【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物节律调控领域，特别是涉及一种基于规制映射的生物节律调控方法、装置及计算机介质。
技术介绍
1、生物钟是生物体内存在的一种内部时钟系统，负责调控生物体的生理和行为活动，使其与环境的周期性变化相适应。这些周期性变化可能包括昼夜变化、季节变化等。生物钟在维持身体的节律性活动、调节代谢、睡眠、饮食等方面起着至关重要的作用。
2、2017年，杰弗里·康纳·霍尔(jeffrey connor hall)，迈克尔·莫里斯·罗斯巴什(michael morris rosbash)，和迈克尔·沃伦·扬(michael warren young)共同获得了诺贝尔生理与医学奖，以表彰他们在生物钟基因的发现及其控制昼夜节律的分子机制方面做出的卓越贡献。关于生物钟昼夜节律的数学模型的构建和理论研究成为近年来的热点问题。生物钟昼夜节律的振荡现象(circadian oscillation)普遍存在,从微观的基因,蛋白质和mrna到宏观的体温，荷尔蒙激素浓度等，生物钟振荡在没有外部节律作用下，其周期为近似24h，这些生物振荡过程的最重要的一个性质就是其可以被24h的昼夜节律所同步/相位锁定(entrainment/phase locked)。且影响该同步过程的因素有很多，如饮食、运动、气温以及其它社会活动。
3、针对生物钟同步过程的数学建模主要有单一模型和网络模型两大类。对于单一模型，一般是运用数学方程组描述单个生物钟振子的周期振荡，然后在方程组中恰当的位置添加周期振荡的受迫外力，以仿真生物钟受到昼夜节律的情形。对于
4、好的分析方法对于理解生物钟同步的内在机制是至关重要的，其应用可以指导理解睡眠以及生物节律紊乱造成的各种疾病，且得到的方法可以推广到其它带有生物振荡器的生物过程，这是本专利技术的应用意义；
5、相位响应曲线(phase response curve,prc)是生物钟研究中常用的重要工具，用于描述生物钟对外部刺激的响应情况。prc通常表示了在给定生物钟节律中，外部刺激(如光照、药物等)在不同时间点对生物钟相位(即节律性活动的时间)的影响。prc的形状和特征可以提供关于生物钟系统的重要信息，例如生物钟的调节范围、敏感性和稳定性等。研究人员可以利用prc来理解生物钟如何调节和适应环境的周期性变化，以及设计和优化生物钟调节方法和治疗方案。
6、尽管相位响应曲线(prc)是研究生物钟调节的重要工具，但它也存在一些不足之处：
7、1.测量误差：要使prc能够精确预测在光暗脉冲下生物钟同步的一些性质，光脉冲扰动必须足够微弱或短暂。以至于生物钟振子在下一个脉冲到来之前能够回到恒定的吸引子。而生物钟振子通常受到周期性昼夜光照影响，其光照强度大，光照时间也长达数小时，故prc在确定生物钟振子同步性质时，准确度会降低。
8、2.物种差异：不同物种的生物钟可能具有不同的prc特征，甚至同一物种的不同个体也可能存在差异。因此，单一的prc图谱可能无法涵盖所有情况，而需要针对特定物种或个体进行定制化的研究。
9、3.复杂性：生物钟系统是一个高度复杂的调控网络，涉及多个分子、细胞和组织水平的相互作用。prc虽然能够提供关于生物钟的整体调节特征，但往往无法深入揭示生物钟调节机制的细节和分子基础。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的一方面提供一种基于规制映射的生物节律调控方法，包括：
2、s1：确定生物的生物钟数学模型，并应用稳定性及分岔理论得到生物钟数学模型解的稳定性及霍普夫分岔，并构建霍普夫分岔图；
3、s2：根据霍普夫分岔图确定生物钟数学模型的模型参数，并通过数值算法对生物钟数学模型进行求解得到生物钟数学模型的数值解，并绘制数值解的相位图；
4、s3：通过数值解的相位图观察数值解的轨迹运动特征，找到稳定极限环数值解的一个强收敛域并确定庞加莱截面；
5、s4：根据确定的庞加莱截面构造规制映射，根据规制映射设计调控信号对生物钟数学模型进行调控。
6、优选地，所述生物钟数学模型包括但不限于：novak-tyson模型、gonze模型和kim-forger模型。
7、优选地，所述确定生物的生物钟数学模型包括：根据待调控生物的网络结构，选择对应的生物钟数学模型，其中，novak-tyson模型用于单一生化参数一个反馈环的网络结构；gonze模型用于单一生化参数两个反馈环的网络结构；kim-forger模型用于多个生化参数多个反馈环的网路结构。
8、优选地，所述应用稳定性及分岔理论得到生物钟数学模型解的稳定性及可能的霍普夫分岔包括：
9、s11：通过求解生物钟数学模型的代数方程，找到使得生物钟数学模型状态导数等于零的点，将这些点称为平衡点；
