Выпуски

 / 

1994

 / 

Октябрь

  

Обзоры актуальных проблем


От динамики популяционных автоволн, формируемых живыми клетками, к нейроинформатике

, ,
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, ул. Институтская 3, Пущино, Московская обл., 142290, Российская Федерация

Живые клетки и их сообщества представляют собой объект исследования, с помощью которого можно пытаться подойти к решению достаточно общих проблем: каковы алгоритмы обработки информации в живых системах? В чем отличие живых «компьютеров» от их технических аналогов? Показано, что техническая реализация поведения «клетки», обладающей подвижностью, памятью и таксисом и способной размножаться, может дать существенный выигрыш во времени при анализе изображений по сравнению с телевизионными автоматами. Исследования динамики популяционных автоволн, формируемых живыми клетками, представляют особый интерес для физики автоволн, поскольку популяционные автоволны существенно отличаются от «классических волн» в активных средах. В математических моделях специфика популяционных автоволн проявляется как дополнительный член, описывающий не беспорядочное, а направленное движение отдельных клеток ("эффект хемотаксиса’). Подробный анализ таких моделей и описываемых ими феноменов (например, образование статических структур при взаимодействии популяционных автоволн, а также нарушение симметрии образуемых ими волновых картин) может явиться целью будущих исследований.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
PACS: 87.22.-q, 89.70.+c
DOI: 10.3367/UFNr.0164.199410b.1041
URL: https://ufn.ru/ru/articles/1994/10/b/
Цитата: Иваницкий Г Р, Медвинский А Б, Цыганов М А "От динамики популяционных автоволн, формируемых живыми клетками, к нейроинформатике" УФН 164 1041–1072 (1994)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

English citation: Ivanitskii G R, Medvinskii A B, Tsyganov M A “From the dynamics of population autowaves generated by living cells to neuroinformaticsPhys. Usp. 37 961–989 (1994); DOI: 10.1070/PU1994v037n10ABEH000049

Список литературы (172) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (46) Похожие статьи (20)

