结合铁死亡建立遗传算法优化的反向传播神经网络脓毒症预后模型

目的将铁死亡与机器学习相结合,建立一种基于遗传算法的反向传播网络(GA-BPNN)模型,以预测脓毒症患者的28 d存活情况。方法通过高通量基因表达数据库(GEO)下载脓毒症相关数据。从分子签名数据库(MSigDB)下载与铁死亡相关的基因65个。使用基因集富集分析(GSEA)、基因集变异分析(GSVA)、加权基因共表达网络分析(WGCNA)和蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析筛选脓毒症患者的铁死亡相关基因。同时利用短时间序列挖掘分析(STEM)筛选与脓毒症发展进程相关的基因,并与脓毒症患者铁死亡相关基因取交集,获得脓毒症预后的关键基因。在传统的反向传播网络(BPNN)的基础上,采用遗传算法(GA)优化权值和阈值,建立脓毒症预后预测GA-BPNN模型。结果脓毒症存活组和未存活组之间铁死亡相关基因集活性差异显著。共筛选出97个脓毒症铁死亡相关基因。同时确定了191个在脓毒症发展进程中显著上调或下调的基因。取交集基因建立脓毒症四基因预测预后GA-BPNN模型。在训练集中经过迭代后训练的均方误差在0.05以下,曲线下面积(AUC)为0.98。为验证GA-BPNN模型的泛化能力和分类效果,在外部数据验证集中,将GA-BPNN模型与支持向量机(SVM)、BPNN和随机森林(RF)进行比较。结果表明,在验证集中GA-BPNN模型的AUC值均为0.92,高于SVM、RF和BPNN。结论基于GA-BPNN提出了四基因模型预测脓毒症患者的预后效果是可靠且稳定的,为脓毒症中的铁死亡提供新的见解。

宽硬度域及智能化调节细胞培养用水凝胶研究进展

细胞外基质的力学性质,特别是基质硬度在细胞的铺展、增殖、迁移及分化等进程中,起着至关重要的作用。水凝胶能良好模拟体内细胞基质的硬度,因而被广泛用作评价细胞对基质力学性质的响应及组织工程应用的载体。然而,普通水凝胶材料有限硬度调节范围、调控的不便性以及硬度对粘附配体密度的依赖给研究人员带来了很大困扰。近年来出现的一些经过巧妙设计的天然、定制、人工合成材料水凝胶很好地解决了这些问题。总结了这些硬度域广、能够智能化调节的新型水凝胶,并详细讨论了硬度调控对细胞行为的影响。

剪切流作用下白细胞在血管壁上的黏附机制研究

白细胞在血管壁上的黏附是机体发生免疫反应时一个重要的生理过程,但白细胞黏附的潜在生物力学机制尚不清楚。剪切力是影响白细胞黏附的重要影响因素。本文主要通过数值模拟分析剪切力作用下白细胞的黏附效果及白细胞自身的形变特征,之后在数值模拟的基础上构建白细胞黏附的流体动力学模型,从理论上分析白细胞黏附的力学响应。在白细胞黏附的数值模拟分析中,血管内血流为剪切流,白细胞采用液滴模型。分析发现会出现白细胞脱壁和附壁滑行两种状况,且白细胞脱壁时会对整个流场压强造成更大的影响。随着时间的推移,这两种状况的白细胞都会发生的一定的形变,而且与血管壁的接触角都有逐渐减小的趋势。在白细胞数值模拟分析的基础上,基于流体力学理论对白细胞黏附机制进行理论分析。主要分析白细胞尺寸和接触角对白细胞黏附的影响,发现接触角对白细胞黏附起着更重要的作用。只要接触角减小到一定的值,白细胞都会出现脱壁的现象。并且尺寸较大的白细胞更加容易出现脱壁的现象。

近场动力学方法在边坡稳定性分析中的应用

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中有着广泛的应用,以近场动力学方法代替有限元法,可以在有限元求解不收敛的情况下得到边坡失稳状态下的滑移趋势。基于非关联流动法则,可以得到摩尔-库仑屈服模型的近场动力学应力更新算法。以边坡系统的最大位移为失效判据,建立了边坡的最大位移与折减系数之间的关系曲线,可以得到边坡的安全系数以及边坡的滑移面。以引江济汉工程边坡为研究对象,利用近场动力学强度折减法分别计算了边坡比为1∶2和1∶2.5两种工况下边坡的最大水平位移以及边坡的塑性应变分布情况,所得到的计算结果与实际施工情况基本一致,表明该近场动力学强度折减法可用于分析边坡的稳定性问题。

