[發明專利]基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法

有效

• 申請號: 202011573380.X
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112582069B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 趙新;賈祎晴;趙啟立;孫明竹;郭杉
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

1.基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，識別大鼠大腦海馬區神經元顯微圖像中蘑菇型、柱型、細長型、分枝型四種模式的樹突棘，并測量蘑菇型、柱型、細長型三種模式中樹突棘的頭部寬度w_head、頸部寬度w_neck、高度h；

S2，根據樹突棘頭部寬度w_head、頸部寬度w_neck及高度h，計算步驟S1所述三種模式中樹突棘的相對平均寬度RAW和相對收縮寬度RCW；

S3，建立不同模式中樹突棘的分類標準；

S4，建立反應擴散模型，設置仿真初始條件，通過設置模型可變參數對單個樹突棘的生長過程進行仿真，將步驟S3所述的分類標準應用于反應擴散模型中，對仿真結果中的樹突棘形狀進行分類；

S5，進行多個樹突棘的仿真：使用步驟S4所述的反應擴散模型模擬一段樹突上生長多個樹突棘的過程，通過設置模型可變參數得到不同模式的樹突棘。

2.根據權利要求1所述的基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，步驟S1中，樹突棘的頭部寬度w_head是指樹突棘遠離樹突的半部分中最寬處的寬度；頸部寬度w_neck是指樹突棘靠近樹突的半部分中最窄處的寬度。

3.根據權利要求2所述的基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，步驟S2中，樹突棘的相對平均寬度RAW，計算公式如下：

樹突棘的相對收縮寬度RCW計算公式如下：

其中，w_head為樹突棘的頭部寬度，w_neck為樹突棘的頸部寬度，h為樹突棘高度。

4.根據權利要求3所述的基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，所述步驟S3中，不同模式中的樹突棘分類指標如下：

(a)若樹突棘包含分枝結構，則為分枝型樹突棘；(b)若樹突棘相對平均寬度RAW小于0.4，則為細長型樹突棘；(c)若樹突棘相對平均寬度RAW大于0.4且相對收縮寬度RCW小于0.25，則為柱型樹突棘；(d)若樹突棘相對平均寬度RAW大于0.4且相對收縮寬度RCW大于0.25，則為蘑菇型樹突棘。

5.根據權利要求1所述的基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，步驟S4以及S5中的反應擴散模型如下：

其中，A、H、S、Y分別表示仿真區域內各點的激活劑濃度、抑制劑濃度、底物濃度、細胞骨架濃度；c為催化速率；μ為激活劑的降解速率；ρ_A為激活劑的產生速率；D_A為激活劑的擴散速率；υ為抑制劑的降解速率；ρ_H為抑制劑的產生速率；D_H為抑制劑的擴散速率；c₀為環境產生底物的速率；γ為底物的降解速率；ε為底物消耗速率；D_s為底物的擴散速率；e為標記物質的降解速率；f為正反饋系數；δ_A表示外源激活劑加入速率，δ_H表示外源抑制劑加入速率。

6.根據權利要求5所述的基于反應擴散模型的神經元樹突棘發育模式建立方法，其特征在于，步驟S4中，所述仿真初始條件，是指仿真區域大小為100×100像素，區域上方中間設置10×5像素的區域作為樹突棘的生長起始狀態。