QBI研究项目

定量生物学研究所的研究项目以统计学为主, 各种复杂程度的生物系统的数学或计算建模, 从分子到生态系统. 所有项目本质上都是跨学科的, 由个人或个人团队进行，他们将生物学知识与数学分析方法相结合, 物理或工程.

合作和定量生物学项目

Diego Alvarado-Serrano (俄亥俄州, QBI)， Robert P. 纽约大学安德森教授，
动态生物地理学中综合生态学和进化推理的新概念框架

物种在空间和时间上的分布是由生态和进化过程的动态相互作用驱动的. 理解它们之间的相互作用需要一个可操作的概念框架，能够同时结合短期的非生物和生物生态相互作用以及种群变异的长期进化驱动因素. 在这里, 我们建议在最近的理论框架上进行扩展，该框架旨在通过整合种群遗传模型和基因组数据来纳入关键的进化过程，从而预测物种在岛屿系统中存在的可能性.g.(自然选择、遗传漂变和基因流动). 这一新的框架将有助于理解生物多样性模式, 阐明物种和遗传多样性的历史驱动因素, 并最终提高我们在环境变化下预测生物多样性轨迹的能力.

温弗里德·贾斯特(俄亥俄州，QBI)和马里奥·格里哈尔瓦(俄亥俄州- hcom)
控制恰加斯病传播的策略:限制住房单位的锥蝽侵扰

我们研究了控制三棱蝽侵染住房单位的最佳策略, 哪些是将恰加斯病传播给人类的病媒. 我们发现，从长远来看，如果初始处理足够积极，喷洒杀虫剂是最具成本效益的. 这些预测被发现对几种不同的模型结构是稳健的.

出版物:

涉及的俄亥俄研究生:Bismark Oduro (俄亥俄州 Math)

Winfried Just (俄亥俄州, QBI)和Joan Saldaña，西班牙赫罗纳大学
疾病传播与人类对疾病爆发的反应之间的相互作用

我们研究了传染病传播的ODE模型，该模型具有由感染意识触发的预防性行为反应, 重点关注的问题是，如果假定认识随着时间的推移而衰减，这种类型的反应是否足以防止从低流行水平开始的未来暴发. 在ODE上下文中, 我们的研究结果表明，在具有单个意识宿主的易感-意识-感染-易感模型中，这种突发事件被排除在外, 但如果我们考虑到两种不同的意识宿主，它们在提醒其他易感宿主的意愿上有所不同，就会发生这种情况.

出版物:

俄亥俄州研究生:静，欣，数学，现为约翰霍普金斯大学博士后.

温弗里德·贾斯特(俄亥俄州，QBI)和大卫·格贝里(泽维尔大学)
影响人们的因素’美国决定接种季节性流感疫苗

对理性个体自愿接种疫苗决策的研究预测，疫苗接种覆盖率仍将低于社会最优水平, 即使除了理性决策之外，还考虑模仿成功的人. 然而, 以前的研究几乎完全使用所谓的费米函数来模拟转向另一种策略的概率. 我们考虑了切换概率的更一般的函数形式，它与心理学实验中的经验数据一致，并涉及一个可以松散地解释为开放程度的附加参数. 我们发现，足够高的开放程度将使疫苗接种覆盖率超过理性决策的纳什均衡，并任意接近社会最优.

出版物:

Francois Brajot (QBI)和Alexander Neimann (QBI)
语音生成中的多感官整合(2018年至今)

声音在不同的时间尺度上表现出时间波动. 本项目旨在描述语音中体感和听觉反馈的相互作用，并确定声音振荡不稳定的生理和动力学机制. 一个例子是声音震颤，显示在4-7赫兹范围内的波动，可能是由体感反馈引起的. 另一个例子是vocal wow, 频率低于2赫兹的较慢波动, 归于听觉反馈. 这些明显的波动对诊断和治疗神经系统疾病具有重要意义, 但人们对其潜在机制仍知之甚少. 我们采用实验相结合的方法, 先进的时间序列分析和建模来研究语音波动的机制.