  1. Иваницкий Г Р Нейроинформатика и мозг (М.: Знание, 1991)
  2. Ashby W R Design for a Brain (London: Chapman and Hall, 1960); Translated into Russian, Ashby W R Design for a Brain (Moscow: Izd. Inostr. Lit., 1962)
  3. Turing A M ""Can the machine think?", in" The World of Mat hematics Vol. 4 (Ed. J R Newman) (New York: Simon and Schuster, 1956) p. 2099; Translated into Russian, Turing A M The World of Mat hematics (Moscow: Izd. Inostr. Lit., 1960)
  4. Searle J R Sci. Am. 262 ((1)) 9 (1990)
  5. Godel K Monatsh. Math. Phys. 38 173 (1931)
  6. Nagel E, Newman J R Godel's Proof (London: Routledge & Kegan Paul, 1958)
  7. Kolmogorov A N Probl. Peredachi Inf. ((1)) 3 (1965)
  8. Kolmogorov A N Probl. Peredachi Inf. ((5)) 3 (1965)
  9. Shuster H G Deterministic Chaos (Weinheim: Physik-Verlag, 1984)
  10. Kravtsov Yu A Usp. Fiz. Nauk 158 93 (1989); Kravtsov Yu A Sov. Phys. Usp. 32 (1989)
  11. Abu-Mostafa Ya S, Psaltis D Sci. Am. 256 ((3)) 66 (1987)
  12. Tank D W, Hopfield JJ Sci. Am. 257 ((6)) 62 (1987)
  13. Ivanitskii G R, Medvinskii A B, Tsyganov M A Usp. Fiz. Nauk 161 13 (1991); Ivanitskii G R, Medvinskii A B, Tsyganov M A Sov. Phys. Usp. 34 ((4)) 289 (1991)
  14. Cross M New Sci. (26 January 1991 51
  15. Cohn F Beitr. Biol. Pflanz. 1 127 (1875)
  16. Engelman T W Pflugers Arch. Gesamte Physiol. Menschen Tiere 25 285 (1881)
  17. Engelman T W Pflugers Arch. Gesamte Physiol. Menschen Tiere 26 537 (1881)
  18. Engelman T W Pflugers Arch. Gesamte Physiol. Menschen Tiere 30 95 (1883)
  19. Pfeffer W Unters. Bot. Inst. Tubingen 1 363 (1884)
  20. Lengeler J W La Recherche 21 20 (1990)
  21. Berg H C Sci. Am. 233 ((1)) 36 (1975)
  22. Berg H C Nature (London) 254 389 (1975)
  23. Berg H C, Brown D A Nature (London) 239 500 (1972)
  24. Macnab R M Trends Biochem. Sci. 4 10 (1979)
  25. Adler J Sci. Am. 234 ((4)) 40 (1976)
  26. Koshland D E Jr Physiol. Rev. 59 811 (1979)
  27. Tsang N, Macnab R M, Koshland D E Jr Science 181 60 (1973)
  28. Macnab R M, Koshland D E Jr Proc. Nat. Acad. Sci. USA 69 2509 (1972)
  29. Koshland D E Jr FEBS Lett. 40 S3 (1974)
  30. Glagolev A N Usp. Mikrobiol. 18 163 (1983)
  31. Adler J Science 166 1588 (1969)
  32. Adler J, Hazelbauer G L, Dahl MMJ Bacteriol. 115 824 (1973)
  33. Mesibov R E, Adler J J. Bacteriol. 112 315 (1972)
  34. Hazelbauer G L, Mesibov R E, Adler J Proc. Nat. Acad. Sci. USA 64 1300 (1969)
  35. Adler J Primitive Sensory and Communication Systems: The Taxes and Tropisms of Micro-Organisms and Cells (Ed. M J Carlile) (London: Academic Press, 1975) p. 92
  36. Tso W-W, Adler J J. Bacteriol. 118 560 (1974)
  37. Macnab R M, Koshland D E Jr J. Mo l. Biol. 84 399 (1974)
  38. Taylor B L, Koshland D E Jr J. Bacteriol. 123 557 (1975)
  39. Taylor B L, Miller J B, Warrick H M, Koshland D E Jr J. Bacteriol. 140 567 (1979)
  40. Carlile M J p. 1, in Ref. [35]
  41. Lenci F, Colombetti G Ann. Rev. Bioengin. 7 341 (1978)
  42. Nultsch W p. 30, in Ref. [35]
  43. Adler J J. Gen. Microbiol. 74 77 (1973)
  44. Imae Y, Mizuno T, Maeda K J. Bacteriol. 159 368 (1984)
  45. Imae Y Sensing and Response in Microorganisms (Eds M Eisenbach, M Balaban) (Amsterdam: Elsevier, 1985) p. 73
  46. Ingraham J Escherichia coli and Salmonella typhimorium. Cellular and Molecular Biology Vol. 1 (Ed. F C Neidhardt) (Washington: American Society for Microbiology, 1981) p. 1543
  47. Miller J B, Koshland D E Jr J. Mol. Biol. 111 183 (1977)
  48. Frankel R B, Blakemore R P Bioelectromagnetics 10 223 (1989)
  49. Eckert R Science 176 473 (1972)
  50. Eisenbach M, Zimmerman J R, Ciobotariu A, Fischler H, Korenstein R Bioelectrochem. Bioenerg. 10 499 (1983)
