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在单颗粒追踪实验中,基于时间平均均方位移渐近分布的流体非均质性检测。 (英语) Zbl 1407.76010号

小结:如果示踪粒子的均方位移随时间(t)在某个常数(sigma^2)下近似增长,且扩散指数满足(alpha\neq 1),则称该示踪粒子为异常扩散。在本文中,我们使用了关于时间平均均方位移渐近分布的最新结果[最后一位和第一位作者,J.time Ser.Anal.38,No.3,395-416(2017;Zbl 1370.92039号)]从一条或多条观察到的异常扩散路径出发,构造统计测试来检测粘弹性流体样品中的物理不均匀性。这些方法对于范围(0<α<3/2)是渐近有效的,并且涉及时间平均均方位移偏差和相关干扰误差的影响的数学表征。粒子运动的假设涵盖了一大类分数高斯过程,包括分数布朗运动和广义朗之万方程框架的许多分数实例铜绿假单胞菌UNC-Chapel Hill的Hill实验室和Schoenfisch实验室合作产生的生物膜。

理学硕士:

76A10号 粘弹性流体
76兰特 扩散
62E20型 统计学中的渐近分布理论
60G22型 分数过程,包括分数布朗运动
82立方31 随机方法(福克-普朗克、朗之万等)应用于含时统计力学问题
92立方35 生理流量
62页第10页 统计学在生物学和医学中的应用;元分析
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参考文献:

[1] 安德烈亚诺夫,A。;Grebenkov,D.,布朗运动的时间平均MSD,J.Stat.Mech。,(2012) ·doi:10.1088/1742-5468/2012/07/07001
[2] Barkai,E。;加里尼,Y。;梅茨勒,R.,《活细胞中单分子的奇怪动力学》,《物理学》。今天,65,29-35,(2012)·doi:10.1063/PT.3.1677
[3] Berglund,A.J.,《基于摄影机的单粒子跟踪统计》,《物理学》。版本E,82,(2010)·doi:10.1103/PhysRevE.82.011917
[4] Bertseva,E。;格雷本科夫,D.S。;Schmidhauser,P。;Gribkova,S。;Jeney,S。;Forró,L.,《培养人类细胞中的光学捕获微流变学》,《欧洲物理学》。J.E,35,63,(2012)·doi:10.1140/epje/i2012-12063-4
[5] Boucheron,S。;卢戈西,G。;Massart,P.,《集中不等式:独立性的非渐近理论》(2013),牛津:牛津大学出版社,牛津·Zbl 1279.60005号
[6] 博伊尔,D。;Dean,D.S。;梅吉亚·莫纳斯特里奥,C。;Oshanin,G.,单个布朗轨道扩散系数的最佳估计,Phys。E版,85,(2012)·doi:10.1103/PhysRevE.85.031136
[7] 博伊尔,D。;Dean,D.S。;梅吉亚·莫纳斯特里奥,C。;Oshanin,G.,单个布朗轨道扩散系数最小二乘估计的分布,J.Stat.Mech。,(2013) ·Zbl 1456.60205号 ·doi:10.1088/1742-5468/2013/04/p04017
[8] Briane,V.公司。;科尔夫兰,C。;Vimond,M.,《活细胞中粒子轨迹的统计分析》,《物理学》。修订版E,97,(2018)·doi:10.1103/PhysRevE.97.062121
[9] Burnecki,K.,FARIMA过程及其在生物物理数据中的应用,J.Stat.Mech。,(2012) ·doi:10.1088/1742-5468/2012/05/p05015
[10] 伯内基,K。;Kepten,E。;加里尼,Y。;西科拉,G。;Weron,A.,用测量误差估算单粒子跟踪数据的异常扩散指数——一种替代方法,科学。代表,5,1-11,(2015)·数字对象标识代码:10.1038/srep11306
[11] 伯内基,K。;Kepten,E。;Janczura,J。;Bronshtein,I。;加里尼,Y。;Weron,A.,识别分数布朗运动的通用算法。端粒细扩散一例,Biophys。J.,103,1839-1847,(2012)·doi:10.1016/j.bpj.2012.09.040
