李向阳 孙 亮 崔甜甜

(苏州大学医学部放射医学与防护学院,江苏 苏州 215000)

元胞自动机在模拟细胞行为方面的应用

李向阳 孙 亮*崔甜甜

(苏州大学医学部放射医学与防护学院,江苏 苏州 215000)

在生物细胞生长机理以及莫诺德微分方程模型的基础上，推导出生物细胞生长以及底物消耗的微分方程，并基于此建立模拟生物细胞生长的元胞自动机模型(CABCGM)。CABCGM采用二维细胞自动机作为细胞的生长空间，采用Moore型邻域作为细胞的邻居规则，其演化规则根据细胞的生长机理和推导出的动力学微分方程设计。在建立元胞自动机模型的前提下，以Matlab为开发工具来实现模型编程，并进行仿真实验。仿真结果表明，利用元胞自动机建立的生物细胞的生长模型与实际微分方程细胞的生长曲线比较吻合(尤其在前期时间段)，故元胞自动机能较好地描述细胞生长的演化行为。

元胞自动机模型；生物细胞；细胞行为

引言

对于生物细胞生长动态的描述模型，最常用的是纯数学模型。纯数学模型一般为非线性动力学微分方程[1-2]，通常是在理想情况下通过理论推导得出来的，是一类确定性的机理模型。非线性动力学微分方程的这一特点有些与生物细胞生长的随机性特点相悖，当生物非线性系统的复杂性增加，以及求解微分方程或计算数值的过程变得越来越无望时，元胞自动机的优点就突显出来，它是非常灵活有效的建模工具。

上世纪80年代末，Christopher Langton提出了人工生命，并指出生命系统的实现形式有多种，除已知的碳水化合物的形式，还可以利用别的物质构造出不同于自然生命的另类载体生命形式，赋予它们生命特征，使其具有进化、变异等生命现象，得出生命的普遍行为。……