  51. Plesset M S, Whipple C G, Winet H J. Theor. Biol. 59 331 (1976)
  52. Plesset M S, Winet H Nature (London) 248 441 (1974)
  53. Kessler J O Comm. Theor. Biol. 1 85 (1989)
  54. Kessler J O Nature (London) 313 218 (1985)
  55. Kessler J O J. Fluid Mech. 173 191 (1986)
  56. Kessler J O Contemp. Phys. 26 147 (1985)
  57. Macnab R M p. 732, in Ref. [46]
  58. Taylor B L, Koshland D E Jr J. Supramol. Struct. 4 343 (1976)
  59. Poglazov B F, Metlina F L, Novikov V V Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Biol. (5, 1981) p. 672
  60. Berg H C Ann. Rev. Biophys. Bioengin. 4 119 (1975)
  61. Adler J J. Supramol. Struct. 4 305 (1976)
  62. Russo A F, Koshland D E Jr Science 220 1016 (1983)
  63. Russo A F, Koshland D E Jr p. 27, in Ref. [45]
  64. Strange P G, Koshland D E Jr Proc. Nat. Acad. Sci. USA 73 762 (1976)
  65. Zukin R S, Koshland D E, Jr Science 193 405 (1976)
  66. Zukin R S Biochemistry 18 2139 (1979)
  67. Dahlquist F W, Elwell R A, Lovely PSJ Supramol. Struct. 4 329 (1976)
  68. Brown D A, Berg H C Proc. Nat. Acad. Sci. USA 71 1388 (1974)
  69. Block S M, Segall J E, Berg H C J. Bacteriol. 154 312 (1983)
  70. Delbruck M, Reichardt W Cellular Mechanisms in Differentiation and Growth (Ed. D Rudnick) (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1956) p. 3
  71. Manson M D Adv. Microb. Physiol. 33 277 (1992)
  72. Springer M S, Goy M F, Adler J Nature (London) 280 279 (1979)
  73. Crutchfield J P, Packard N H Int. J. Theor. Phys. 21 433 (1982)
  74. Ivanitskii G R Nauka i Chelovechestvo (Science and Mankind) (Moscow: Znanie, 1982) p. 211
  75. Ivanitsky G R, Krinsky V I, Zaikin A N, Zhabotinsky A M Sov. Sci. Rev. D 2 279 (1981)
  76. Krinskii V I, Zhabotinskii A M Avtovolnovye Protsessy v Sistemakh s Diffuziei (Autowave Processes in Systems with Diffusion, Ed. M T Grekhova, V A Antonets, V I Krinskii, L A Ostrovskii, M I Rabinovich, V G Yakhno) (Gorky: Inst. Appl. Phys. Acad. Sci. USSR, 1981) p. 6
  77. Romanovskii Yu M, Stepanov N V, Chernavskii D S Mat ematicheskaya Biofizika (Mathematical Biophysics) (Moscow: Nauka, 1984)
  78. Kolmogorov A N, Petrovskii I E, Piskunov N S Vopr. Kibern. (12, 1975) p. 3
  79. Krinskii V I, Medvinskii A B, Panfilov A V Evolyutsiya Avtovolnovykh Vikhrei (Volny v Serdtse); Krinskii V I, Medvinskii A B, Panfilov A V Evolution of Auto-wave Vortices (Waves in the Heart) (Moscow: Znanie, 1986)
  80. Franck U F Biological and Biochemical Oscillators (Eds B Chance, E K Pye, A K Ghosh, B Hess) (New York: Academic Press, 1973) p. 7
  81. Kerner B S, Osipov V V Usp. FIZ. Nauk 160 ((9)) 1 (1990); Kerner B S, Osipov V V Sov. Phys. Usp. 679 33 (1990)
  82. Kerner B S, Krinskii V I, Osipov V V Thermodynamics and Pattern Formation in Biology (Berlin: De Gruyter, 1988) p. 265
  83. Gierer A, Meinhardt H Kybernetics 12 30 (1972)
  84. Meinhardt H, Gierer A J. Cell Sci. 15 321 (1974)
  85. Meinhardt H J. Cell Sci. 23 117 (1977)
  86. Gierer A Naturwissenschaften 68 245 (1981)
  87. Nicolis G, Prigogine I Self-Organization in Non-equilibrium Systems (New York: Wiley, 1977)
  88. Nagumo J, Yoshizawa S, Arimoto S IEEE Trans. Commun. Technol. 12 400 (1965)
  89. Khramov R N Biofizika 23 871 (1978)
  90. Khramov R N, Krinskii V I Biofizika 22 512 (1978)
  91. Medvinskii A B, Tsyganov M A, Kutyshenko V P, Shakhbazyan V Yu, Kresteva I B, Kuzmin S V, Lisanskaya V Ya, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 323 236 (1993)
  92. Adler J J. Bacteriol. 92 121 (1966)
  93. Adler J Science 153 708 (1966)
  94. Adler J, Dahl MMJ Gen. Microbiol. 46 161 (1967)
