Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
1
GRUPDECRONOBIOLOGIA
GRUPDECRONOBIOLOGIA
ModelitzaciModelitzacióóen Cronobiologen Cronobiologííaa
Antoni Díez Noguera
Grup de CronobiologiaFacultat de Farmàcia, Universitat de Barcelona
Barcelona, 2009
UNIVERSITAT DE BARCELONA
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
2
El sistema circadiari
3
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
5
NSQ-H(augmentat)
VIP
3V
QOQO
Sistemes efectors
RafeSerotonina
LIG
CGL
NP Y
Retina
TRH
Glutàmic
NPV-T
NDM-H
NPV-H
Pineal
Medul·la
GSC
Melatonina
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
6
5
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
9
Roda giratòria Feixos IR creuats
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
10
díes
hores
actograma
x 2Actograma: double plot
dades...
24 horesmòdul T
..
.
. . .
polsos
24 h 48 h0 h
6
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
11
• Locomoció• Exploració• Alimentació• Neteja• Tremolor• Gratar-se• Ansietat•...
Locomoció
ExploracióAlimentació
Neteja Tremolor
Gratar-se
Σ= activitat motora
24 hores
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
12
Proposta inicialdel model
7
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
13
Desenvlupament del ritme en rates joves
23 d
60 d
0h 24h
Diez-Noguera A et al., J Interdiscipl Cycle Res 19:65-74, 1988
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
14
23 d
60 d
0h 24h
8
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
15
XX
YY
X, Y = [Na+] [K+] [GLU] Vm
x = f(x,y) = 1 - xy
1 + by = g(x,y) = ay ( x - )
1 + bySelkovBrusselator Kagan-Kepler-EpsteinPavlidisVan der PolRayleighDuffin
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
16
I: Intensitat de l’acoblament
x = x + (Σxi - nx) I / (n-1)
y = y + (Σyi - ny) I / (n-1)
~
~
~
~
XX
YY
Interacció = acoblament
9
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
17
Runge - Kutta de 2º ordre
Interacció = acoblamentImplementació pràctica
I: Intensitat de l’acoblament
x = x + (Σxi - nx) I / (n-1)
y = y + (Σyi - ny) I / (n-1)
~
~
~
~
XX
YY
x = f(x,y) = 1 - xy
1 + by = g(x,y) = ay ( x - )
1 + by
++
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
18
0h0h 24h24h
24.224.324.424.524.624.724.824.9
2525.1
0 200 400 600 800 1000lux
tau
(h)
Efecte tònicde la llum
10
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
19
LLINDAR
SALIDA
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
20
n oscillators
X
YY
X
YY
X
YY
Intensitat de l’acoblament
Intensitat de la llum
11
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
21
tau
tau
Simulacióamb sistemes
multiosciladorsSistemes reals
I: Intensitat de l’acoplament
lux lux
I: Intensitat de l’acoplament
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
22
Proposta finaldel model
12
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
23
LLINDAR
SALIDA
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
24
I
X
Y35
Intensitat de l’acoblament
tau
(h)
030
25
20
150 0.5 1 1.5 2
N d’elements neutres
12
48
16
I
X
Y
13
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
25
0h0h 24h24h
CT 0CT 0
66
1212
1818
Curva de respuestas de fase
-2
-1
0
1
2
3
0 4 8 12 16 20 24tiempo circadiano
cam
bio
de fa
se
Efecte fàsicde la llum
CT 0CT 0
66
1212
1818
CT 0CT 0
66
1212
1818
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
26
Δφ = f( I, a, b,... )
Mecanismeparamètric
S.C.
Efecte tònic
Mecanismeno paramètric
Δφ = f( φt )
S.C
Efecte fàsic
Colin Pittendrigh1918-1996Colin Pittendrigh1918-1996
Jürgen Aschoff1913-1998Jürgen Aschoff1913-1998
14
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
27
μi μj
YY
XX
μi = μj
YY
XX
II
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
28
YY
XX
YY
XX XX
YY
15
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
29
• Sortida• aditiva, llindar,
• Sortida• aditiva, llindar,
Diez-Noguera A, Am J Physiol 267:R1118-R1135, 1994
• Acoblament intern• modulat per la llum (inhibit)• desenvolupament postnatal• feedback
• Acoblament intern• modulat per la llum (inhibit)• desenvolupament postnatal• feedback
• Elements neutres• Elements neutres
• N osciladors• cicle límit• trajectòria asimètrica• velocitats diferents
• N osciladors• cicle límit• trajectòria asimètrica• velocitats diferents
LLINDAR
SORTIDA(efector)
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
30
Drosophila melanogaster
Helfrich-Förster & Díez-Noguera, J Interdiscipl Cycle Res 24:225-, 1993
29
24
19
4 3 2 1 0lux
tau
(h) perl
wtpers
29
24
19
2 6 10 14 18I. acoplamiento
tau
(h) 1 n
2 n14 n
distancia = k I distancia = k I
16
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
31
llindar
SORTIDA(efector)
CCèèll··luleslules glialsglials: : astròcitsastròcits ¿¿??
NeuronesNeurones, clusters , clusters ¿¿??
Modificable, plasticidad Modificable, plasticidad ¿¿??
Welsh DK, Reppert SM. 1996; Brain Res
Welsh DK, et al. 1995; Neuron
Díez-Noguera A, et al. 1992; J Interd Cycle ResDiez-Noguera A, Cambras T, 1988; Physiol Behav
PlasticitatPlasticitat……
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
32
17
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
33
23 d
60 d
0h 24h
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
34
Verificaciódel model
18
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
35
0 6 12 18 24 30
25h
LD 3/1 T=4h
28h22h
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
36
Vilaplana J et al., Am J Physiol 272:R95-R102, 1997
díes 70
0
41
34
39
29
38
70
111
145
184
213
251
24 h
19
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
37
T=22 h T=23 h T=24 h T=25 h T=26 h T=27 h T=28 h
Vilaplana J et al., Chronobiol Int 14:9-18, 1997
Tots els actogrames en mòdul 24 h
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
38
T=22 h T=23 h T=24 h
Tots els actogrames en mòdul 24 h
Vilaplana J et al., Chronobiol Int 14:9-18, 1997
20
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
39
T=22 h T=23 h T=24 h T=25 h T=26 h T=27 hT=21 h
Todos los actogramas en módulo de T
Campuzano A, et al., Physiol Behav 67:791-797, 1999.
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
40
QO
33VV
NSQ
TRH
de la Iglesia H et al., Curr Biol 14:796-800, 2004
21
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
41
Relació de fases entre components ultradiarisRatolins encarrilats a LD T=21h
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
42
-1 ,5
-1
-0 ,5
0
0 ,5
1
1 ,5
2
0 4 8 12 1 6 20 2 4
Temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
PRCCRF per Gallus domesticus
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 4 8 12 16 20 24Temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
CRF per Paramecium bursaria
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 4 8 1 2 16 20 2 4Temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
CRF per Passer domesticus
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 4 8 12 16 2 0 2 4Temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
Gallus domesticus Taphozous melanopogon
Paramecium bursaria Passer domesticus
22
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
43
CRF amb 64 oscil.ladors tipus Selkov
-1 ,5
-1
-0 ,5
0
0,5
1
1,5
0 5 1 0 1 5 20 2 5
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
CRF amb 64 oscil.ladors tipus Brusellator
-0 ,7
-0 ,6
-0 ,5
-0 ,4
-0 ,3
-0 ,2
-0 ,1
0
0 ,1
0 ,2
0 ,3
0 4 8 1 2 1 6 2 0 24
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
Selkov Brusselator
Low coupling ( L ) High coupling ( D )
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
44
CRF amb 64 oscil.ladors tipus Pavlidis
-1 ,6
-1 ,4
-1 ,2
-1
-0 ,8
-0 ,6
-0 ,4
-0 ,2
0
0 ,2
0 ,4
0 4 8 1 2 16 20 24
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
CRF amb 64 oscil.ladors tipus glicolisi
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 4 8 1 2 1 6 20 24
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
Pavlidis Glycololysis
Low coupling ( L ) High coupling ( D )
23
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
45
CRF amb 64 oscil.ladors tipus Kagan-Kepler-Epstein
-0 ,5
-0 ,4
-0 ,3
-0 ,2
-0 ,1
0
0 ,1
0 ,2
0 ,3
0 ,4
0 ,5
0 4 8 1 2 16 20 24
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
CFR amb 64 oscil.ladors tipus Wilson-Lowan
-0 ,2
-0 ,1 5
-0 ,1
-0 ,0 5
0
0 ,0 5
0 4 8 12 16 20 2 4
Pseudo temps circadiari
Incr
emen
t de
fase
Kagan-Kepler-Epstein Wilson-Lowan
Low coupling ( L ) High coupling ( D )
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
46
x = f(x,y) = 1 - xy
1 + by = g(x,y) = ay ( x - )
1 + by
x = f(x,y) = 1 - xy
1 + by = g(x,y) = ay ( x - )
1 + by
SelkovBrusselatorKagan-Kepler-EpsteinPavlidis
SelkovBrusselatorKagan-Kepler-EpsteinPavlidis
24
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
47
PRC PRC
On és la PRC ?PRC PRC
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
48
Complexitatexterna
25
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
49
LD
tª
H%
AMAliment
Aigua
Aislament
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
50
26
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
51
LD
lux
lux
lux
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
52Rang d’encarrilament
Boulos et al., J Biol Rhytm 2002
27
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
53