研究生参与:萨曼莎·戴维斯，听力，言语和语言科学

出版物:

Alexander Neimann (QBI)和Peter Tass，斯坦福大学(2019 -至今)
大脑网络中结构和峰值时间依赖的可塑性

外周感觉神经元在感受野可能具有树形髓鞘末梢, 有多个朗维耶节点. 例子包括肌梭的传入神经支配, 疼痛感受器, 皮肤的机械, 还有白鲟的电感受器. 研究了具有连通性的小树形网络上扩散耦合可激元的集体动力学和信息传递, 作为这种感觉神经元的模型. 我们使用分析和数值技术的结合来解决关于集体尖峰活动如何出现的重要问题, 树突拓扑结构的自然随机性如何反映在神经元放电的可变性中, 以及拓扑随机性如何影响感觉刺激的编码.

研究生参与:Kanishk Chauhan (俄亥俄州 Physics).

Alexander Neimann (QBI)和Lutz Schimansky-Geier，德国柏林洪堡大学
“可激元随机树的变异与信息编码”(2016 - 2019)

目的是在有髓鞘树突的感觉神经元中建立刺突产生和信息编码的机制.

涉及的研究生:Ali Khaledi Nasab(俄亥俄州), 物理), Justus Kromer(洪堡大学), 物理)

出版物:

David Tees (QBI)和Monika Burdick(生物工程)
肿瘤干细胞力学特性的表征

所有的癌细胞都表现出一些干细胞的特征, 但是近年来已经很明显，一些癌症干细胞比其他干细胞分化程度更高(而不像干细胞). 发现低分化(更像干细胞)细胞比低分化细胞更具侵袭性和致瘤性. 更多干细胞样细胞的生化特性已被广泛研究, 但由此产生的物理性质的变化也可以作为一种检测和分离更像干细胞的细胞的手段. 蒂斯实验室已经使用微移液管抽吸，并开发了微流体装置来表征乳腺癌细胞系的机械特性. 这项工作是与博士合作完成的. 莫妮卡·伯迪克的实验室在化学和生物分子工程系. 这项工作得到了NSF的资助，该资助在五年审查期开始时结束, 但这项工作仍在继续. 在这项工作的基础上，Nanohmics公司已经提出了许多NIH SBIR拨款的申请. 在五年的时间里，蒂斯实验室发表了两篇关于这项工作的论文，以及一篇硕士论文(Pooja Chopra)和一篇本科论文(Brandon Niese)。.

Donald B Miles (QBI)， Jean Clobert和Alexis Rutschmann (CNRS) & 图卢兹大学(Paul Sabatier)
预测物种对气候变化的反应

迈尔斯正在和博士合作. Jean Clobert和Alexis Rutschmann参与了一个预测物种对气候变化反应的项目. 他们有超过1000个活体动物个体的基因组数据. 他们也有生理和生活史数据. 他们正在bet8九州登录入口定量基因组模型来研究生理性状的遗传能力，这些性状被认为可以增强物种在温暖环境中的持久性.

Alexander Govorov (QBI)和Tim Liedl (Ludwig Maximilian University, Munich, Germany)
具有独特光学特性的dna组装纳米结构

俄亥俄州的Govorov小组和慕尼黑的研究小组正在进行的合作涉及dna组装纳米结构的光学特性. 这种合作建立在各小组互补性专业知识的基础上. 慕尼黑集团在DNA纳米组装方面处于世界领先地位. 同时, Govorov的团队因其在纳米结构光学特性方面的计算工作而得到认可. 在过去几年里, 这两个小组从大众汽车基金会获得了两笔赠款，以支持他们的合作. 整体, 这项联合研究在一些知名期刊上发表了多篇文章, 比如《bet8九州登录入口》, ACS Nano, ACS能源通讯, 纳米快报. 举个例子, 其中一篇联合论文(见下文)描述了利用dna折纸技术组装的等离子体纳米晶体链中能量转移的新机制. 