  95. Adler J, Templeton B J. Gen. Microbiol. 46 175 (1967)
  96. Keller E F, Segel LAJ Theor. Biol. 30 225 (1971)
  97. Keller E F, Segel LAJ Theor. Biol. 30 235 (1971)
  98. Chandrasekhar S Rev. Mod. Phys. 15 57 (1943)
  99. Keller E F, Segel LAJ Theor. Biol. 26 399 (1970)
  100. Dalquist F W, Lovely P, Koshland D E Jr Nature (London) New Biol. 236 120 (1972)
  101. Scribner T L, Segel L A, Rogers EHJ Theor. Biol. 46 189 (1974)
  102. Lapidus I R, Schiller R Biophys. J. 16 779 (1976)
  103. Mesibov R, Ordal G W, Adler J J. Gen. Physiol. 62 203 (1973)
  104. Clarke S, Koshland D E Jr J. Biol. Chem. 254 9695 (1979)
  105. Segel L A Physical and Chemical Aspects of Cell Surface Events in Cellular Regulation (Eds C De Lisi, R Blumenthal) (New York: Elsevier, 1979) p. 293
  106. Boon J-P, Herpigny B Bull. Math. Biol. 48 1 (1986)
  107. Zavalskii L Yu, Svetogorov D E, Brezgunov V N, Popov V G Dokl. Akad. Nauk SSSR 279 488 (1984)
  108. Zavalskii L Yu, Svetogorov D E, Brezgunov V N Biofizika 30 93 (1985)
  109. Zavalskii L Yu Biofizika 33 328 (1988)
  110. Rivero M A, Tranquillo R T, Buettner H M, Lauffenburger D A Chem. Eng. Sci. 44 2881 (1989)
  111. Segel L A SIAM J. Appl. Math. 32 653 (1977)
  112. Nossal R, Chen S H Nature (London) New Biol. 244 253 (1973)
  113. Alt W J. Math. Biol. 9 147 (1980)
  114. Ford R M, Lauffenburger D A Bull. Math. Biol. 53 721 (1991)
  115. Macnab R M Biological Regulation and Development (Ed. R Goldberger) (New York: Plenum Press, 1980) p. 377
  116. Ford R M, Quinn J A, Phillips B R, Lauffenburger D A Biotechnol. Bioeng. 37 647 (1991)
  117. Ford R M, Lauffenburger D A Biotechnol. Bioeng. 37 ((61)) 154 (1991)
  118. Medvinsky A B, Tsyganov M A, Shakhbazian V Yu, Kresteva I B, Ivanitsky G R Physica D 64 267 (1993)
  119. Budrene E O Dokl. Akad. Nauk SSSR 283 470 (1985)
  120. Budrene E O Biofizika 33 373 (1988)
  121. Ivanitskii G R, Krinskii V I, Tsyganov M A, Agladze K I Biofizika 33 372 (1988)
  122. Agladze K I, Budrene E, Ivanitsky G R, Krinsky V I, Tsyganov M A, Shakhbazian V Yu Proc. Roy. Soc. London B 253 131 (1993)
  123. Medvinskii A B Doctoral Thesis Phys.-Math. Sciences (Pushchino: Inst. Theor. Exptl. Biophys. (1993)
  124. Tsyganov M A, Medvinskii A B, Ponomareva V M, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 306 731 (1989)
  125. Shakhbazyan V Yu, Medvinskii A B, Agladze K I, Tsyganov M A, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 310 737 (1990)
  126. Reshetilov A N, Medvinskii A B, Eliseeva T R, Shakhbazyan V Yu, Tsyganov M A, Boronin A M, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 323 971 (1992)
  127. Reshetilov A N, Medvinsky A B, Eliseeva T P, Shakhbazian V Yu, Boronin A M, Ivanitsky G R FEMS Microbiol. Lett. 94 59 (1992)
  128. Holz M, Chen S-H Biophys. J. 26 243 (1979)
  129. Zhabotinskii A M Kontsentratsionnye Avtokolebaniya (Concentration Autooscillations) (Moscow: Nauka, 1974)
  130. Krinskii V I, Mikhailov A S Avtovolny (Autowaves) (Moscow: Znanie, 1984)
  131. Vol'kenstein M V Biofizika (Biophysics) (Moscow: Nauka, 1981)
  132. Winfree A T The Geometry of Biological Time (Berlin: Springer, 1980)
  133. Winfree A T When Time Breaks Down. The Three-Dimensional Dynamics of Electrochemical Waves and Cardiac Arrhythmias (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1987)
  134. Vasilev V A, Romanovskii Yu M, Chernavskii D S, Yakhno V G Autowave Processes in Kinetic Systems (Dordrecht, Holland: Kluwer, 1987)
  135. Kerner B S, Osipov V V Usp. Fiz. Nauk 157 201 (1989); Kerner B S, Osipov V V Sov. Phys. Usp. 32 101 (1989)