[12] 伯内基,K。;马斯基塔,M。;西科拉,G。;Weron,A.,《活细胞细胞质中次扩散动力学的统计建模:FARIMA方法》,Europhys。莱特。,98, 10004, (2012) ·doi:10.1209/0295-5075/98/10004
[13] Burov,S。;Jeon,J.H。;梅茨勒,R。;Barkai,E.,《显示异常扩散的系统中的单粒子跟踪:弱遍历破缺的作用》,Phys。化学。化学。物理。,13, 1800-1812, (2011) ·doi:10.1039/c0cp01879a
[14] 切里迪托,P。;川口,H。;前岛,M.,分数Ornstein-Uhlenbeck过程,电子。J.Probab.等人。,8, 1-14, (2003) ·Zbl 1125.60303号 ·doi:10.1214/ECP.v8-1064
[15] Christensen,R.,《复杂问题的平面答案:线性模型理论》(2011),纽约:Springer出版社,纽约·兹比尔1266.62043
[16] 道森,M。;维茨,D。;Hanes,J.,《人类囊性纤维化痰的粘弹性增强与颗粒运输中微不均匀性增加相关》,J.Biol。化学。,278, 50393-50401, (2003) ·doi:10.1074/jbc。M309026200号
[17] 邓,W。;Barkai,E.,分数布朗-朗格文运动的遍历性,物理学。E版,79,(2009)·doi:10.1103/PhysRevE.79.011112
[18] Didier,G。;Fricks,J.,《基于小波的异常扩散模拟》,J.Stat.Compute。模拟。,84, 697-723, (2014) ·Zbl 1474.60232号 ·doi:10.1080/00949655.2012.722220
[19] Didier,G。;麦金利,S.A。;Hill,D.B。;Fricks,J.,《微观流变学的统计挑战》,J.Time-Ser。分析。,33, 724-743, (2012) ·Zbl 1282.62232号 ·文件编号:10.1111/j.1467-9892.2012.00792.x
[20] Didier,G。;Zhang,K.,《单粒子追踪实验中路径均方位移的渐近分布》,J.Time-Ser。分析。,38, 395-416, (2017) ·Zbl 1370.92039号 ·doi:10.1111/jtsa.12208
[21] Dobrushin,R。;Major,P.,高斯场非线性泛函的非中心极限定理,Probab。理论关联。菲尔德,50,27-52,(1979)·Zbl 0397.60034号
[22] Gajda,J。;怀奥曼斯卡,A。;康茨,H。;Chechkin,A。;Sikora,G.,《高斯过程时间平均统计的大偏差》,Stat.Probab。莱特。,143, 47-55, (2018) ·Zbl 1406.60044号 ·doi:10.1016/j.spl.2018.07.013
[23] Ghosh,S.K。;Cherstvy,A.G.公司。;格雷本科夫,D.S。;Metzler,R.,《拥挤二维环境中的异常非高斯示踪扩散》,《新物理学杂志》。,18, (2016) ·doi:10.1088/1367-2630/18/1/013027
[24] Giraitis,L。;Surgailis,D.,Clt和高斯过程泛函的其他极限定理,Z.Wahrscheinlichkeits定理。Verwandte Geb.公司。,70, 191, (1985) ·Zbl 0575.60024号 ·doi:10.1007/BF02451428
[25] Giraitis,L。;Surgailis,D.,强相依线性变量中二次型的中心极限定理及其对Whittle估计渐近正态性的应用,Probab。理论关联。菲尔德,86,87-104,(1990)·Zbl 0717.62015号 ·doi:10.1007/BF01207515
[26] 戈尔曼,J。;Greene,E.C.,《蛋白质沿DNA一维扩散的可视化》,《自然结构》。分子生物学。,15, 768-774, (2008) ·doi:10.1038/nsmb.1441
[27] Grebenkov,D.,高斯过程的时间平均均方位移的概率分布,Phys。版本E,84,(2011)·doi:10.1103/PhysRevE.84.031124
[28] Grebenkov,D.,高斯过程的时间平均二次泛函,Phys。版本E,83,(2011)·doi:10.1103/PhysRevE.83.061117