Peter 荣格 (QBI)和Tony 棕色（的） (OSU Wexner Medical Center)(2002 -至今)
神经丝运输对轴突形态的动态调节

神经系统的功能依赖于动作电位沿轴突的快速传播, 这又取决于轴突的大小和形状. 脊椎动物轴突大小和形状的主要决定因素是填充空间的细胞骨架聚合物，称为神经丝(nf)。. 然而, NFs也是轴突运输的货物，沿着微管轨道以快速间歇的方式移动. 因此，NFs定义轴突形态，但它们也在不断变化. 拟议的研究解决了这个有趣的和生理上重要的关系. 一个关键的问题是髓鞘轴突是如何发育和维持其正确形态的? 这一建议的中心假设是，NF运输动力学决定了轴突NF含量, 这反过来又指定轴突口径. 提出了一种新的和变革性的观点，其中轴突形态不是轴突的被动特征，而是由这些结构元素的运动主动和动态地调节. 这一观点也可能对理解在许多神经退行性疾病中观察到的导致NF过度积累和轴突形态严重扭曲的机制有更广泛的意义.

最近参与的研究生:

  • 东阮, 2018年毕业, 论文:沿轴突缓慢神经丝运输的计算模型
  • 克里斯·约翰逊, 2016年毕业, 论文:研究神经丝的缓慢轴突转运:最佳神经元信号传导的前兆
  • 本科生:安妮卡·弗里德曼, 荣誉论文:与轴突口径生长和神经丝减缓现象相关的神经丝动力学计算模型

最近的出版物

项目资助(NSF第三轮连续资助)

合作研究:神经丝转运在轴突口径生长中的作用, 国家科学基金会, 荣格, P., $345,000.2017年5月1日至2021年6月30日.

Peter 荣格 (QBI)和Subhoit 罗伊(加州大学圣地亚哥分校)
轴突中肌动蛋白的大量转运

经典的脉冲追踪研究表明，肌动蛋白是以缓慢的轴突运输方式传递的, 但这种运动的机制基础尚不清楚. 最近, 我们报道了轴突肌动蛋白令人惊讶的动态, 具有聚集/拆卸事件(“肌动蛋白热点”)和沿轴突轴伸长的聚合物(“肌动蛋白轨迹”). 使用实时成像的组合, 超限分辨显微镜, 和建模, 在这项研究中, 我们探索这些动态结构如何导致肌动蛋白的过程运输. 我们发现相对较多的肌动蛋白轨迹呈顺时针方向拉长，整体速度也较慢, 轴突轴中肌动蛋白的顺时针偏流. 从单体/长丝组装的第一原理开始，并结合成像数据, 我们生成了一个模拟轴突热点和轨迹的定量模型. 我们的模拟预测，轴突肌动蛋白动力学确实导致缓慢的顺时针偏流的人口. 集体, 数据指向一个令人惊讶的场景，局部组装和偏聚合产生肌动蛋白的缓慢轴突运输，而不涉及微管(mt)或基于mt的马达. 在机械上不同于聚合物滑动, 这可能是传递高动态细胞骨架货物的一般策略.

出版物:

托德·杨(QBI)和艾琳·墨菲(HCOM, OU)
呼吸机过滤器病原菌回收验证(2015-2018)

实验室项目确定从呼吸机电路过滤器中检测细菌病原体的可靠性. 过滤器接种了不同水平的各种常见病原体. 定量PCR结果与接种水平进行了比较.

参与本科生:卡拉·芬德利和菲利普·米勒(HCOM)

研究生:薛功(数学)

由传统精神疗法医学学院资助，研究 & 学术事务委员会(RSAC)， PI:艾琳·墨菲，联合PI: T.Y.. 7/1/14 - 6/30/17, $10,000.

