Lévy噪声驱动的基因调控网络稳定性研究

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近年来,随着生物医学、生物信息学等领域研究的深入与应用,基因调控网络相关性能的研究受到科学工作者的高度关注。由于基因调控网络中的蛋白质、DNA、RNA等分子起着调控生物系统各种生命机理的作用,故上述分子浓度变化规律的分析与综合无疑成为研究的重点。从理论模型角度,研究较多的主要有由微分方程描述的基因调控网络,较为复杂的有,基于维纳过程驱动的基因调控网络与随机混杂基因调控网络。然而,已有实验证明,在某些特定因素的影响下,各分子浓度随时间连续地变化时,部分分子浓度会发生突变,此时,如果仍用基于维纳过程驱动的基因调控网络表述就不十分准确。为准确分析分子浓度的突变对基因调控网络性能的影响,本文考虑由Lévy噪声驱动的基因调控网络,研究当有分子浓度发生突变时,相应的基因调控网络性能的变化是否仍能在可控范围之内:  1、研究了Lévy噪声驱动的变时滞基因调控网络的稳定性。通过构造Lyapunov函数,运用推广的Itó公式,结合Leibniz-Newton公式,以及利用Kunita估计方法和基本不等式等技巧,对跳变项进行估计,获得了Lévy噪声驱动的变时滞基因调控网络全局渐近稳定的充分条件,并通过仿真验证了充分条件的有效性。  2、研究了Lévy噪声驱动的Markov调制的基因调控网络的有界性。考虑到Markov调制的基因调控网络有时会出现分子浓度爆炸的现象,通过选取适当的Lyapunov函数,利用推广的Itó公式以及复杂技巧的处理,反过来充分利用Lévy噪声抑制可能出现的分子浓度爆炸现象,给出了分子浓度增长具有上确界的条件,并通过数值仿真验证了所获条件的可实现性。  3、研究了Lévy噪声驱动的具分布参数基因调控网络的指数稳定性。考虑到分布参数主要是刻画因分子浓度分布不均,导致分子扩散方向不同的基因调控网络,为了确保所获结论与扩散系数相关,通过构造关于空间变量平均的Lyapunov函数,利用Hardy-Poincare不等式,并设计反馈控制器,获得了Lévy噪声驱动的具分布参数的基因调控网络指数稳定性的充分条件,且条件与扩散系数相关,并通过数值仿真验证了所得结论的正确性。
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