通过逻辑斯谛生灭过程速率解歧义推断密度依赖的种群动力学机制
种群与进化
2025-06-04 v1 概率论
摘要
密度依赖在微生物和癌细胞的生态与演化中十分重要。通常我们只能测量净增长率，但产生观测动力学的潜在密度依赖机制可体现在出生过程、死亡过程或两者兼有。因此，我们利用细胞数量波动的均值与方差，从遵循逻辑斯谛增长的随机生灭过程时间序列中分别辨识出生率与死亡率。我们的方法为随机参数可辨识性提供了新视角，并通过分析离散化时间窗长下的精度加以验证。我们将方法应用于均质细胞群体经历三阶段的情景：(1)自然增长至其承载容量，(2)接受降低其承载容量的药物处理，(3)克服药物效应以恢复原始承载容量。在每一阶段，我们解歧义该过程是通过出生过程、死亡过程还是二者某种组合发生，这有助于理解耐药机制。在数据集有限的情况下，我们提供基于最大似然的替代方法，并求解约束非线性优化问题，以辨识给定细胞数量时间序列最可能的密度依赖参数。我们的方法可应用于不同尺度的其他生物系统，以解歧义相同净增长率下的密度依赖机制。
引用
@article{arxiv.2205.05189,
title = {Inferring Density-Dependent Population Dynamics Mechanisms through Rate Disambiguation for Logistic Birth-Death Processes},
author = {Linh Huynh and Jacob G. Scott and Peter J. Thomas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.05189},
year = {2025}
}