托德·杨(QBI)和E.博科(俄亥俄州立大学，数学)
抗生素给药的早期治疗成果和人类宿主时间序列数据(2015-2017)

我们使用患者时间序列数据和动态模型来预测患者通过早期检测细菌病原体的存在而获得的收益. 从通风ICU患者中收集的样本数据用于告知病原体生长和治疗减少的模型. 提出了一个数学模型来预测早期发现和早期恢复的程度.

资助:这项工作是范德比尔特大学医学院关于呼吸机相关性肺炎早期检测的内部资助项目的成果.

出版物:

托德·杨和斯科特·胡珀
变异的Van der Pol振荡器与口胃神经节(2019 -至今)

我们在一个常见的神经元放电动力学模型中引入了一个慢动参数，以理解作为网络的一部分，固有的慢动神经元如何能够快速循环. 将该模型与龙虾口胃神经节幽门网络的数据进行了比较.

参与学生:Kevin Promorsksi(数学).

托德·杨(QBI), Jan RomboutsKU 鲁汶, 鲁汶, 比利时和balazs B ' arany, 随机学系, 布达佩斯科技经济大学, 布达佩斯, 匈牙利
细胞周期动力学群体模型中的聚类(2014 -至今)

这项工作是Erik Boczcko部门开始的项目的延续. 生物医学信息学, 由“细胞周期反馈诱导的种群结构的动力学和分叉”联合DMS/NIGMS倡议支持数学生物学领域的研究资助NIH-NIGMS R01GM090207. 08/2009 - 07/2013. PI:埃里克·博茨科，范德比尔特医疗中心. 项目总额:1,234,454美元. bet8九州登录入口项目资助256,976美元.

这个项目有很多本科生和研究生参与. 它获得了QBI的一些资助，用于本科生的暑期工作，并发表了许多出版物.

米切尔·戴(QBI)
跨频谱声源位置的神经编码

先前有一种“劳动分工”的假设，其中低频和高频声源的方向被认为是由对低频和高频优先敏感的神经元编码的, 分别. 与此相反, 我们发现，听觉中脑神经元对低频和高频声音的方向进行编码，而不考虑它们偏好的频率. 我们利用信息论对神经元传递的声源定位信息进行量化, 分别为低频和高频声音. 神经反应是由不同的声音定位线索形成的，这取决于刺激谱——即使是在同一个神经元内.

出版物:

米切尔·戴(QBI)
感音神经性听力损失对声源定位神经编码的影响

感觉神经性听力损失损害了由双耳听力产生的感知能力, 比如声音定位, 然而，它对双耳神经反应的影响在很大程度上是未知的. 我们发现, 由于听觉创伤导致的严重听力损失, 听觉中脑神经元特别地失去了对噪声刺激到达两只耳朵之间的时间差进行编码的能力(这是声音定位的主要线索)。, 然而，两只耳朵之间的声级差异编码(声音定位的另一个主要线索)仍然没有受到损害. 我们利用信息论对神经元传递的声源定位信息进行量化，并对听力正常组和听力损失组进行了比较.

出版物:

研究生:H. Haragopal (BIOS)

本科生:GA惠利，NC斯特劳德

斯科特·霍珀(QBI)和A. b schges (Universität zu Köln，德国)
运动控制神经生物学(2007 -至今)

出版物:

Fuh-Cherng刘正
母亲用药对新生儿听觉系统成熟度的影响

本研究涉及bet8九州登录入口HCOM儿科系的教职员工.

资助:促进研究和教育奖学金(ASPIRE), bet8九州登录入口健康科学与职业学院. (6/1/2019 – 5/30/2021).

Fuh-Cherng刘正
美国和中国新生儿脑干对音高反应的计算机模拟

本研究涉及台湾中国医科大学附属医院耳鼻喉科的教员.

资助:贝克基金奖，bet8九州登录入口. (12/15/2014 – 6/30/2016)