Oscillations and chaos in gene network models
Gen ağ modellerinde osilasyon ve kaos
- Tez No: 470074
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEM ÖZEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Dinamik Sistemler, Gen Düzenleyici Ağlar, Sistem Biyolojisi, Matematiksel Modelleme, Osilasyonlar, Parametre Tahmini, Kaos Kontrol, Dynamical Systems, Gene Regulatory Networks, Systems Biology, Mathematical Modeling, Oscillations, Parameter Estimation, Chaos Control
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kadir Has Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Biyoloji ve Biyoinformatik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Osilasyonlar ve kaos dinamik sistemler teorisinde her zaman ilgi çeken konular olmuştur. Sistem biyolojisinde, gen ağlarında ortaya çıkan osilasyonlar, sirkadiyen osilasyonlar, çeşitli metabolik döngüler ve hücre döngüsü gibi bir çok alanda yaygın olarak bilinirler. Dinamik sistemler teorisine göre, kaotik davranış, boyutları üç ve üçün üzerinde olan güçlü-bağlı gen düzenleyici ağlarda(GRNs) da gözlemlenebilir. Ancak, sistem biyolojisinde osilatörler üzerine yapılmış bir çok çalışma bulunurken, kaos üzerine yapılan çalışma sayısı hala oldukça sınırlıdır. Bu nedenle, kaosun oluşum koşullarını, doğadaki muhtemel rollerini ve hatta gelecekte yeni biyoteknolojik uygulamalara yön verecek özgün biyolojik fonksiyonlarını anlamak için daha çok çalışmaya ihtiyaç vardır. Bu tezde, kaos oluşturabilen birkaç küçük gen ağında ortaya çıkan kaotik dinamikleri ele aldık. Farklı yaklaşımlar kullanarak, bu ağ modellerinin kaotik çözümler üreten konfigürasyonları için parametre uzayını araştırdık. Bulgularımız, bu çözümlerin varolmasına rağmen, nadir olduklarını ve çok boyutlu parametre uzayında sabit nokta ve osilatif dinamikleri ayıran sınırlarda izole olduklarını gösterdi. Bu bulgu, aynı genetik devrelerin daha kısıtlı bir parametre uzayında çalışıldığı literatürde yapılan yeni bir çalışmanın sonucuyla uyumludur. Ayrıca, incelediğimiz sistemlerde kaos kontrol konusunu araştırdık. Kaos kontrol, kaotik dinamiklerin kararlı kılınmasında kullanılan metodolojiler için bir terimdir ve kontrol teorisinin oldukça genç bir alt disiplinidir. En iyi bilinen kontrol yaklaşımlarından biri olan Pyragas yöntemini kullanarak, kaotik davranışın, orijinal sisteme geribildirim şeklinde küçük bir pertürbasyon uygulayarak kararlı kılınabileceğini gösterdik. Bu tezin ötesinde, gelecekteki biyoteknolojik uygulamalarda kullanılabilecek biyolojik olarak uygulanabilir bir kontrol yöntemi geliştirmek için kontrol yaklaşımını genişletmeyi amaçlıyoruz.
Özet (Çeviri)
Oscillations and chaos have always been interesting topics in the theory of dynamical systems. In systems biology, oscillations emerging from gene networks are known to be widespread as in circadian oscillations, various metabolic cycles and the cell cycle to name a few. According to the dynamical systems theory, chaotic behavior can also be produced in strongly-coupled gene regulatory networks(GRNs) with dimensions equal to or exceeding three. Although there is a large number of studies focusing on oscillators in systems biology, the number of studies on chaos is still rather limited. Therefore, much work is needed to understand the conditions for its occurence, its possible roles in nature and even novel biological functions which may allow for new biotechnological applications in future. In this thesis, we are interested in the chaotic dynamics emerging from a couple of small gene networks capable of exhibiting chaotic dynamics. Using different approaches, we investigated the parameter space of these network models for configurations that yield chaotic solutions. Our findings indicate that although such solutions exist, they are rare and isolated to the boundary separating the regions of the fixed-point and oscillatory dynamics in the multi-dimensional parameter space. This finding is compatible with the result of a recent study in the literature in which the same genetic circuits were studied but in a more restricted parameter space. We also investigated the topic of chaos control in the systems we have considered. Chaos control is a term for methodologies that are used to stabilize chaotic dynamics and is rather young sub-discipline of the control theory. Using one of the most well-known control approaches, the Pyragas method, we have demonstrated that chaotic behavior can be stabilized by an application of a small perturbation in the form of a feedback to the original system. Beyond the scope of this thesis, we aim to extend the control approach to develop a biologically feasible control method that may be used in the future biotechnological applications.
Benzer Tezler
- Sabit mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbin sistemlerinin kaotik analizi ve senkronizasyonu
Chaotic analysis and synchronization in permanent magnet synchron generator of wind turbine systems
ABDALLAH MOUSSA YAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
- Küçük ölçekli insansız helikopter dinamiğinde kaosun incelenmesi ve kontrolü
Investigation and control of chaos in small-scale unmanned helicopter dynamics
AHMET ÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Havacılık MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiAviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYDAR LİVATYALI
- Elektronik devrelerde yüksek frekanslı kaotik osilatörlerin tasarımı ve gerçekleştirimi
Design and implementation of high frequency chaotic oscillators in electronic circuits
FATMA YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ALÇI
- Lineer ve lineer olmayan örgü titreşimleri ve örgülerde kaos analizi
Linear and non linear lattice vibrations and chaos analysis in lattices
ÖMER YAVAŞ
Doktora
Türkçe
1992
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ AKKAŞ
- Subsequent behaviour of the oscillations of the double pendulum under various initial conditions
Dış kuvvet ve farklı başlangıç koşulları altında ikili sarkaçın salınım davranışları
ÖMER EREN
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERCÜMENT AKAT