數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座

1提要二、數(shù)學(xué)建模與當今醫(yī)學(xué)一、醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)建模經(jīng)典案例三、我們工作與迷惑數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第1頁2一、醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)建模經(jīng)典案例Mathematicalmodelinginmedicine數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第2頁31960’s兩個醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)建模經(jīng)典案例——Hodgkin-Huxley模型、AlanTuring模型Science13April:

Vol.336no.6078pp.175-179

揭示了數(shù)學(xué)建模在醫(yī)學(xué)研究中突出和獨特作用經(jīng)典醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型成為處理醫(yī)學(xué)問題主要工具數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第3頁4H-H模型醫(yī)學(xué)背景20世紀50年代研究表明：神經(jīng)元細胞受到電刺激，細胞內(nèi)外電位差（也就是膜電位）將發(fā)生波動，從而形成動作電位；

動作電位造成離子跨膜運動，致使神經(jīng)信息經(jīng)過軸突從一個神經(jīng)元向其它神經(jīng)元傳遞。數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第4頁5H-H模型數(shù)學(xué)問題數(shù)學(xué)問題：膜電位與哪些原因相關(guān)？能否定量描述膜電位與影響原因之間關(guān)系？數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第5頁6H-H模型生物學(xué)機制一定電刺激有機大分子軸突細胞膜外細胞膜內(nèi)數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第6頁7電流表電壓表膜片鉗NaKCl鉀鈉泵膜電容細胞膜外細胞膜內(nèi)H-H模型物理學(xué)原理數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第7頁8△xxD△xxDH-H模型數(shù)學(xué)原理與方法利用微積分微元思想依據(jù)離子微元膜內(nèi)流動和跨膜流動數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第8頁9H-H模型4個微分方程數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第9頁10H-H模型6個代數(shù)方程數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第10頁H-H模型仿真11數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第11頁12因為上述極具影響力工作，英國著名神經(jīng)生物學(xué)家Hodgkin和Huxley

于1963年取得諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。NobelPrize數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第12頁13Hodgkin-HuxleytypemodellingandparameterestimationofGnRHneurons

BioSystems()ParameterestimationoftheHodgkin-Huxleymodelusingmetaheuristics:applicationtoneuromimeticanalogintegratedcircuitsBiomedicalCircuits()H-H模型依然是研究熱點因為H-H模型由一系列微分方程組成、并包括很多參數(shù)，怎樣尋求參數(shù)合理預(yù)計依然是數(shù)學(xué)和醫(yī)學(xué)難點，到現(xiàn)在依然是研究熱點。數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第13頁14二、數(shù)學(xué)建模與當今醫(yī)學(xué)Mathematicalmodelingandup-to-datemedicine數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第14頁15BioinformaticsandMathematics概率論與隨機過程運籌學(xué)最優(yōu)化拓撲學(xué)群論序列比對蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA序列對稱性基因分類數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第15頁16Systemsbiologyandmathematics圖論統(tǒng)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)劃含糊數(shù)學(xué)生物動力學(xué)最優(yōu)化方法、數(shù)學(xué)新理論數(shù)學(xué)模型實踐檢驗結(jié)構(gòu)改變下信息整合初始模型試驗數(shù)據(jù)修正試驗數(shù)據(jù)重復(fù)修正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基因作用網(wǎng)絡(luò)代謝路徑細胞內(nèi)與細胞間作用機理基因突變下基因表示蛋白質(zhì)表示及代謝改變模型建立參數(shù)校正作用機理致病機理數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第16頁Cellmotilityandmathematics1675,LeeuwenhoekdiscoveredCellmotilityProtrusionContractionAdhesion17數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第17頁18ProtrusionmodelCurrentOpinioninCellBiology,18:32–39數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第18頁19ContractionmodelBiophys.J.，96（3）：1189-1209數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第19頁20AdhesionmodelAdhesionisperhapsthehottestsubfieldofthecellmotilitythesedays,withtensofbiologicalpaperspublishedonthistopiceverymonth.Math.Biol.()數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第20頁21數(shù)學(xué)建模對醫(yī)學(xué)作用makingeasieraccesstosimulationsofcomplexsystemsAnimportantelementforthissuccessistheprecisecontinuoussamplingsofnewclinicaldatahavegeneratedexperiments.Anotherimportantelementistheattemptstofocusonprecisedefinitionsofphysiologicalconceptsinordertoavoidconfusion,misunderstandingsandwasteofefforts.Furthermore,itisshown,thatmathematicsmayalsoprovideatooltostructurethoughts,anareawhichhavegainedanincreasingattentionlately.數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第21頁22三、我們工作與迷惑Ourworkandconfusion數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第22頁23主持國家自然科學(xué)基金2項——傳染病模型構(gòu)建SCI返修論文數(shù)據(jù)分析年均20余篇數(shù)學(xué)建模與數(shù)據(jù)分析年均100余人次Ourwork嫌疑犯身高預(yù)測模型（與重慶市刑警總隊合作）呼吸機療效評價模型（與深圳安保科技有限企業(yè)合作）眼科手術(shù)療效評價模型（與西南醫(yī)院眼科合作）數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第23頁24Ourwork從1992年314隊發(fā)展到年19490隊我校：取得Matlab創(chuàng)新獎1項（獲獎率1/10000）指導(dǎo)本科生發(fā)表論文30余篇取得全國一等獎15項（獲獎率1/100）數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第24頁25DNA序列分類血管三維重建SARS傳輸艾滋病療法評價及療效預(yù)測眼科病床合理安排Ourwork數(shù)學(xué)建模和醫(yī)學(xué)專家講座第25頁26traditionalexperimentalbiologicalmethodsMathematicalandcomputationalmodelingConfusion！lackofstandardmodelingmethods！

difficultiesoftranslatingbio