Текущий выпуск Номер 4, 2026 Том 18

Все выпуски

[ Switch to English ]

Статистический анализ и моделирование паттернов активации обонятельной луковицы на основе немаркированных пространственных точечных процессов

Щербань И.В., Лысенко Л.В., Щербань О.Г., Калитин К.Ю.
 pdf (1432K)

В нейробиологии исследование механизмов кодирования запахов требует анализа пространственных паттернов активации обонятельных структур (гломерул), реконструируемых по данным мультифотонной микроскопии. Однако отсутствие формального статистического аппарата для анализа обобщенных карт, полученных на группе животных, ограничивает воспроизводимость результатов и затрудняет синтез прогностических моделей. Для преодоления этих ограничений разработана методология анализа карт ольфакторной активности, суммарно зарегистрированных на нескольких животных, основанная на теории немаркированных случайных точечных процессов. Методология включает процедуру предобработки данных и алгоритм численного анализа, реализованный в среде R с использованием пакета spatstat. Предложенный подход позволяет: (1) перейти от исходных карт гломерулярной активности к точечным паттернам с сохранением информации о размерах гломерул; (2) выполнить анализ точечных паттернов и рассчитать пространственно-морфологические характеристики специфичных для каждого одоранта областей (доменов) устойчивой активации гломерул; (3) выполнить статистическую проверку гипотез о пространственной случайности точечных паттернов с использованием $K$-функции Рипли, $G$-функции ближайших соседей и метода Монте-Карло; (4) синтезировать параметрическую модель парных взаимодействий Штрауса, параметры которой $(r_{PI}, \gamma)$ имеют ясную биологическую интерпретацию — масштаб пространственного взаимодействия гломерул и силу комодуляции ответов соответственно.

Валидация методологии выполнена на экспериментальных данных, полученных на 24 лабораторных крысах (10 особей стимулированы камфорой, 14 — метилбензоатом). Подобранные модели Штрауса продемонстрировали близкие, но специфичные для каждого одоранта параметры: радиус взаимодействия $r_{PI}$ составил 150 мкм для камфоры и 120 мкм для метилбензоата, коэффициент взаимодействия $\gamma$ — 0,95 и 0,89 соответственно. Валидация с использованием $Q$-$Q$-графиков сглаженных остатков подтвердила адекватность моделей, а рассчитанные на этапе (2) суммарная площадь доменов (0,60 мм2 и 0,73 мм2) и плотность реакций (38 и 43 точки/мм2) полностью согласуются с параметрическими сигнатурами $(r_{PI}, \gamma)$ моделей.

Предложенный подход обеспечивает воспроизводимую количественную оценку гломерулярных доменов в единой стереотаксической системе координат и может быть распространен на другие одоранты и биологические виды. Все выводы получены на наркотизированных животных; экстраполяция на активные обонятельные стратегии бодрствующих животных требует дополнительных исследований.

Ключевые слова: немаркированные точечные процессы, $K$-функция Рипли, $G$-функция ближайших соседей, метод Монте-Карло, модель Штрауса, мультифотонная микроскопия, пространственные карты ольфакторной активности
Цитата: Щербань И.В., Лысенко Л.В., Щербань О.Г., Калитин К.Ю. Статистический анализ и моделирование паттернов активации обонятельной луковицы на основе немаркированных пространственных точечных процессов // Компьютерные исследования и моделирование, 2026, т. 18, № 4, с. 1005-1019
Citation in English: Shcherban I.V., Lysenko L.V., Shcherban O.G., Kalitin K.Y. Statistical analysis and modeling of olfactory bulb activation patterns using unmarked spatial point processes // Computer Research and Modeling, 2026, vol. 18, no. 4, pp. 1005-1019
DOI: 10.20537/2076-7633-2026-18-4-1005-1019
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3756/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Copyright © 2026 Щербань И.В., Лысенко Л.В., Щербань О.Г., Калитин К.Ю.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Website Copyright © 2009–2026 Институт компьютерных исследований