  136. Medvinsky A B, Shakhbazian V Yu, Tsyganov M A, Ivanitsky G R FEMS Microbiol. Lett. 84 279 (1991)
  137. Lauffenburger D, Kennedy C R, Aris R Bull. Math. Biol. 46 19 (1984)
  138. Medvinskii A B, Shakhbazyan V Yu, Tsyganov M A, Baryshnikova L M, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSS R 317 1001 (1991)
  139. Tsyganov M A, Kresteva I B, Medvinskii A B, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 333 532 (1993)
  140. Belintsev B J, Belousov L V, Zaraisky A G J. Theor. Biol. 129 369 (1987)
  141. Busa W B, Nuccitelli R J. Cell. Biol. 100 1324 (1985)
  142. Robertson A D, Grutsch J F Cell. 24 603 (1981)
  143. Siegert F, Weijer C J Physica D 49 224 (1991)
  144. Steinbock O, Hashimoto H, Muller S C Physica D 49 223 (1991)
  145. Turing A M Phil. Trans. Roy. Soc. London B 237 37 (1952)
  146. Kokochashvili V I Candidate Thesis, Phys-Math. Sciences (Moscow: Inst. Chem. Phys. Acad. Sci. USSR, Tbilisi Univ., 1942)
  147. Zeldovich Ya B Teoriya Goreniya i Detonatsii Gazov (The Theory of Combustion and Detonation of Gases) (Moscow: Izd. Akad. Nauk SSSR, 1944)
  148. Kuramoto Y, Yamada T Prog. Theor. Phys. 55 679 (1976)
  149. Kuramoto Y Prog. Theor. Phys. 63 1885 (1980)
  150. Kuramoto Y, Koga S Phys. Lett. A 92 1 (1982)
  151. Kuramoto Y Chemical Oscillations, Waves, and Turbulence (Berlin: Springer, 1984)
  152. Kolebaniya i Begushchie Volny v Khimicheskikh Sistemakh "(Oscillations and Travelling Waves in Chemical Systems)" Translated into Russian (Moscow: Mir, 1988)
  153. Yamada T, Kuramoto Y Prog. Theor. Phys. 56 681 (1976)
  154. Kuramoto Y Prog. Theor. Phys. Suppl. 64 346 (1978)
  155. Kerner B S, Osipov V V Avtosolitony (Autosolitons) (Moscow: Nauka, 1991)
  156. Mornev O A Candidate Thesis, Phys-Math. Sciences (Pushchino: Inst. Biol. Phys. Acad. Sci. USSR, 1989)
  157. Merkin V S, Pastushenko V F, Chizmadzhev Yu A Teoriya Vozbudimykh Sred (The Theory of Excitable Media) (Moscow: Nauka, 1981)
  158. Medvinskii A B, Fishov I L, Tsyganov M A, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk 311 1479 (1990)
  159. Medvinsky A B, Tsyganov M A, Kutyshenko V P, Shakhbaz-ian V Yu, Kresteva I B, Ivanitsky G R FEMS Microbiol. Lett. 311 287 (1993)
  160. Levine H, Reynolds W Phys. Rev. Lett. 66 2400 (1991)
  161. Medvinskii A B, Shakhbazyan V Yu, Kresteva I B, Tsyganov M A, Kuzmin S V, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 326 194 (1992)
  162. Medvinskii A B, Fishov I L, Karpov V A, Tsyganov M A, Milonova I N, Ivanitskii G R Dokl. Akad. Nauk SSSR 318 454 (1991)
  163. Wolf A J, Berg H C Proc. Nat. Acad. Sci. USA 86 6973 (1989)
  164. Lee K J, McCormick W D, Quyang Q, Swinney H L Science 261 192 (1993)
  165. Ivanitskii G R Mir Glazami Biofizika (The World in the Eyes of a Biophysicist) (Moscow: Pedagogika, 1985)
  166. Ivanitskii G R (Ed.) Biotekhnika — Novoe Napravlenie Komp'yuterizatsii (Biotechnics — a Novel Strategy of Computerisation) (Moscow: Nauka, 1990)
  167. Agadzhanian D, Ivanitsky G, Shamarov A "Scanning method and a scan microscope for its realization", US Pat. 3 780 298 (1973)
  168. Lee C Y IRE Trans. Elec. Comput. EC-10 346 (1961)
  169. Frobenius L Kulturgeschichte Afrikas. Prolegomena zu einer historischen Gestaltlehre (Phaidon-Verlag, 1933)
  170. Huizinga Y "Homo Ludens in Deschaduwen van Morgen (Haarlem, 1938)" Translated into Russian (Moscow: Progress; Academia, 1992)
  171. Morimoto B H, Koshland D E Jr FASEB J. 5 2061 (1991)
  172. Tsyganov M A, Kresteva I B, Medvinskii A B, Ivanitskii G R Dokl. Ross. Akad. Nauk., in press

© Успехи физических наук, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение