你有没有想过老虎如何发展他们的条纹？Alan Tures的形态发生理论为这场发生提供了一种可能的解释，表明图案，例如条纹，从最初的均匀状态自然地发展。今天，我们将仔细看看图灵的理论，并探索了对该主题的一些现代研究，包括COMSOL多体学中分枝形态发生的建模。188金宝搏优惠
从计算机科学到形态发生：Alan Tying的贡献
当你听到艾伦命名时，形态发生可能不是一个想到的想法。一个着名的英国数学家，更广泛地认识到他对密码学和计算机科学领域的贡献。在第二次世界大战期间，图灵有助于打破一个复杂的德国密码，称为谜码 - 这一成就，最近在电影中推出了更众所周知的成就。
图灵也被认为是创造一个称为图灵测试的人工智能测试以及第一种正式的计算机算法概念。这样的成就使许多人认为他是人工智能和理论计算机科学的父。
艾伦·图灵（Alan Turing）的形态发生理论为老虎上的条纹发展提供了一个预测。J. Patrick Fischer的图片 - 自己的作品。获得许可cc by-sa 3.0， 通过Wikimedia Commons.。
直到后来在他的生命中才进入数学生物学的领域。1952年，他在他的理论上发表了一篇论文形态发生标题为“形态发生的化学基础”。在这里，他使用数学建模系统来解释重复模式的非均匀性如何从自然，均匀的状态中出现。从更简单的角度来看，图灵的模型表明，这种模式是由于两个形态剂的扩散而引起的：一个激活剂和抑制剂。
为了更好地了解他的理论，我们可以看看如何在老虎上发展的例子。图灵的理论预测，通过激活一些细胞并抑制其他细胞来产生化学不同细胞的模式并抑制其他细胞。在虎虎的情况下，活化剂产生暗条纹，抑制剂防止条纹周围的区域中的深色。该反应扩散在虎细胞上，产生重复的条纹图案。
研究研究支持图灵的理论
现代研究继续进一步验证图灵的理论。例如，在基因组规则中心的研究中，研究人员发现了证据手指和脚趾是用图灵机构图案的。这些结论是从计算预测中得出的，并通过物理实验证实了这些发现。伦敦国王学院的一个团队也制作了实验证据验证图灵的投机理论。它们确定了在图灵模型中使用的特异性转基因，并观察到该理论预测的效果。Brandeis University和匹兹堡大学的研究人员的进一步实验类似的模式曾经产生过相同的结构。
这些和其他关于图灵的形态发生理论研究的结果可以应用于一系列应用，从生物医学用途，以具有特定图案和形状的生长软机器。在下一节，我们将看到研究人员的团队如何进一步调查该理论在Comsol Multiphysics的帮助下。188金宝搏优惠
用COMSOL多发性分析分枝形态发生188金宝搏优惠
模拟形态发生和器官发生中的复杂生物学过程（组织发生成复杂器官的过程）可能是困难的两个原因：由于计算模型的参数化以及直接测量几个参数的事实是不可行的。
要考虑到这样的挑战，来自苏黎世的研究人员和尼斯大学的研究人员转向Comsol Multiphysics。188金宝搏优惠使用仿真软件，它们看起来评估参数优化的不同方法，并探索使用实验数据作为定量研究，参数化和离散化计算模型的方法的可能性。
第一步是创造一个基于受体配体信号传导的图灵型模型。正如该组先前提出的那样，该模型可用于模拟肺部和肾脏中的分支形态发生。
简单的图灵型模型。D. Menshykau等人的图像。并从他们的188金宝搏优惠COMSOL会议海报提交。
使用此模型测试了两种参数优化方法：基于梯度的优化求解器（SNOPT）和无梯度优化求解器（坐标搜索）。
两种优化溶剂的收敛性。积分描绘了导致收敛的优化求解器的初始值，而交叉描绘了不收敛的失败。当优化结束时，不同的颜色代表目标函数的值。D. Menshykau等人的图像。并从他们的188金宝搏优惠COMSOL会议海报提交。
研究结果表明，SNOPT和坐标搜索共享缺点：对于这两个方法，您只能从参数空间的受限区域恢复正确的参数值。因此，研究团队制定了三步策略，以优化图灵型模型的参数：
- 均匀地样本相关参数空间
- 选择最小成本功能值的点
- 让本地优化求解器（SNOPT或坐标搜索）使用这些点作为起始条件
接下来，研究人员研究了基于图像的模型的参数化，这是一种在模拟中重现实验数据的常见方法。在体外的胚胎肾脏的2D延时电影用于基于图像的分支形态发生模型。通过这种方法，研究人员测试了其机制在整个过程中准确预测生长领域的能力。
基于图像的建模过程。a）延时电影屏幕截图。b）肾外植物和计算的位移场的放大图像。c）偏离图灵空间（黑色）的点，在（绿色）之间，以及图灵空间（红色）外部。（d）增长领域和U的分布2V（配体受体复合物）在上皮 - 间质边界上。D. Menshykau等人的图像。并从他们的188金宝搏优惠COMSOL会议海报提交。
研究结果表明，图灵型模型充分再现了观察到的胚胎肾脏的生长区域。因此，得出结论，可以在研究器官发育和解决，参数化和离散模型的机制时使用基于图像的数据。
仿真研究提供了进一步了解图灵的形态发生理论
Tying的形态发生理论今天仍在发展，研究人员不断寻找模拟和利用它的新方法。仿真研究，例如这里呈现的研究可以帮助更好地了解控制形态发生的机制，同时进一步进一步设计用于研究形态发生和器官发生的计算模型。
随着今天突出显示的研究，Eth苏黎世和尼斯大学大学的研究人员使用COMSOL Multiphysics进行了与器官发生的额外分析。188金宝搏优惠例如，一项研究有助于解决细胞界限和可能亚细胞分区化的事实，可以极大地影响有机组织期间的信令网络。在最近的一项研究中，研究人员使用肢体芽开发的示例探索了基于图像的模型的技术。您可以在下面的部分中了解这些研究。
使用模拟以更好地了解自然现象的进一步资源
- 阅读全文：“在ComsolMultiphysics®中模拟器官发生：188金宝搏优惠基于PDE的模型的参数优化“
- 探索有机组织的额外研究：
- 浏览有关模拟在分析自然现象中作用的其他博客文章：
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