10、s12：计算平衡点处的雅可比矩阵，并分析其特征值的性质；如果所有特征值都具有负实部，则平衡点是稳定的；否则，它是不稳定的；
11、s13：通过改变系统参数并重复步骤s11和s12，找到使平衡点失去稳定性的参数值，这个参数值就是分岔点；
12、s14：在分岔点附近，分析生物钟数学模型解的结构或性质的变化情况；如果生物钟数学模型出现了周期轨道，并且这些轨道的周期和振幅随着参数的变化而变化，则该分岔是霍普夫分岔。
13、优选地，所述确定庞加莱截面包括：在任意的初值条件下，数值解的相位图中数值解的轨迹都会通过一个面，则将该面作为庞加莱截面。
14、优选地，所述规制映射包括：
15、п(x)＝[ρ(x)+x]mod 24
16、其中，π(x)表示映射扰动前后的昼夜相位变化；x表示昼夜周期输入函数f(t)的初始相位；ρ(x)表示从庞加莱截面∑上的一个初值出发，初始相位为x的数值解的轨迹第一次返回∑所需的时间。
17、优选地，所述根据规制映射设计调控信号包括：
18、s41：根据规制映射的数值结果在直角坐标系中绘制规制映射曲线，规制映射曲线与直线y＝x的两个交点定义为规制映射的不动点；
19、s42：根据未同步生物钟数学模型的初始相位和规制映射的两个不动点设计调控信号。
20、优选地，所述调控信号包括：
21、u(t)＝f[t+(x0-xs)]
22、其中，u(t)表示调控信号；f(.)表示昼夜周期输入函数；x0表示规制映射的初值；xs表示规制映射两个不动点中稳定的不动点。
23、本专利技术的另一方面提供一种基于规制映射的生物节律调控装置，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述生物钟数学模型包括但不限于：Novak-Tyson模型、Gonze模型和Kim-Forger模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述确定生物的生物钟数学模型包括：根据待调控生物的网络结构，选择对应的生物钟数学模型，其中，Novak-Tyson模型用于单一生化参数一个反馈环的网络结构；Gonze模型用于单一生化参数两个反馈环的网络结构；Kim-Forger模型用于多个生化参数多个反馈环的网路结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述应用稳定性及分岔理论得到生物钟数学模型解的稳定性及可能的霍普夫分岔包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述确定庞加莱截面包括：在任意的初值条件下，数值解的相位图中数值解的轨迹都会通过一个面，则将该面作为庞加莱截面。
6.根据权利要求1
7.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述根据规制映射设计调控信号包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述调控信号包括：
9.一种基于规制映射的生物节律调控装置，其特征在于，包括处理器和存储器；
10.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-8任一项所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述生物钟数学模型包括但不限于：novak-tyson模型、gonze模型和kim-forger模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述确定生物的生物钟数学模型包括：根据待调控生物的网络结构，选择对应的生物钟数学模型，其中，novak-tyson模型用于单一生化参数一个反馈环的网络结构；gonze模型用于单一生化参数两个反馈环的网络结构；kim-forger模型用于多个生化参数多个反馈环的网路结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于规制映射的生物节律调控方法，其特征在于，所述应用稳定性及分岔理论得到生物钟数学模型解的稳定性及可能的霍普夫分岔包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：廖光源，张莉敏，朱伟，孙凤兰，马翠娜，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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