Вычислительный метод для количественного определения летать суточного деятельности

Суточный часы эндогенного биохимических осциллятор с в течение приблизительно 24 часов и почти повсеместно в животных и растений^1,2. Часы помогает синхронизировать внутренние процессы организма и поведение для внешнего света темные цикла. С 1960 года широко изучена генетическая структура суточного часов с помощью плодовой мушки, D. melanogaster. В это насекомое, ядро суточного часов состоит из четырех белков: период, TIMELESS, будильник и цикла. Эти базовые компоненты вместе с другими молекулами формируют петлю обратной связи, которая производит почти синусоидальные колебания будильник генов^3,4. Суточный часов в мух широко изучается записи многодневное опорно где летать деятельности обнаруживается с одной инфракрасный луч, пересекая середины отдельные трубки⁵. Типичная fly запись имеет сложный Бимодальная узор с двумя пиками хорошо различимы: пик утром (М), который начинается в конце ночи и имеет максимум, когда загорается; и вечером пик (E), который начинается в конце дня и имеет максимум, когда свет выключить⁶. Интересно, что форма таких поведенческих записи очень отличается от простой синусоидальных колебаний, наблюдается на молекулярном уровне, предложив действие дополнительных механизмов, способствующих наблюдаемых временных моделей. Чтобы лучше понять эти скрытые механизмы, мы разработали вычислительных инструмент, который обеспечивает количественное описание временной структуры.

В нашей работе опорно-двигательного ритма определяются в терминах сигнала, который имитирует летать деятельности шаблон. Поскольку простой синусоиды не может использоваться для моделирования наблюдаемые изменения художественной деятельности, мы испытывали различные формы сигнала выберите простой один, которая захватывает все характерные черты видели в записи. Плодовая муха суточного поведение управляется активности нейронов часы, которые часто имеют экспоненциальной модели активации и деактивации⁷. Экспоненциальная динамика и визуального анализа данных побудило нас создать модель с экспоненциальной термины, состоящий из четырех экспонентов с девяти независимых параметров и напоминающий узор летать деятельности⁸. Помимо данных, опорно-двигательного аппарата мы также анализируем его мощность спектра. Типичный летать деятельности спектр показывает несколько пиков в гармоник T₀/2, T₀/3, и т.д., помимо ожидаемых основных пика суточного периода T₀. Согласно теореме Фурье только Чистая синусоида производит один пик мощности спектра, в то время как более сложные сигналы показывают нескольких спектральных пиков на гармоник начального периода (рис. 1). Таким образом учитывая несинусоидальных височной шаблон летать деятельности⁸, мульти пик мощности спектра данных математически ожидалось и не обязательно подразумевает наличие нескольких периодов колебаний. Важно отметить, что спектр мощности сигнала предлагаемой модели также показывает пики на всех гармоник начального периода, похож на лету опорно записи, таким образом подчеркнув высокой верности, с которой наша модель описывает летать данных во времени и частоты.

На время резолюций несколько минут или менее, летать деятельности данных появляется шумные, что делает его трудно извлечь параметры непосредственно из исходных данных. Биннинга данные в более длительные интервалы времени можно уменьшить уровень шума, но, может изменять данные в пути, которые могут повлиять на оценки параметров модели. Мы таким образом получить параметры из спектров питания записей, используя аналитическое выражение для ожидаемой мощности спектры, рассчитывается от Фурье функции модели⁸ (см. дополнительный файл 1 ссылка⁸). Этот подход получения параметров от спектров питания дает точные значения без каких-либо дополнительных манипуляций, например биннинга или фильтрации, необработанных данных о деятельности. Математического описания модели и приложений к данным одичал типа и мутантов, описаны в Справочник⁸. Протокол представил здесь сосредоточена на пошаговые инструкции для использования вычислительных инструмент.