Taghvafard, Hadi

English

Dit proefschrift is gewijd aan de studie van ritmes, zogenaamde "oscillatoren". In het bijzonder houdt het zich bezig met modellering, analyse en regeling van biologische oscillatoren. Het is verdeeld in twee delen, waarbij Deel I is gewijd aan de toepassing van de controletheorie op endocrinologie, en Deel II is toegewezen aan de toepassing van dynamische systemen op de microbiologie. Deel I ontwikkelt drie wiskundige modellen van endocriene regulatie. Het eerste model beschrijft de diurnale patronen van de cortisol. Via een analytische aanpak ontwerpen we een impulsieve controller om de timing en amplitude van secretoire gebeurtenissen te identificeren, terwijl de bloedcortisolspiegels beperkt zijn tot een specifiek circadiaans bereik. Het tweede model beschrijft in het algemeen de controlemechanismen in de hypothalamus-hypofyse-assen, gecontroleerd door de hersenen. Voor dit model, dat een uitbreiding is van de conventionele Goodwin's oscillator met een extra niet-lineaire feedback, stellen we de relatie vast tussen zijn lokaal gedrag op het evenwichtspunt en zijn globale gedrag. Het laatste model beschrijft de pulsatieve secretie van de hypothalamus-hypofyse-assen. Dit model, verkregen uit een impulsieve versie van de oscillator van Goodwin, heeft een bijkomende affiene feedback. Voor dit model presenteren we voorwaarden voor het bestaan, de uniciteit en de positiviteit van een type periodieke oplossing. Deel II bestudeert een biochemisch oscillatormodel (bekend als " Frzilator "), dat de overgangsfase van sociaal gedrag van myxobacteriën beschrijft , een soort bodembacterie. Dit deel bestudeert de Frzilator vanuit twee verschillende perspectieven, namelijk reguliere verstoring en geometrische singuliere verstoring.This thesis is devoted to the study of rhythms, so-called “oscillators”. In particular, it is concerned with modeling, analysis, and control of biological oscillators. It is divided into two parts, where Part I is devoted to the application of control theory to endocrinology, and Part II is allocated to the application of dynamical systems to microbiology.Part I develops three mathematical models of endocrine regulation. The first Model describes the cortisol’s diurnal patterns. Through an analytical approach, we design an impulsive controller to identify the timing and amplitude of secretory events, while the blood cortisol levels are restricted to a specific circadian range. The second model generally describes the control mechanisms in the hypothalamic-pituitary axes, controlled by the brain. For this model, which is an extension of the conventional Goodwin’s oscillator with an additional nonlinear feedback, we establish the relationship between its local behavior at the equilibrium point and its global behavior.The last model describes the pulsatile secretion of the hypothalamic-pituitary axes. This model, obtained from an impulsive version of the Goodwin’s oscillator, has an additional affine feedback. For this model, we present conditions for the existence, uniqueness, and positivity of a type of periodic solution.Part II studies a biochemical oscillator model (known as “Frzilator”), which describes the social-behavior transition phase of myxobacteria, a kind of soil bacteria. This part studies the Frzilator from two different perspectives, namely, regular perturbation and geometric singular perturbation

Dissertations of the University of Groningen

Modeling, analysis, and control of biological oscillators

https://pure.rug.nl/ws/files/61961944/Complete_thesis.pdf

Modeling, analysis, and control of biological oscillators

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Dissertations of the University of Groningen