Séance de cours

Oscillateurs circadiens : entraînement et synchronisation

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Dans cours

BIO-341: Dynamical systems in biology

Life is non-linear. This course introduces dynamical systems as a technique for modelling simple biological processes. The emphasis is on the qualitative and numerical analysis of non-linear dynamical models. Examples are taken from biology and population ...

Description

Cette séance de cours couvre l'entraînement et la synchronisation des oscillateurs circadiens, en se concentrant sur le décalage dépendant de la phase des rythmes circadiens humains en réponse à des impulsions lumineuses. Il explore le modèle de Kuramoto, la synchronisation collective des populations et l'impact des stimuli externes sur le comportement des oscillateurs. La séance de cours explore le concept de verrouillage de phase, de dérive de phase et les critères de stabilité pour les systèmes dynamiques discrets. À travers des exemples et des analyses de modèles, l'instructeur illustre comment les interactions entre les oscillateurs et leur environnement donnent lieu à des phénomènes collectifs tels que la synchronisation.

Enseignant·e·s (2)

Felix Naef

Felix Naef studied theoretical physics at the ETHZ and obtained his PhD from the EPFL in 2000. He then received postdoctoral training at the Center for Studies in Physics and Biology at the Rockefeller University (NYC) under the guidance of Prof. Magnasco. His research focuses on the modeling and interpretation of high-throughput functional data and the study of biomolecular oscillators. He joined ISREC as an associate scientist in early 2004 and is currently Associate Professor in the Institute of Bioengineering (IBI).

Julian Charles Shillcock

Julian received his PhD at Simon Fraser University in Canada for work on Monte Carlo simulations of liquid crystal phase transitions and the elastic properties of fluid and polymerized membranes. He was a Group Leader at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Germany for five years applying coarse-grained simulation techniques - principally Dissipative Particle Dynamics (DPD) and Brownian Dynamics - to equilibrium and dynamic properties of fluid lipid membranes. A major target of this research was to reveal the molecular rearrangements that occur during vesicle fusion. During this time, he developed a commercially-available, parallel DPD code that is being used by several universities. He was an Associate Professor at MEMPHYS in the Department of Physics and Chemistry, University of Southern Denmark. He has also worked in industry, designing and writing software for communication satellite simulations (British Aerospace, 1986-1990), and fluid simulation software (Accelrys, Inc., 1998-1999). He joined the Blue Brain Project in 2011, and uses mesoscale simulation techniques, together with theoretical analysis and collaborations with experimentalists, to study the dynamics of cellular processes. Current projects include simulating the formation of the post-synaptic density in dendritic spines and developing theoretical models of the supramolecular organisation of synapses. He also teaches Master's and PhD courses in computational cell biology and biophysics. He wrote and maintains an open source dissipative particle dynamics simulation code: https://github.com/Osprey-DPD/osprey-dpd Orcid: orcid.org/0000-0002-7885-735X

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Concepts associés (29)

Circadian rhythm sleep disorder

Circadian rhythm sleep disorders (CRSD), also known as circadian rhythm sleep-wake disorders (CRSWD), are a family of sleep disorders which affect the timing of sleep. CRSDs arise from a persistent pattern of sleep/wake disturbances that can be caused either by dysfunction in one's biological clock system, or by misalignment between one's endogenous oscillator and externally imposed cues. As a result of this mismatch, those affected by circadian rhythm sleep disorders have a tendency to fall asleep at unconventional time points in the day.

Rythme circadien bactérien

Les rythmes circadiens bactériens, comme d'autres rythmes circadiens sont endogènes. Récemment découverts, ils constituent une des manifestations de ce qu'on appelle horloge circadienne ou horloge biologique ou horloge interne. La coordination et l'optimisation temporelle des processus biologiques et l'adaptation aux fluctuations quotidiennes jouent un rôle important dans la survie de la plupart des organismes.

Boucle à phase asservie

Une boucle à phase asservie, ou boucle à verrouillage de phase ou BVP (en anglais, phase-locked loop, ou PLL), est un montage électronique permettant d'asservir la phase ou la fréquence de sortie d'un système sur la phase ou la fréquence du signal d'entrée. Elle peut aussi asservir une fréquence de sortie sur un multiple de la fréquence d'entrée. L'invention de la boucle à verrouillage de phase est attribuée à un ingénieur français, Henri de Bellescize, en 1932.

Système dynamique

En mathématiques, en chimie ou en physique, un système dynamique est la donnée d’un système et d’une loi décrivant l'évolution de ce système. Ce peut être l'évolution d'une réaction chimique au cours du temps, le mouvement des planètes dans le système solaire (régi par la loi universelle de la gravitation de Newton) ou encore l'évolution de la mémoire d'un ordinateur sous l'action d'un programme informatique. Formellement on distingue les systèmes dynamiques à temps discrets (comme un programme informatique) des systèmes dynamiques à temps continu (comme une réaction chimique).

Light effects on circadian rhythm

Light effects on circadian rhythm are the effects that light has on circadian rhythm. Most animals and other organisms have "built-in clocks" in their brains that regulate the timing of biological processes and daily behavior. These "clocks" are known as circadian rhythms. They allow maintenance of these processes and behaviors relative to the 24-hour day/night cycle in nature. Although these rhythms are maintained by the individual organisms, their length does vary somewhat individually.

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Effets de la lumière artificielle sur la santé : chirurgie guidée par fluorescence

Explore les effets de la lumière artificielle sur la santé des organismes vivants et les principes de la chirurgie guidée par la fluorescence, ainsi que les mécanismes et les antécédents de la luminothérapie lumineuse pour les troubles psychiatriques.

Entraînement et synchronisation des oscillateurs

Explore l'entraînement et la synchronisation des oscillateurs, en se concentrant sur le modèle de Kuramoto et les phénomènes de résonance dans les rythmes circadiens humains.

Protéomique et métabolomique : techniques et applications avancées

Explore le profilage du protéome, la découverte de biomarqueurs, la maladie d'Alzheimer, la médecine de précision et les applications avancées de spectrométrie de masse.

Cycles limites et systèmes excitants

Explore les cycles limites, les systèmes excitables, les rétroactions positives et le verrouillage de phase dans les rythmes circadiens humains.

Théorie du chaos : cartes et exposants Lyapunov

Explore les cartes chaotiques, les points fixes, la stabilité et les exposants de Lyapunov dans des systèmes discrets, en soulignant leur rôle dans la détermination du chaos.

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