[29] Grebenkov,D.,非中心高斯过程的最优和次最优二次型,物理学。E版,88,(2013)·doi:10.1103/PhysRevE.88.032140
[30] 格雷本科夫,D.S。;瓦哈比,M。;Bertseva,E。;福罗。;Jeney,S.,粘弹性介质中示踪剂的流体动力学和次扩散运动,Phys。E版,88,(2013)·doi:10.10103/物理版本E.88.040701
[31] 盖恩,X。;León,J.,《Gaussien stationaire sur(R)过程中H变化的收敛》,国际水文计划:Probab。统计,25,265-282,(1989)·Zbl 0691.60017号
[32] 哈尔福德,S.E。;Marko,J.F.,位点特异性DNA结合蛋白如何找到其靶点?,编号。《酸类研究》,32,3040-3052,(2004)·数字对象标识代码:10.1093/nar/gkh624
[33] Helenius,J。;Brouhard,G。;Kalaidzidis,Y。;Diez,S。;Howard,J.,解聚驱动蛋白MCAK利用晶格扩散快速靶向微管末端,《自然》,441115-119,(2006)·doi:10.1038/nature04736
[34] Hess,S.T。;Girirajan,T。;Mason,M.D.,《荧光光激活定位显微镜超高分辨率成像》,生物物理。J.,91,4258-4272,(2006)·doi:10.1529/biophysj.106.091116
[35] Hill,D.B.,《粘液固体浓度作为呼吸道疾病候选生物标志物的生物物理基础》,《公共科学图书馆·综合》,第9期,(2014年)·doi:10.1371/journal.pone.0087681
[36] 北卡罗来纳州霍泽。;Hochman,D.,《细胞生物学中超分辨率随机单粒子轨迹大集合的统计方法》,年。修订状态申请。,4, 189-223, (2017) ·doi:10.1146/annurev-statistics-060116-054204
[37] Isserlis,L.,《关于具有偏回归的多频率分布的某些可能误差和相关系数》,Biometrika,11,185-190,(1916)·doi:10.1093/biomet/11.3185
[38] Jeon,J.H。;Barkai,E。;Metzler,R.,《噪声连续时间随机漫步》,J.Chem。物理。,139, (2013) ·doi:10.1063/1.4816635
[39] Jeon,J.H。;Metzler,R.,短次扩散时间序列的分析:时间平均均方位移的散射,J.Phys。A: 数学。理论。,43, (2010) ·兹比尔1192.82037 ·doi:10.1088/1751-8113/43/25-252001
[40] 凯普滕,E。;Bronshtein,I。;Garini,Y.,《单粒子追踪实验中反常扩散指数的改进估计》,Phys。E版,87,(2013)·doi:10.1103/PhysRevE.87.052713
[41] Kepten,E。;沃伦,A。;西科拉,G。;伯内基,K。;Garini,Y.,相关连续时间随机游走,统计概率。莱特。,79, 1194-1202, (2009) ·Zbl 1179.60024号 ·doi:10.1016/j.spl.2009.01.007
[42] Kepten,E。;沃伦,A。;西科拉,G。;伯内基,K。;Garini,Y.,《单粒子追踪实验中反常扩散均方位移图拟合指南》,PLoS One,10,e0117722,(2015)·doi:10.1371/journal.pone.0117722
[43] Kou,S.C.,《纳米生物物理中的随机建模:蛋白质内的细扩散》,《应用年鉴》。统计,2,501-535,(2008)·Zbl 1400.62272号 ·doi:10.1214/07-AOAS149
[44] 寇,S.C。;Xie,X.S.,带分数高斯噪声的广义Langevin方程:单个蛋白质分子内的细分扩散,Phys。修订稿。,93, (2004) ·doi:10.1103/PhysRevLett.93.180603
[45] 赖,S。;Wang,Y。;圆锥,R。;维茨,D。;Hanes,J.,《改变黏液流变性以在纳米级固化人类黏液》,《公共科学图书馆·综合》,4,e4294,(2009)·doi:10.1371/journal.pone.0004294
