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01-16 00:00
本文研究了不同更新规则下图上演化过程的吸收时间和固定时间。在Moran过程中，随机选择一个邻居被替换；而在增殖过程中，其他邻居可能通过伯努利或二项式抽取被替换，取决于参数 $0 < p \leq 1$。存在一个临界值 $p_c$，使得增殖过程在固定概率上是否有利取决于 $p > p_c$ 或 $p < p_c$。研究阐明了对称性在计算Moran过程固定时间中的作用，并应用Harris图方法证明固定时间随 $p$ 单调递减，从而存在另一个值 $p_t$ 决定增殖在时间上是否有利。在临界点 $p = p_c$ 且适应度 $r \to +\infty$ 时，增殖过程高度有利。
演化图论固定时间moran过程增殖过程对称性临界值
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01-16 00:00
本研究针对野生动物病原体监测数据稀疏、不连续的问题，提出了一个名为zooNet的图网络流行病学推理框架。该框架整合了机制性传播模拟、元数据驱动的遗传距离插补以及时空图学习，能够从非完整观测数据中重建疫情暴发动态。以2022年美国高致病性禽流感A/H5病毒株为案例，zooNet成功揭示了跨多个候鸟迁徙路线的持续性区域传播，并在确诊病例出现前数周至数月识别出存在持续传播的县区，证明了其在稀疏测序和不规则报告数据下的有效性。
图神经网络流行病学建模时空数据分析野生动物监测禽流感数据稀疏性
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01-16 00:00
本研究运用统计物理学和拓扑数据分析方法，分析了巴西累西腓市2015-2024年登革热病例的空间组织。通过将病例建模为度量空间中的点云，并利用Vietoris-Rips过滤和零维持续同调分析其空间连通性，研究发现了与最大连通分量急剧增长相关的临界渗流阈值。这些阈值定义了从碎片化到高度聚集的不同几何状态。研究发现，即使发病率相似的年份，其渗流行为也存在显著差异，表明病例数本身并不能决定传播的空间结构。分析还揭示了登革热传播渗流特性存在明显的时间异质性，特别是在2020年出现了空间渗流延迟或缺失的“结构断裂”。
登革热传播拓扑数据分析空间渗流持续同调城市流行病学多尺度分析
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01-16 00:00
本文提出了一种检测基因组数据中批次效应的新方法。该方法的核心思想是利用贝叶斯模型证据对样本进行聚类，而非依赖原始特征或已知的批次标签。其原理在于，技术性伪影会违反模型假设并降低证据值，而模型预期的生物学变异（如拷贝数变异）则会产生高证据值。这种不对称性提供了区分批次效应与真实生物学信号的判别信号。研究者将异质性检测形式化为证据空间中的混合结构似然比检验，并使用参数自举法进行校准以确保保守的假阳性率。该方法在合成数据、三种临床靶向测序面板以及小鼠电生理记录数据上得到验证，相比基于相关性或降维的标准方法，在保持临床所需保守性的同时，实现了更优的聚类准确性。
批次效应贝叶斯证据似然聚类基因组诊断拷贝数变异异质性检测
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01-16 00:00
本研究将经典的Moran过程（描述有限种群中遗传漂变和突变的基础模型）与多候选者选民模型（含狂热支持者）建立精确等价关系。通过这一映射，推导出任意等位基因数m下的等位基因计数精确平稳分布，并得到临界突变率公式μ_c = 1/(m+2n-2)，该公式明确依赖于等位基因数量。研究还表明，在随机连接种群中，平稳分布和临界突变率与网络结构无关；而在一般网络拓扑中，结构异质性会显著重塑等位基因分布，从而影响遗传多样性水平。
moran过程遗传漂变选民模型多样性阈值网络种群平稳分布
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01-16 00:00
本研究分析了受高斯相关噪声驱动的二次整合发放神经元网络。通过累积量展开方法，推导出能准确描述群体平均发放率和膜电位演化的有效平均场方程。研究发现一个反直觉现象：增加噪声相关性会抑制网络的平均活动，即“相关噪声抑制发放”。此外，在特定参数下，网络表现出亚稳态，能在高、低活动状态间自发切换。这为理解生物系统中的状态转换提供了理论框架。
相关噪声神经元网络平均场理论亚稳态发放抑制动力学降维
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01-16 00:00
本研究探讨了彩票式繁殖（即后代数量分布呈现重尾特征）对二倍体随机交配种群基因谱系的影响。主要贡献包括：推导出连续时间的Beta和Poisson-Dirichlet合并过程，其偏度参数α范围为0到2；发现大种群中时间尺度与N/log N或N代成比例；证明种群规模变化会导致时间尺度变换的合并过程，且该变换与α无关。模拟分析表明，当后代分布偏度增加时，基于种群谱系的条件与非条件祖先过程存在显著差异。
种群遗传学彩票式繁殖基因谱系合并过程二倍体种群随机环境
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01-16 00:00
本研究构建了一个数学模型，揭示了水疱性口炎病毒（VSV）与痘苗病毒（VV）联合治疗肿瘤的协同机制。模型捕捉了肿瘤细胞、病毒复制与干扰素介导的免疫反应之间的动态相互作用，发现VV感染细胞产生的B18R蛋白能中和干扰素-α，从而增强VSV在肿瘤内的复制，形成“乒乓”协同效应。数值模拟显示，该联合疗法能在约50天内实现肿瘤完全清除，比VV单药治疗（56天）加速11%，而VSV单药则无法根除肿瘤。通过分岔分析与敏感性分析，确定了病毒爆发规模和B18R抑制的关键阈值，并识别出感染率和爆发规模是影响疗效的最关键参数。时序优化结果表明，立即给予VSV，并在1-19天的时间窗内延迟给予VV，能最大化治疗效果，为克服溶瘤病毒疗法的时机与剂量挑战提供了策略性方案。
溶瘤病毒疗法数学建模协同机制时序优化肿瘤免疫
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01-16 00:00
本研究对比了基于图像的深度学习模型HuSHeM与结合系统性炎症反应指数的WHO标准在精子形态评估中的表现。HuSHeM模型在独立临床队列中展现出更高的判别性能，其受试者工作特征曲线下面积更大，置信区间更窄。在类别不平衡情况下，其精确率-召回率表现也更优。校准分析和决策曲线分析表明，HuSHeM的预测概率与观测结果更一致，且在临床相关阈值范围内能提供更大的净临床获益。这表明基于图像的深度学习模型在预测可靠性和临床效用上可能优于传统的基于规则和炎症增强的标准。
精子形态评估深度学习医学人工智能生育力筛查临床决策支持
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01-16 00:00
本研究介绍了细胞行为视频分类挑战赛（CBVCC），旨在为分析复杂、无固定边界的细胞动态行为建立计算机视觉基准。该挑战赛评估了35种方法，主要分为三类：基于细胞追踪特征的方法、直接从整个视频序列中学习时空特征的端到端深度学习架构，以及将追踪特征与图像特征结合的集成方法。研究结果比较了各类方法的潜力与局限，为开发用于研究细胞动力学的计算机视觉方法奠定了基础。
细胞行为分析视频分类计算机视觉延时显微镜时空特征深度学习
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01-16 00:00
本研究提出了一种名为MitoFREQ的新方法，用于估算线粒体基因组（mitogenome）在人群中的频率，以增强法医遗传学中mtDNA证据的统计评估。该方法利用HelixMTdb和gnomAD两大数据库（共包含超过25万条线粒体基因组信息），通过将给定序列归类到30个“顶级单倍群”（TLHG）之一，并计算其在该群组内最稀有单核苷酸变异（SNV）的频率（经TLHG频率加权），来估算总体频率。研究证明，该方法能保证获得比使用更精细单倍群分类更高的频率估计值，且仅需检测227个特定位点即可对99.9%的测试样本完成顶级单倍群分类，适用于低质量样本。在法医参考数据集和GenBank多样化数据集上的测试表明，该方法具有鲁棒性，产生的似然比范围在100至100,000之间。研究团队已开发开源R包`mitofreq`及配套Shiny应用。
法医遗传学线粒体dna频率估计单倍群单核苷酸变异生物信息学
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01-16 00:00
本研究提出HERMES模型，一种基于三维结构的旋转等变神经网络，用于预测氨基酸突变对蛋白质稳定性和功能的影响。模型通过预训练学习氨基酸在三维结构环境中的倾向性，并可通过微调适应多种特定预测任务。基准测试表明，HERMES在预测突变对稳定性、结合力和适应度的影响方面，性能优于或媲美现有模型，为蛋白质工程和生物学发现提供了通用且强大的计算工具。
蛋白质工程突变效应预测等变神经网络三维结构建模机器学习生物信息学
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01-16 00:00
本研究提出VERT框架，通过“无穷小-局部-全局”管道，仅利用轨迹数据即可发现非线性动力系统中的吸引子及其吸引域，无需构建全局模型。该方法为生物系统等难以建模的复杂系统提供了理论支撑，在人体跑步运动学数据分析中验证了神经力学控制假说，揭示了稳定任务动力学的控制模块。
动力系统吸引子发现数据驱动建模生物力学非线性动力学控制模块
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01-16 00:00
本研究通过一个随机阈值有向网络模型，探讨了在合作与对抗并存的系统中，高阶组织如何自发涌现。模型整合了节点特异性、动态连边形成与节点移除机制，模拟了任意程度的合作与竞争关系。研究发现，系统元素数量的定量增加会引发定性相变，即使在普遍对抗的交互中，也能观察到合作结构的形成。该框架扩展了经典随机阈值模型和Erdős–Rényi模型，为理解生物群落（如土壤微生物）和经济系统等自适应系统的演化、适应与崩溃提供了新视角。
合作涌现自适应网络阈值模型系统相变生物演化复杂系统
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01-16 00:00
本文提出肿瘤生存危机驱动生存理论，以“生存稳定性受损引发生存能力代偿性过度激活”为核心机制。该框架通过三个基础概念和三个核心原则，系统整合了肿瘤发生的关键理论，解释了肿瘤演化中生存能力增强与生存稳定性下降的动态耦合关系，重新诠释了癌症标志的本质与层级，并阐明了治疗抵抗的适应性基础。该理论将肿瘤视为因生存稳定性被侵蚀而进入生存模式的生物子系统，挑战了其固有侵袭性的传统观念，为癌症研究和治疗提供了新的元理论基础。
肿瘤理论生存危机适应性抵抗理论整合癌症标志
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01-16 00:00
本研究开发了一个基于智能体的流行病学模型，该模型按年龄和性别分层，并考虑了空间异质性，旨在探究导致男性结核病负担高于女性的关键人口层面因素。模型以乌干达首都坎帕拉为研究重点，通过设置反事实情景分析发现，若将两性间的疾病进展参数设为相等，则能显著降低男性与女性的病例比例以及总病例数。这表明就业类型、社会接触模式及健康寻求行为等性别差异是影响结核病传播动态的重要因素。
结核病传播性别差异智能体模型流行病学乌干达公共卫生
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01-16 00:00
研究团队首次将专为非人灵长类设计的45毫米长Neuropixels 1.0-NHP探针应用于人类神经外科手术中。在9名接受癫痫/肿瘤切除或深部脑刺激植入手术的患者中，探针成功实现了对海马体、扣带回皮层及额上沟等多个皮层及深部脑结构的高密度、单神经元分辨率记录，且无探针断裂或不良事件。相比传统电极，该探针能以亚毫秒时间分辨率进行跨多个脑实质深度的密集采样。定制化工具与优化流程降低了术中使用的技术门槛，提高了记录稳定性。该方法为在体研究人脑功能与病理开辟了新途径，并可能支持开发更精确的神经外科干预手段。
神经探针单神经元记录神经外科脑机接口在体研究
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01-16 00:00
本研究提出一种用于心电图（ECG）中心房颤动（AF）检测的跨模态深度学习框架，旨在解决现有方法在利用时频互补信息及跨数据集泛化能力方面的不足。框架核心包含双向门控模块（BGM）与跨模态监督对比学习（CSCL）策略。BGM通过时域与频域特征间的动态互增强，提升模型对数据集内信号变化的鲁棒性；CSCL则通过拉近同类样本、推远异类样本的方式显式构建联合嵌入空间，增强类间可分性并实现优异的跨数据集泛化。在AFDB与CPSC2021数据集上的五折交叉验证及双向跨数据集实验表明，该方法在多项指标上均优于现有先进方法，同时具备高计算效率与抗干扰能力，适合边缘部署。
心房颤动检测深度学习时频融合监督对比学习心电图分析跨数据集泛化
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01-16 00:00
本研究提出一个统一的动力学场论框架，将生物与人工系统中的学习、推理和涌现现象纳入同一物理描述。核心发现是认知功能并非由微观单元或精确活动模式控制，而是由动力学时间尺度的集体组织所主导。作者引入“时间尺度态密度”作为诊断工具，用以刻画支配推理动力学的集体弛豫模式分布。学习与稳态调节被解释为重塑该分布的过程，能选择性地生成支持稳定推理、记忆和情境计算的慢集体模式。该框架统一了基于能量的模型、循环神经网络、Transformer架构及生物稳态动力学。
动力学场论时间尺度集体涌现认知计算统一理论稳态调节
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01-16 00:00
传统理论认为行为是最大化外在奖励（如效用）的结果，但许多行为（如婴儿的自发运动、好奇心）似乎独立于外在奖励。本文提出一个分层框架来理解行为：内在动机作为核心目标驱动着暂时的驱动力、目标和外在奖励。文章回顾了内在动机的主要形式化理论，包括赋能、自由能原理、信息增益最大化和最大占据原理。这些理论通过以不同方式促进熵增的行动-状态路径来产生复杂行为。单一的内在动机目标打破了无限递归，而有限的认知和具身性则为其设定了约束条件。这些理论因其能以任务无关的方式生成复杂行为，有望成为开放式、具身行为的成功生成模型。
内在动机具身认知行为建模自由能原理开放式行为信息增益
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01-16 00:00
本研究提出了一种基于信息论的规范性理论，解释关联性短期突触可塑性（STP）的计算机制。通过将基于费希尔信息的学习规则扩展到Tsodyks-Markram突触模型，我们推导出在资源约束下最大化编码刺激信息的基线突触强度和释放概率的解析更新规则。学习规则包含一个追踪局部放电的传统突触后项和一个具有相位超前结构的独特突触前项，后者能选择性检测刺激起始。当刺激变化慢于EPSP时间常数时，这种起始敏感性使最优连接偏向反因果关联，即加强从后激活神经元到先激活神经元的突触。在循环回路中，这些规则能产生斜坡状持续表征和驱动移除后的反向重放。线性响应分析进一步表明，STP赋予突触前驱动频率依赖的相位选择性，且对总释放概率的约束系统地调节时间不对称性。
短期突触可塑性信息论学习神经编码突触前可塑性时间不对称性计算神经科学
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01-16 00:00
本研究提出了一种新的规范性神经编码理论框架，通过优化表征相似性矩阵（而非直接优化神经活动），将一大类神经编码优化问题转化为凸优化问题。该框架统一了从经典线性模型到部分非线性网络的理论，并首次为半非负矩阵分解提供了可识别性证明。研究发现，当神经调谐特性足够不同时，其最优表征相似性是唯一的，这为单神经元调谐分析提供了理论依据。此外，该理论解释了为何密集的视网膜编码（而非稀疏的皮层编码）能通过ON/OFF通道最优地编码单一变量。
神经编码凸优化表征相似性规范性理论高效编码
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01-16 00:00
本研究通过大规模随机对照试验，测试了三种主流的认知压力效应模型。303名健康男性参与者接受了压力测试（MAST）及对照条件，并随机服用去甲肾上腺素再摄取抑制剂（阿托莫西汀）、皮质醇（氢化可的松）或安慰剂。结果显示，急性压力选择性地损害了反应抑制能力（表现为停止信号延迟缩短、成功停止概率降低），尤其在压力后40-80分钟更为明显。压力未影响视觉感知或任务切换，但在双任务中稳定了处理效率，代价是任务优先级降低。药物干预未能调节压力对认知的影响。这一结果无法被现有任一模型完全解释，提示需要更整合的模型来理解压力对认知的复杂作用机制。
急性压力认知功能反应抑制随机对照试验心理药理学压力激素
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01-16 00:00
本研究报告了一例罕见的散发性克雅病（sCJD）病例，该病例因八个月前遭受创伤性脑损伤，入院时CT显示脑室扩张，最初被误诊为脑积水。患者表现为认知障碍、步态不稳及二便失禁。通过脑脊液14-3-3蛋白、tau蛋白检测、MRI及EEG等进一步检查，最终确诊为sCJD。文章通过此病例及文献回顾，阐述了sCJD的诊断流程，强调了在常见病症中鉴别罕见神经系统疾病的重要性。
克雅病创伤性脑损伤脑萎缩误诊神经退行性疾病病例报告