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出版者:Springer

作者:James Keener

出品人:

页数:792

译者:

出版时间:1998-10-1

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387983813

丛书系列:

图书标签:

• 数学
• 哲学
• physio
• MathematicalBiology
• 数学生理学
• 生理学
• 数学模型
• 生物物理学
• 生物力学
• 神经科学
• 心脏生理学
• 细胞生理学
• 系统生物学
• 计算生物学

现代生物物理学前沿：从细胞信号到组织动力学 作者：[请在此处填写作者姓名] 出版社：[请在此处填写出版社名称] ISBN：[请在此处填写ISBN] --- 内容提要 本书旨在为生物学、物理学、工程学以及应用数学领域的学者和高年级学生提供一个全面而深入的视角，探讨如何运用先进的数学工具和物理学原理来解析复杂的生物系统。我们不再局限于孤立的分子事件，而是着眼于生物信息在细胞、组织乃至器官层面上的动态传递、整合与调控机制。全书结构紧凑，内容涵盖了从微观尺度的分子动力学到宏观尺度的生物力学与形态发生，力求展现生物过程的跨尺度特性。 核心主题包括： 1. 细胞信号转导的非线性动力学： 深入分析钙离子振荡、MAPK级联反应等关键信号通路中的延迟、反馈和噪声效应，采用非线性微分方程和随机过程模型进行精确描述。 2. 生物膜的物理化学： 探讨脂质双分子层在不同曲率和张力下的相变行为，以及受体、离子通道嵌入膜后的功能性动态变化，重点关注膜电位与离子流动的耦合。 3. 细胞力学与细胞骨架重塑： 阐述肌动蛋白、微管和中间纤维的力学特性，以及它们如何通过整合素等粘附分子响应外部机械刺激（如剪切应力、拉伸），驱动细胞迁移、分化和形态维持。 4. 组织与器官的宏观动力学： 建立描述血液循环、流体动力学在血管网络中传输的模型，以及在胚胎发育过程中组织形态发生（Morphogenesis）的几何与张力驱动机制。 5. 生物系统中的信息论与控制论： 应用信息论的概念量化生物系统对环境变化的鲁棒性和精确性，探讨细胞如何实现最优的决策和控制。 --- 详细章节概述 第一部分：微观层面的定量描述与模型构建 第1章：生物系统的基本建模范式 本章首先回顾了从经典热力学到统计力学的过渡，并引出生物系统中常用到的随机游走模型和布朗运动理论。重点讨论了斯特拉托诺维奇（Stratonovich）与伊藤（Itô）积分在描述具有随机扰动的生物过程中的适用性差异。引入了反应扩散方程（Reaction-Diffusion Equations）作为描述局部化学反应与空间迁移耦合的基础框架。 第2章：酶促反应与代谢网络的动力学 详细分析了米氏（Michaelis-Menten）动力学的局限性，并引入了合作性酶反应、变构调控以及多酶级联反应的数学描述。通过相平面分析（Phase Plane Analysis）和李雅普诺夫稳定性理论，探究代谢网络中稳定态、极限环振荡以及双稳态现象产生的条件。特别关注了在代谢物浓度波动下的系统鲁棒性分析。 第3章：分子马达与细胞内转运 聚焦于驱动细胞器、囊泡运动的分子马达（如驱动蛋白和肌球蛋白）。本章利用随机化学计量方法（Stochastic Chemical Kinetics）模拟单个分子马达的步进过程，并结合经典力学原理，分析大量分子马达协同工作时产生的集体运动行为及其对负载的有效速度和效率的影响。 第二部分：细胞生物物理学：膜、离子与信号 第4章：离子通道动力学与神经电信号 本章建立在霍奇金-赫胥黎（Hodgkin-Huxley）模型的基础上，扩展至更复杂的离子通道门控动力学。引入了基于能量景观的通道构象变化模型，并利用傅里叶分析处理电生理记录中的背景噪声。探讨了轴突内信号的快速、无衰减传播机制及其在病理条件下的改变。 第5章：细胞膜的流体动力学与拓扑变化 从流体力学和界面科学的角度审视细胞膜。讨论了膜张力如何影响通道蛋白的活性，利用欧拉-拉格朗日方法模拟细胞出芽、内吞作用中的膜变形过程。引入了对流-扩散模型来描述膜蛋白的横向扩散和其在脂筏中的聚集行为。 第6章：细胞内钙信号的空时传播 钙离子被视为细胞内最关键的第二信使之一。本章侧重于描述钙释放单元（ER/SR）的随机门控激活，并运用反应扩散方程研究钙波在细胞内的传播模式（如环形波、螺旋波）。引入了多尺度建模策略，连接微观的IP3受体动力学和宏观的细胞反应。 第三部分：组织与器官的力学与形态发生 第7章：细胞粘附与细胞间作用力 详述了细胞外基质（ECM）的流变学特性及其对细胞行为的反馈作用。重点分析了粘附连接点（如粘着斑、紧密连接）的分子力学，利用弹塑性模型描述细胞在不同基质硬度下的牵引力产生与分布，并关联至细胞分化路径的选择。 第8章：生物材料的粘弹性与流变学 本章深入探讨了细胞、组织（如软骨、血管壁）作为复杂流体或固体材料的本构关系。应用广义Maxwell模型和Voigt模型描述粘弹性行为，并通过有限元方法（FEM）模拟外部载荷在组织内部的应力分布，为生物材料的工程设计提供理论基础。 第9章：胚胎发育中的形态发生数学模型 本部分探讨了如何从物理学角度解释胚胎发育中的精确几何结构形成。引入了Turing模式形成理论在器官发生中的应用，并结合扩散限制与细胞极性模型，分析诸如肢芽形成、神经管闭合等过程中的表面张力、细胞极化和细胞分化间的耦合机制。 第四部分：系统整合与计算方法 第10章：生物网络的拓扑结构与功能冗余 分析生物分子网络（如基因调控网络、蛋白质相互作用网络）的无标度、小世界等复杂网络特性。探讨这些拓扑结构如何影响信息的可靠传递和对系统扰动的抵抗能力。引入了图论工具来识别网络中的核心调控节点。 第11章：跨尺度建模的挑战与数值方法 本章讨论了如何有效地连接不同时间尺度和空间尺度的模型。详细介绍了多尺度建模（如平均场理论、均质化方法）的应用，并对偏微分方程（PDEs）和常微分方程（ODEs）组的数值求解技术（如隐式欧拉法、Runge-Kutta法）在生物系统模拟中的稳定性与精度进行了评估。 第12章：生物系统中的随机性与涌现现象 回顾了随机过程在生物学中的重要性，特别是当系统处于低分子数密度或临界状态时。通过蒙特卡洛模拟和化学主方程（Chemical Master Equation, CME）分析，展示了系统如何从底层的随机噪声中涌现出高度有序、确定性的宏观行为。 --- 读者对象 本书适合具备高等数学（微积分、微分方程）、基础物理学知识（经典力学、热力学）的研究生、博士后研究人员，以及致力于生物物理交叉领域的教师和工程师。阅读本书不需要预先具备深厚的生物学背景，但对生物学问题具有浓厚兴趣将极大提升学习体验。 --- 特色与创新 本书的突出特点在于其严格的数学推导与丰富的生物学案例相结合。它不仅展示了如何“描述”生物现象，更着重于如何“预测”和“控制”系统行为。书中包含大量精心设计的习题与开放性问题，鼓励读者利用计算工具对前沿生物学难题进行建模探索。全书采用一致的符号系统，确保了不同章节间的理论衔接与知识的内聚性。

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这本《Mathematical Physiology》我拿到手已经一段时间了，但说实话，我还没来得及细看。我的书架上摆满了各种各样的学术著作，很多时候，一本新书买回来，它的命运就似乎被注定了——要么被迅速翻阅，要么就安静地等待着被发掘的那一天。我一直对跨学科的研究领域抱有浓厚的兴趣，数学在生命科学中的应用，尤其是生理学，在我看来是充满迷人之处的。我脑海中勾勒出的场景是，那些复杂的生物过程，比如心跳的节律，神经信号的传递，甚至是细胞内物质的运输，都能被抽象成精妙的数学模型，用方程来刻画，用算法来模拟。这种将抽象的数学语言转化为生动具体的生理现象的尝试，对我而言，是极具吸引力的。我一直认为，真正的科学进步往往发生在学科的边界地带，数学与生理学的融合，无疑是这样的前沿阵地。我期待着在这本书中，能够看到那些令人拍案叫绝的数学公式如何巧妙地解释复杂的生理机制，期待着那些由微分方程、偏微分方程甚至是随机过程构建的模型，如何帮助我们更深入地理解生命体的运作规律。这本书的封面设计就给人一种严谨而专业的印象，这让我对它里面的内容充满了期待，希望它能为我打开一扇全新的视野，看到一个用数学语言构建的、生机勃勃的生理世界。