[46] Lasne,D。;布拉布,G.A。;Berciaud,S。;海涅,M。;格罗克·L。;乔奎特,D。;科涅特。;Lounis,B.,活细胞中5nm金珠的单纳米粒子光热跟踪(SNaPT),Biophys。J.,914598-4604,(2006)·doi:10.1529/biophysj.106.089771
[47] Laurent,B。;Massart,P.,通过模型选择对二次函数的自适应估计,Ann.Stat.,281302-1338,(2000)·Zbl 1105.62328号 ·doi:10.1214/aos/1015957395
[48] Ledoux,M.,《测量现象的集中》,第89卷,(2005),普罗维登斯,RI:美国数学学会,普罗维登斯,RI
[49] 莱文,A。;Lubensky,T.,单颗粒和双颗粒微流变学,Phys。修订稿。,85, 1774-1777, (2000) ·doi:10.1103/PhysRevLett.85.1774
[50] Lieleg,O。;弗拉德斯库,I。;Ribbeck,K.,《通过粘蛋白水凝胶的颗粒易位特性》,《生物物理学》。J.,98,1782(2010)·doi:10.1016/j.bpj.2010.01.012
[51] Lysy,M。;北卡罗来纳州皮莱。;Hill,D.B。;森林,M.G。;梅尔尼克,J。;巴斯克斯,P。;McKinley,S.A.,生物流体中单粒子追踪的模型比较,美国统计协会,111,1413-1426,(2016)·doi:10.1080/01621459.2016.1158716
[52] Major,P.,高斯序列非线性泛函的极限定理,Z.Wahrscheinlichkeits定理。Verwandte Geb.公司。,57, 129-158, (1981) ·Zbl 0444.60028号 ·doi:10.1007/BF00533717
[53] 梅森,T。;Weitz,D.,《复杂流体线性粘弹性模量的光学测量》,Phys。修订稿。,74, 1250-1253, (1995) ·doi:10.1103/PhysRevLett.74.1250
[54] Matsui,H.,囊性纤维化气道表面脱水和铜绿假单胞菌生物膜之间的物理联系,Proc。美国国家科学院。科学。,103, 18131, (2006) ·doi:10.1073/pnas.0606428103
[55] Meerschaert,M。;Scheffler,H.P.,具有无限平均等待时间的连续时间随机游动的极限定理,J.Appl。概率。,41, 623-638, (2004) ·兹比尔1065.60042 ·doi:10.1239/jap/1091543414
[56] Mellnik,J.W R。;Lysy,M。;Vasquez,P.A。;新南威尔士州皮莱。;Hill,D.B。;克里布,J。;麦金利,S.A。;Forest,M.G.,单颗粒被动微流变数据的最大似然估计,J.Rheol。,60, 379-392, (2016) ·数字对象标识代码:10.1122/1.4943988
[57] 梅罗兹,Y。;Sokolov,I.M.,《确定次扩散机制的工具箱》,《物理学》。众议员,573,1-29,(2015)·doi:10.1016/j.physrep.2015.01.002
[58] 梅茨勒,R。;Jeon,J.H。;Cherstvy,A.,《脂膜中的非布朗扩散:实验和模拟》,生物化学生物物理。《学报》,18582451-2467,(2016)·doi:10.1016/j.bbamem.2016.01.022
[59] 梅茨勒,R。;Tejedor,V。;Jeon,J。;何毅。;邓,W。;Burov,S。;Barkai,E.,《单粒子轨迹分析:从正常扩散到反常扩散》,《物理学学报》。波兰。B、 401315-1331,(2009)
[60] Michalet,X。;Berglund,A.J.,《单粒子跟踪中的最佳扩散系数估计》,Phys。E版,85,(2012)·doi:10.1103/PhysRevE.85.061916
[61] Minoura,I。;Katayama,E。;Sekimoto,K。;Muto,E.,带电纳米颗粒沿着微管的一维布朗运动:弱结合相互作用的模型系统,生物物理学。J.,98,1589-1597,(2010年)·doi:10.1016/j.bbj.2009.12.4323
[62] Moulines,E。;Roueff,F。;Taqqu,M.S.,高斯半参数背景下记忆参数的对数回归小波估计的中心极限定理,分形,15,301-313,(2007)·Zbl 1141.62073号 ·doi:10.1142/S0218348X07003721