层流状态下旋转圆柱绕流数值模拟研究

基于CFD方法对层流状态不同雷诺数下的旋转圆柱绕流进行数值模拟,分析在不同转速比α(0≤α≤8)下尾流涡流、升力系数、阻力系数和斯特劳哈尔数的特性。随着转速比的增大,发现五种尾流结构形态(漩涡脱落、稳定尾流、反向稳定尾流、单边涡和附着涡)。随着转速比的增大,平均升力系数先抛物线形式增大,然后线性增大,平均阻力系数减小,然后增大;斯特劳哈尔数随旋转比的增大而减小,且第二不稳定阶段的斯特劳哈尔数比第一不稳定阶段要小很多。随着雷诺数的增大,第一不稳定阶段的末尾向后移动,第二不稳定阶段的生成范围向前移动。

当碳排放权成为货币时

当美国政府对设立气候法规犹疑不决、任二氧化碳排量“稳定增长”时，美国各州在强大的舆论压力下再也坐不住了。目前已经有10个州联合起来，准备在全美建立首个强制性的“限量与贸易”项目--区域性温室气体项目（RGGI）--目标在未来10年内将发电厂的碳排量减少10％。

道德缺失引发的科研不端行为——密歇根大学维普尔·菲里古一案引出的思考

距密歇根大学几条街就是沃什特瑙县（位于密歇根州安阿伯市）法院,这是一栋黄褐色带茶色玻璃的石头建筑。7月的某一天是这家法院的宣判日,法官伊丽莎白·P·海因斯（Elizabeth P．Hines）对酒后闹事、入店行窃和其他普通犯罪处以缓刑和罚款．但一桩编号为10—0596的案件仍在等待着。

“女性的行事方式不同”——诺贝尔生理学或医学奖得主卡萝尔·格雷德访谈录

因在端粒和端粒酶研究中作出的重要贡献,约翰·霍普金斯大学医学院的卡萝尔·格雷德(Carol Greider,下图)等3人被授予了2009年度的诺贝尔医学奖。纵观诺贝尔奖历史,只有8位女性获得了诺贝尔生理或医学奖,此前没有3位女性一齐被授予同一届诺贝尔自然科学奖的纪录。为此,《纽约时报》记者克劳迪娅·德莱弗斯(Claudia Dreifus)专程采访了格雷德,就其从事的端粒酶研究以及未来女性在科学界的地位等问题进行了访谈。

科学场馆决非是物品的收藏馆——约翰·迈克卡特访谈录

约翰·迈克卡特(John McCarter)是美国最主要的科研和展览中心之一--芝加哥菲尔德博物馆的首席执行官兼主席。在他的带领下,菲尔德博物馆在其物理结构的拓展与研究范围大放异彩。他手下共有200名科学家,包括致力于全球范围内热带环境保护的研究人员,以及进行全新理论框架研究的(如分子进化论等)科学家。作为芝加哥大学董事会成员,迈克卡特还是智力设计论的重要评论家和一位热衷于将现代进化论传授给学生的人。2006年3月,菲尔德博物馆举行了一次有争议的被称作“演化中的行星”的展览,参观者在一次40亿年的时间旅行中看到地球生命由单细胞、微生物、恐龙最后到人的整个演变过程。为此《,发现》杂志就这次展览的目的与意义采访了迈克卡特。

不等直径并列双圆柱绕流数值模拟研究

不等直径的多圆柱系统广泛应用于海洋工程中,为研究不等直径双圆柱之间的互扰效应。本文基于CFD方法,对不同间距比下的二维不等直径双圆柱进行了数值模拟。研究结果表明:当T/D ≤ 3.0时,双圆柱尾流涡相互融合,互扰效应造成斯特劳哈尔数偏低,升力系数幅值随时间变化不稳定;当T/D < 3.0时,两圆柱互扰较弱,圆柱水动力系数与单圆柱结果相差不大;T/D ≈3.0可认为是临界间距比。本文成果有助于多圆柱流动控制技术研究。

基于X射线断层扫描的硬化水泥砂浆孔隙结构分析及表征

水泥砂浆是一种应用广泛的水泥基材料,其内部孔隙结构对其力学性能和耐久性有重要影响。水泥砂浆中孔隙结构复杂,传统方法都是通过实验获得统计平均的结果,无法从孔隙尺度分析孔隙结构对材料宏观力学性能及渗透性的影响,近些年发展起来的X射线断层扫描(X-CT)等成像技术为研究水泥砂浆孔隙结构提供了新的途径。利用X-CT获取水泥砂浆的孔隙图像,通过二维图像分析水泥砂浆的细观组分,根据形成原因与形貌对水泥砂浆内部孔隙(3.34μm以上的大孔和微裂缝)进行了分类;并重构了水泥砂浆的三维孔隙结构,探讨了水灰比对水泥砂浆孔隙率、孔隙体积以及孔径分布的影响,为分析水泥砂浆的力学性能与耐久性提供依据。

人种差别对体育影响有多大

奥运会呈现出的鲜明“人种特色”引人关注：黄种人在射箭、体操、羽毛球、乒乓球等灵活性高的项目上表现出色；白人几乎独霸游泳、赛艇等项目；牙买加运动员博尔特则像一道黑色闪电，再破男子百米世界纪录……为什么会出现这种局面呢？

