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睡眠剥夺问题的基因共表达网络分析方法研究

刘观良  
【摘要】:睡眠剥夺是指生物体由于外界环境或自身原因无法满足正常睡眠的状态,其深入研究不仅可以揭示睡眠的功能和机制,还可以为对抗睡眠剥夺措施的制定提供依据。目前关于睡眠剥夺问题的研究有脑成像方法、脑电信号分析方法、基因表达分析方法等。但是现有方法主要关注脑部特定区域或某一类基因表达水平的差异。越来越多的研究表明生物外在的性状和功能并不是仅仅由单个或几个基因决定而是由基因之间的相互作用组成的复杂网络决定的。本文即在复杂网络理论的框架下,基于不同睡眠状态下的小鼠脑部基因表达数据构建基因共表达网络,并通过比较不同睡眠状态下基因共表达网络的结构变化研究睡眠剥夺问题。本文的主要工作和创新点如下: (1)基于基因表达数据构建小鼠脑部基因共表达网络,从全基因组角度在分子水平上研究睡眠剥夺问题。对构建的基因共表达网络进行比较分析,从比较的结果我们发现,清醒状态下的基因共表达网络比睡眠状态下结构更加有序;睡眠剥夺状态下的基因共表达网络比正常睡眠状态下结构更加随机、无序;经睡眠剥夺后的睡眠恢复网络比正常睡眠状态下的网络结构更加分散、无序和随机。因此我们认为睡眠剥夺对基因共表达网络带来一定破坏,而睡眠恢复并不能使睡眠剥夺后的基因共表达网络恢复到正常。 (2)针对基因原位杂交图像数据,提出一种可以有效检测基因之间空间共表达区域的快速二值图像分割方法,混洗结果表明,利用我们的方法可以发现具有统计显著性的基因空间共表达区域。以此方法为基础可以构建出更加精确的基因共表达网络,为揭示睡眠的机制提供快速、自动化的分析处理工具。


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