操縱以前被認為具有完全不同性質的振盪器。舉個例子,如果你的心臟細胞不同步,你就會死於心房顫動。但是,如果你的腦細胞太同步,你就會得到帕金森氏症或癲癇,這取決於同步發生在大腦的哪個部位。透過使用我們的新框架,心臟或大腦科學家或許能夠更好地理解振盪可能意味著什麼,以及心臟或大腦是如何運作或隨著時間的推移而變化的。湯瑪斯說,研究人員(包括來自法國、德國和西班牙大學的合作者)發現了一種新方法,可以用複數來描述振盪器的時間以及它們的”噪音”或不精確時間。大多數振盪在某種程度上都是不規則的。例如,心律並非百分之百規律。5%-10%的心跳自然變化被認為是健康的。比較振盪器的問題可以用兩個明顯不同的例子來說明:大腦節律和搖擺的摩天大樓。他說:「在舊金山,現代摩天大樓在風中搖擺,受到隨機變化的氣流的衝擊–它們被推得稍微偏離垂直姿態,但結構的機械特性又把它們拉了回來。這種靈活性和彈性的結合有助於高層建築在地震中經受住搖晃。你不會認為這個過程能與腦電波相提並論,但我們的新框架讓你可以這樣做。”他們的發現對機械工程和神經科學這兩門學科有什麼幫助,現在可能還不得而知,他把這概念上的進步比喻為伽利略發現木星的軌道衛星。他說:”伽利略意識到的是一個新的視角,雖然我們的發現不像伽利略那樣影響深遠,但它同樣是視角的改變。我們在論文中報告的是一個關於隨機振盪器的全新觀點”。

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