加权基因共表达网络与机器学习算法确定宫颈癌中免疫浸润相关的基因签名与预后分析

目的:本文旨在利用基因共表达与机器学习算法开发和验证与免疫浸润有关的多基因预后签名,以改善宫颈癌(CC)患者的预后预测。方法:从TCGA数据库下载CC患者表达和临床数据并进行预处理。将利用miRWalk2.0的12个数据库得到的靶基因与R语言中分析得到的差异表达基因交集作为候选基因。通过加权基因共表达网络(WGCNA)、COX回归和机器学习(LASSO COX回归)确定基因签名。将280例患者随机分为训练组(n=140)和验证组(n=140)。利用K-M曲线分析高/低危分组间的总体生存率差异。利用时间依赖受试者工作特征曲线(tROC)分析预后模型的预测能力。通过组合风险评分和AJCC分级,建立了诺谟图进行1年、3年和5年生存预测。利用基于支持向量机的CIBERSORT算法计算免疫浸润评分。并利用基因集富集分析(GSEA)分析与免疫浸润有关的信号通路。结果:miR-141-3p与CC患者的预后显著相关。WGCNA表明预后靶基因模块与T期,N期和AJCC期显著相关。通过LASSO COX回归分析确定了5个基因签名。时间依赖受试者tROC分析表明该预后模型具有较好的预后预测能力。生存曲线分析表明,高/低风险组的患者总体生存率存在显著差异。诺谟图(C-index=0.83)在预测患者生存率方面明显优于单独使用风险评分(C-index=0.77)和AJCC分期(C-index=0.70)。并且,不同风险组的免疫浸润水平也存在显著差异。与免疫系统有关的GSEA通路在高危人群中显著富集。结论:利用加权基因共表达网络、COX回归、机器学习算法(LASSO Cox回归)得到的与免疫浸润有关的新型5个基因签名与诺谟图,为CC患者提供了较好的预后预测。

怎样将骗子揪出来

极少有比说谎更简单的事,也很难找到比识破谎言更困难的事了。自从该隐杀害亚伯,并向上帝撒谎之后,我们就开始了戳穿谎言的尝试。上帝并没有被糊弄——他听见亚伯的血在地底下拼命呼喊——但我们却没有上帝那样识破谎言的能力。这并不意味着我们没有尝试。"9.11"事件过后,任何一个持有登机证并且携带行李的人都可能是一个潜在的威胁,公众对于揭穿恐怖分子谎言的需求更加强烈了。

通向成功的“羊肠小道”——记俄勒冈转化医学与药物研究所所长P·贝克曼

任何一位从事生物科技研究的人都想有一份像帕特丽夏·贝克曼（Patricia Beckmann,上图）的经历。她的经历中有很多亮点：博士后期间成为福布莱特学者（一项由美国政府资助的国际教育交流计划于1946年设立,迄今已涌现出了数十位诺贝尔奖得主——译者注）和美国国立癌症研究所（NCI）的访问学者,众多已发表的论文与专利,

文理学院话科研

7月的一个闷热的早上．在斯沃斯莫尔学院的艾莉森·霍利迪（Alison Hollidav）化学实验室内．大四学生丹尼尔·帕克（Daniel Pak）拿着喷射器在打农药，这是环境污染物研究的一部分：另一名大三学生特拉维斯·马廷利（Travis Mattinglv）在测试三聚氰胺的含量（非法食品添加剂）。在为期十周的暑期里．霍利迪实验室的研究工作热火朝天地进行着。

开采肠道中的药物宝库——人体肠道活性小分子具有潜在药用价值

为了开发灵丹妙药．一些制药公司不惜投入大量资源遍地找寻。然而，只需把我们的视界停留在自身的肠道内，那儿有数千种不断产生和释放生物活性分子的细菌——制药公司赖以生存的由不同化学成分组成的小分子混合物。比较典型是高级生物体内的类固醇与肽类激素，其中蕴含着许多重要的生物学功能。

丁盛:在干细胞世界里翱翔

现年34岁的美国斯克利普斯研究所化学副教授丁盛,因与同事利用重组蛋白诱导出小鼠胚胎细胞的多能性,完全避免了基因操作等过程,被《科学家》杂志评选选为2009年度对生命科学最具影响的5位人物之一。

消除语言鸿沟:信息时代的翻译技术

互联网起源于美国军方和大学的研究项目．用英语实施，这种语言目前仍然是国际商务和科学交流的首选。然而，情况也在快速变化，数千万网络用户既不说也不阅读英语，他们用自己的语言上网。仅在中国就有4亿网民——比美国人口还多——绝大部分只用中文阅读。

“X女人”:抑或是人类家族新成员?——德国科学家从化石DNA发现新人种

仅仅因为一小块指骨,人类家谱从此便增添了一名新成员——"X女人"——可能3万年前和智人生活在一起。连同这一发现,生活在3万年前的早期人类(或原始人)种类增加到四种。在十年的时间里,人类家族成员数量翻了一番。