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Multi-scale modeling of biological systems
생물계의 여러 눈금 모형화

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Authors
김순호
Advisor
최무영
Issue Date
2020
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
mathematical modelcomplex systemsbiological systemsemergenceautophagyamyloid-betaAlzheimer’s diseasesize distributiongrowth modelsleep- wake switchcircadian rhythmorexinentrainmentenergy expendituregradient walkingbehavioral dynamicspedestrianLagrangian mechanicsprinciple of least effort수리적 모형복잡계생물계떠오름자가포식아밀로이드-베타알차이머병크기 분포자라남 모형수면-각성 모형일주기 리듬오렉신때맞음에너지 소비걷기행동 동역학보행자라그랑주 동역학최소 노력의 법칙
Description
학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 물리·천문학부(물리학전공), 2020. 8. 최무영.
Abstract
Biological systems are the quintessential complex systems of nature, with emer- gent phenomena at multiple length scales. While the theoretical physicists ultimate goal would be to understand the complexities of life under a unified framework, there is still much work to be done in understanding the rules that dictate the rich emergent phenomenon at each scale. Many fields of biology are in need of mathematical models that can explain the vast amount of experimental data regarding their specific target phenomena.
In this dissertation, five biological phenomena are studied with the aid of math- ematical models and methods from statistical physics: autophagy dynamics and its effect on amyloid-b peptide levels; aggregation of amyloid-b in Alzheimers disease; entrainment of the circadian system and recovery by light treatment; energy expendi- ture during gradient walking; and the behavioral dynamics of interceptive walking. For each topic, we provide background information on the topic at hand, discuss a model developed to understand the system, report the results of the model, and discuss the meaning of the results.
생물계는 자연의 대표적인 복잡계로, 여러 거리와 시간 눈금에서 떠오름 현상을 보인다. 생물계를 다루는 이론 물리학자에게는 하나의 이론적 틀로 이 복잡성을 이해하는 것이 궁극적인 목표가 되겠지만, 아직 각 눈금에서 떠오르는 현상을 하나씩 이해하기 위한 노력이 필요하다. 생물학의 많은 분야들은 각각의 대상 현상에 대한 방대한 실험 자료를 이해하기 위한 수학적인 모형화를 필요로 한다.

이 논문에서는 수리적 모형과 통계 물리적 방법일 이용하여 다섯 가지 생물계의 현상을 다루고 있다. 그 주제는 자가포식의 동역학과 아밀로이드-베타 농도에 주는 영향, 알차이머 병에서 아밀로이드-베타 단백질의 응집, 일주기의 환경과의 때맞음과 빛 치료, 기울어진 땅 위 걸음질할 때의 에너지 소비, 보행자의 행동 동역학이다. 각 주제에 대한 배경을 소개하고 그 현상을 연구하기 위한 수리적 모형을 소개한다. 그의 결과에 대한 논의가 잇따른다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/170655

http://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000162905
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Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Physics and Astronomy (물리·천문학부)Physics (물리학전공)Theses (Ph.D. / Sc.D._물리학전공)
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