检测单分子测量中二维和三维相互作用统计证据的稳健假设检验

多种实验技术提高了从体内单分子测量中提取的二维和三维空间分辨率。这使得研究人员能够定量推断生物分子在其原生细胞环境中所受力的量级和方向性。此类力具有生物学意义的情形涵盖从有丝分裂到沿细胞骨架结构定向运输蛋白质货物。常用于量化单分子动力学的模型假设$x,y$（或$x,y,z$）方向上的有效力和速度在统计上是独立的，但这一假设在许多情况下物理上并不现实。我们提出了一种假设检验方法，能够确定实验测量的轨迹中位置坐标之间是否存在统计依赖性的证据；如果空间坐标独立性的假设被拒绝，则应考虑采用新的模型来解释二维（三维）相互作用，以更忠实地表征潜在的实验动力学。该技术的稳健性在于，即使物理粒子的实际噪声源与简化模型假设的噪声结构之间存在显著不一致，仍可通过统计假设检验检测出二维（三维）相互作用。例如，即使研究人员假设正常扩散，而实验数据经历“反常扩散”和/或受到特征分布不同于拟合模型假设的测量噪声影响，仍能可靠地检测出二维（三维）相互作用。该方法在对照模拟和实验数据（初级纤毛中的 IFT88 定向运输）上进行了演示。