[63] Moulines,E。;Roueff,F。;Taqqu,M.,《关于长记忆时间序列小波系数的谱密度及其在记忆参数对数回归估计中的应用》,J.time-Ser。分析。,28, 155-187, (2007) ·Zbl 1150.62058号 ·文件编号:10.1111/j.1467-9892.2006.00502.x
[64] Moulines,E。;Roueff,F。;Taqqu,M.,非平稳高斯时间序列记忆参数的小波Whittle估计,Ann.Stat.,361925-1956,(2008)·兹比尔1142.62062 ·doi:10.1214/07-AOS527
[65] 南迪,A。;海因里希,D。;Lindner,B.,局部均方位移分析中扩散测度的分布,Phys。E版,86,(2012)·doi:10.1103/PhysRevE.86.021926
[66] Nguyen,H.D。;McKinley,S.A.,《异常扩散和广义Langevin方程》,SIAM J.Math。分析。,50, 5119-5160, (2018) ·Zbl 1409.60055号 ·数字对象标识码:10.1137/17m115517x
[67] 西村,S.Y。;Lord,S.J。;Klein,L.O。;Willets,K.A。;他,M。;卢,Z。;Twieg,R.J。;Moerner,W.E.,《类脂单分子荧光团在细胞膜中的扩散》,J.Phys。化学。B、 110、8151-8157(2006)·doi:10.1021/jp0574145
[68] Ottobre,M。;Pavliotis,G.,广义Langevin方程的渐近分析,非线性,241629,(2011)·Zbl 1221.82076号 ·doi:10.1088/0951-7715/24/5/013
[69] 皮皮拉斯,V。;Taqqu,M.S.,《长期依赖和自我相似性》(2017),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1377.60005号
[70] Prakasa Rao,B.L S.,分数扩散过程的统计推断(概率与统计学中的威利级数),(2010),纽约:威利,纽约·Zbl 1211.62143号
[71] 钱,H。;希茨,M。;Elson,E.,《单粒子跟踪》。二维系统中扩散和流动的分析,生物物理学。J.,60,910-921,(1991)·doi:10.1016/S0006-3495(91)82125-7
[72] Reighard,K.P。;埃里,C。;拉什顿,Z.L。;阿霍宁,M.J R。;Hill,D.B。;Schoenfisch,M.H.,《释放一氧化氮的壳聚糖低聚糖对黏液粘弹性的作用》,ACS Biomater。科学。工程师,3,1017-1026,(2017)·doi:10.1021/acsbiomaterials.7b00039
[73] Reighard,K.P。;Hill,D.B。;Dixon,G.A。;沃利,B.V。;Schoenfisch,M.H.,使用释放一氧化氮的壳聚糖寡糖破坏和消除铜绿假单胞菌生物膜,生物污染,31775-787,(2015)·doi:10.1080/08927014.2015.1107548
[74] Rosenblatt,M.,《独立与依赖》,第2卷,(1961年)·Zbl 0105.11802号
[75] Sandev,T。;梅茨勒,R。;Tomovski,ƀ,分数阶广义Langevin方程的速度和位移相关函数,分数阶微积分应用。分析。,15, 426-450, (2012) ·Zbl 1274.82045号
[76] Saxton,M.,《障碍物引起的异常扩散:蒙特卡罗研究》,《生物物理》。J.,66,394-401,(1994)·doi:10.1016/S0006-3495(94)80789-1
[77] Saxton,M.,《结合引起的异常扩散:蒙特卡罗研究》,《生物物理》。J.,70,1250-1262,(1996)·doi:10.1016/S0006-3495(96)79682-0
[78] Shiryaev,A.,概率论,(2000),纽约:Springer,纽约
[79] 西科拉,G。;Teuerle先生。;怀奥曼斯卡,A。;Grebenkov,D.,基于时间平均均方位移的反常标度指数估计器的统计特性,Phys。修订版E,96,(2017)·doi:10.1103/PhysRevE.96.022132