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《Mathematical Physiology》这本书，我刚收到不久，放在书桌上，但还没来得及深入阅读。我的兴趣点主要在于，如何将抽象的数学语言，转化为对生命体内部运行机制的深刻洞察。我一直觉得，生理学本身就是一个极其复杂的系统，其中充满了各种反馈回路、非线性行为以及随机扰动。而数学，恰恰是描述这些复杂性的强大工具。我设想，这本书可能会介绍如何运用微分方程来模拟细胞的生长和分化，如何利用偏微分方程来研究物质在组织中的扩散，甚至是如何用概率模型来理解疾病的传播 dynamics。我尤其对那些能够捕捉到生命系统“涌现”特性的数学方法感到好奇，因为生命的许多精彩之处，并非简单的线性叠加，而是由众多简单组分互动后产生的复杂宏观行为。我一直坚信，科学的进步很大程度上取决于跨学科的融合，而数学与生理学的结合，无疑是这种融合的典范。这本书的封面设计就有一种沉静的力量，似乎在暗示着书本内容的深刻与严谨。我期待它能为我提供一套全新的视角，去理解生命体的运作逻辑，让我看到一个由严谨数学构建的、生动而充满活力的生理世界。

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这本《Mathematical Physiology》我拿到手里有些日子了，但说实话，我大部分时间都将其放在书架上，偶尔翻阅一下它的目录，但尚未真正沉浸其中。我对生命科学一直抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够用量化、数学化的方式来理解生物过程的领域。我总觉得，人体本身就是一个极其复杂的“机器”，其中充满了各种精妙的设计和运作原理。而数学，作为一门描述规律和数量关系的语言，无疑是解开这些生命之谜的钥匙。我脑海中常常浮现的场景是，那些看起来难以捉摸的生理现象，比如心律失常的模式，神经信号的传输速度，甚至是免疫系统对病原体的反应，都可能在这本书中，被转化为一套套数学模型，用方程来精确描述，用图表来直观展示。我尤其对那些能够揭示生命体“自组织”能力的数学理论感到着迷，因为生命体的很多高级功能，并非由外力强加，而是从内部自发产生。这本书的整体风格，从书名到排版，都给人一种扎实、严谨的感觉，这让我对接下来的阅读充满期待。我希望它能让我对生命的奥秘有更深层次的理解，看到一个用数学语言描绘的、生动而有条理的生命运作图景。

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我最近入手了一本名为《Mathematical Physiology》的书，书名本身就充满了学术气息，虽然我还没有真正沉浸到书本的内容里去，但仅仅是想象一下，就足以让人心潮澎湃。我一直觉得，人类的身体简直是大自然最精巧的杰作，其中蕴含着无数令人着迷的奥秘。而将数学这门严谨、逻辑性极强的学科，应用于探索这些生命奥秘，这本身就是一件极富挑战性和创造性的事情。我脑海中浮现的画面是，那些曾经让我们困惑不解的生理现象，比如血液在血管中的流动，声波如何在耳蜗中被感知，或者大脑中的信息如何被处理，都可能在这本书中，通过一套套优美的数学方程和模型得到了令人信服的解释。我特别好奇，那些看似抽象的数学概念，比如非线性动力学、概率论，甚至是一些更高级的拓扑学工具，是如何被用来描述和预测生命体内的复杂行为的。我一直认为，如果能用数学的语言去“读懂”生命，那将是人类理解自身和自然界的一大飞跃。这本书的装帧设计就传递出一种深邃的智慧感，仿佛里面蕴藏着许多等待被揭示的真理。我希望它能让我对生理学产生全新的认识，看到一个由数学编织而成的、逻辑严谨的生命图景。

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《Mathematical Physiology》这本书，我确实入手了一段时间，但坦白说，我还没有深入翻阅过它的正文。我一直对那些能够将抽象的数学工具应用于理解真实世界复杂现象的学科领域充满好奇，而生理学无疑是其中最令人着迷的领域之一。我总觉得，人体的每一个功能，从最微小的细胞活动到宏观的器官协调，都蕴含着深刻的数学规律。我设想，这本书可能会带领读者进入一个由方程、模型和模拟构成的生理世界，在那里，心跳的起伏会被视为一个动态系统，神经冲动的传播会被描述为一种波现象，而激素的调节则可能是一个复杂的反馈回路。我特别想知道，那些被认为“混沌”或“随机”的生物过程，是否也能在数学的框架下找到其内在的秩序和规律。我始终坚信，科学的边界是通过跨学科的碰撞来拓展的，而数学与生命科学的结合，正是这种碰撞中最激动人心的方向之一。这本书的封面就散发着一种睿智和深邃的气息，让我对接下来的探索充满向往。我期望它能为我提供一个全新的视角，去审视生命体的运作，看到一个由数学精确定义，但又充满生机活力的生理学世界。

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写得很泛的一本书。。不得不说。。

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