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混沌理论在生命科学中的应用

混沌理论一经问世,很快从数学、天文学和地球科学渗透到物理、化学和生命科学,并扩展至社会科学领域中,成为多学科的研究热点。长期以来,气象学与混沌的亲缘关系不言而喻,而此后,混沌对地球物理学也产生了非常重要的影响,该领域专家认为,天气、气候和地震是典型的混沌吸引子。在社会学方面,从马尔萨斯的人口增长模型,到对经济理论造成的不可忽视的冲击与振奋,都说明了混沌理论存在的普遍意义。

在混沌理论应用的方方面面,生命科学被认为是前景最为美好的领域。实验表明,生物学神经网络存在混沌。大脑是由神经细胞组成的非线性网络,病理方面的实验表明,癫痫和一种具有痴呆表现的遗传性大脑变性与脑电图信号复杂性的降低相关。复杂性的减少与大脑警觉性和智力表现降低有关,睡眠越深,测量的脑电复杂性越低。有人用非线性和混沌与心病学、内科学进行研究,也有类似的发现。

1988年加拿大麦吉尔大学的物理、生理学家Leon Glass(里昂•格拉斯)和另一位生理学家Michael C.Mackey(麦克尔•C•麦基)在From Clocks to ChaosThe Rhythms of Life Princeton这本具有权威性的著作中对人体生理和病理节律的研究,以及若干生物学实例与相关数学模型进行了精辟的论述,受到自然科学界的广泛关注。在评述这本书时,Nature提出,当应用数学工作者阅读它时,生理学研究将获益匪浅,当应用于医学生理学课程时,医学的面貌将从目前重视结构和局部机制,彻底改变为更加全面的考察相互作用,复杂的动力学系统中的性态。Science指出,正是在生物学中,非线性科学可能最终找到其最重要的应用。

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