[80] Smith,M.B。;Karatekin,E。;科尔克,A。;Mizuno,H。;Watanabe,N。;Vavylonis,D.,荧光显微镜斑点轨迹的交互式计算机辅助跟踪:肌动蛋白聚合和膜融合的应用,生物物理。J.,101,1794-1804,(2011)·doi:10.1016/j.bpj.2011.09.007
[81] Sokolov,I.M.,《统计学与单分子》,《物理学》,2008年第1期,第8期·doi:10.1103/Physics.1.8
[82] Sonesson,A.W。;Elofsson,U.M。;Callisen,T.H。;Brismar,H.,使用量子点追踪三yristin底物表面上的单个脂肪酶分子,Langmuir,238352-8356,(2007)·doi:10.1021/la700918r
[83] Suh,J。;道森,M。;Hanes,J.,《实时多粒子追踪:药物和基因递送的应用》,《高级药物递送》。修订版,57,63-78,(2005)·doi:10.1016/j.addr.2004.06.001
[84] 塔夫维齐,A。;洛杉矶米尔尼。;van Oijen,A.M.,《DNA上的舞蹈:DNA搜索过程的动力学方面》,《化学》。物理学。化学。,12, 1481-1489, (2011) ·doi:10.1002/cphc.201100112
[85] Taqqu,M.S.,分数布朗运动和Rosenblatt过程的弱收敛,Probab。理论关联。菲尔德,31287-302,(1975)·Zbl 0303.60033号
[86] Taqqu,M.S.,任意Hermite秩积分过程的收敛性,Probab。理论关联。菲尔德,50,53-83,(1979)·Zbl 0397.60028号
[87] Taqqu,M.S。;Doukhan,P.,分数布朗运动与长程相关,长程相关的理论与应用,5-38,(2003),马萨诸塞州波士顿:Birkhäuser,马萨诸纳州波士顿·Zbl 1039.60041号
[88] Taqqu,M.S。;Davis,R.A.,The Rosenblatt process,The Selected Works of Murray Rosenblat,(2011),纽约:Springer,New York
[89] R.D.维尔。;索尔,D.R。;Gibbons,I.R.,与鞭毛动力蛋白结合的微管一维扩散,细胞,59915-925,(1989)·doi:10.1016/0092-8674(89)90614-4
[90] 瓦伦丁,M。;卡普兰,P。;Thota博士。;克罗克,J。;Gisler,T。;普鲁多姆,R。;贝克,M。;Weitz,D.A.,《用多粒子追踪研究非均匀软材料的微环境》,Phys。版本E,64,(2001)·doi:10.1103/PhysRevE.64.061506
[91] 韦莱特,M。;Taqqu,M.S.,《罗森布拉特分布的性质和数值评估》,伯努利,1982-1005,(2013)·Zbl 1273.60020号 ·doi:10.3150/12-BEJ421
[92] 韦伊奇,D。;Abry,P.,长程相关参数的基于小波的联合估计,IEEE Trans。Inf.理论,45878-897,(1999)·Zbl 0945.94006号 ·数字对象标识代码:10.1109/18.761330
[93] Vestergaard,C.L。;布莱尼,P.C。;Flyvbjerg,H.,单粒子轨道扩散系数的最佳估计,物理学。E版,89,(2014年)·doi:10.1103/PhysRevE.89.022726
[94] Wendt,H。;Didier,G。;Combrexelle,S。;Abry,P.,《多元Hadamard自相似性:测试分形连通性》,Physica D,356-71-36,(2017)·Zbl 1381.62121号 ·doi:10.1016/j.physd.2017.07.001
[95] 威瑟,S。;Schütz,G.J.,追踪活细胞血浆膜中的单分子-做和不做,方法,46,131-140,(2008)·doi:10.1016/j.meth.2008.06.010
[96] Zwanzig,R.,非平衡统计力学,(2001),牛津:牛津大学出版社,牛津·Zbl 1267.82001年
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