tiempo
fase
tiempo
fase
Encarrilament fàsic versus tònic
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
54
Irradiància solar
29
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
57
Olores (3 diferentes)Ventiladores
Movimiento externo 2
SonidoMovimiento externo 1
Movimiento jaula
Calefactor (8-10º)
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
58
85 dies, T=1455
30
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
59
Complexitatinterna
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
60
TopologicalSpatial structure, interconnections
PopulationalDifferences between the oscillators
IntrinsicCharacterisctics of each oscillator
32
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
63
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
64
Selkov Rösler
16
18
20
22
24
26
28
30
32
0,01 0,1 1I
T
16
18
20
22
24
26
28
30
32
0,01 0,1 1
I
T
33
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
65
Selkov
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
66
Rösler YZ
34
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
67
Contrast L/D (nivells d’acoblament)
Foscor D
LlumL
Chiesa JJ et al., J Biol Rhythms 21:45-57, 2009
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
68
Contrast L/D (nivells d’acoblament)
Chiesa JJ et al., J Biol Rhythms 21:45-57, 2009
35
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
69
Chiesa JJ et al., J Biol Rhythms 21:45-57, 2009
Transició amb T=22, LD:300/0 > LD:300/0,1
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
70
The “Barcelona-Model” of the Activity/Rest (Motor) Cycle in Rats
Colin Pittendrigh, Barcelona, març de 1994
36
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
71
Mari SansPD
Trini CambrasPTU
Montse AnglésBRD
Ágata CarpentieriBFC
Toni Díez NogueraCU Juan Chiesa
BFPU
GrupGrup de Cronobiologiade Cronobiologia
M Merçè CanalPA
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
72
Moltes gràciesMoltes gràcies
37
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
73
Muchas gracias
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
74
Muchas gracias
38
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
75
Muchas gracias
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
76
Campuzano A, et al. Campuzano A, et al. PhysiolPhysiol BehavBehav 63:17163:171--176, 1998176, 1998
2020
4040
CELCEL
CNELCNEL
%VE%VE
6060
2121 2222 2323 T(hT(h))
25.025.0
25.425.4
2121 2222 2323 T(hT(h))
CNELCNEL
T=21T=21 T=22T=22 T=23T=23
Todos los Todos los actogramasactogramas en men móódulo de Tdulo de T
39
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
77Pavlidis
y1
yb
ax)y(1
xyy
ax)y(1
xy0.06cx
+−
++=
++−= ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
y2
xbxy
y2
xb)x(1ax
−=
++−=
Brusselator
( )ya
xyby
axy1x
−=
−=
Glycolysis (metabolic)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+
+−=
−=
by1
b1xayy
xy1x
Selkov Kagan-Keppler-Epstein
2y1
xycyay
2y1
xyybx
+−−=
+−= ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
ybxy
y3
x1)x(ax
−=
−−+=
Wilson-Lowan
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
78
T=21T=21 T=22T=22 T=23T=23
TT=21=21
nntautau
periodperiodoo TT=22=22
nntautau
periodperiodoo TT=23=23
nntautau
periodperiodoo
40
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
79
T=21 h T=21.5 h T=22 h T=22.5 h T=23.5 h
Tots els actogrames en mòdul T
Campuzano A, et al., Physiol Behav 63:171-176, 1998
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
80
50 minAnant ràpid
41
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
81
¿ Qué es un entorno complejo ?
¿ Qué es un entorno complejo ?
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
82
A+a+A+a+
42
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
83
M.C. Escher, Day and Night, 1938
““Entre el dia i la nit, no hi ha paret ni Entre el dia i la nit, no hi ha paret ni tabictabic””
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
84
Muchas gracias
44
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
87
M.C. Escher, Day and Night, 1938
““Entre el dia i la nit, no hi ha paret ni Entre el dia i la nit, no hi ha paret ni tabictabic””
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
88
45
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
89
LuzLuz
SonidosSonidos
TemperaturaTemperatura
Contacto socialContacto social
Proceso BProceso B
Proceso Proceso AA
EntornoEntorno
OrganismoOrganismo
Antoni Díez [email protected], 2009
U
B
90
Competidors
Predadors
Simbiosi
Disponibilitatd’aliment