сюжет Роли
Рэлея Графики или графики Рэлея (также называемые круговыми диаграммами). [1] и тесно связаны с круговыми гистограммами, [2] векторные диаграммы, [3] и розы ветров [4] ), представляют собой статистические графики , служащие графическим представлением теста Рэли , который отображает средний вектор на круговой график. Графики Рэли имеют множество применений в области хронобиологии , например, при изучении закономерностей миграции бабочек или экспрессии белков и генов, а также в других областях, таких как геология, когнитивная психология и физика.
История/Происхождение
[ редактировать ]Графики Рэли были впервые представлены лордом Рэлеем. Концепция графиков Рэлея возникла на основе тестов Рэлея, также представленных лордом Рэлеем в 1880 году. Критерий Рэлея — это популярный статистический тест, используемый для измерения концентрации точек данных вокруг круга и выявления любого унимодального смещения в распределении. [5] Графики Рэлея появились в результате этого анализа как средство иллюстрации природы распределения.
Общая интерпретация
[ редактировать ]На графике Рэли каждому человеку присваивается единичный вектор с соответствующим углом . Эти единичные векторы усредняются вместе на графике Рэли в средний вектор. Длина среднего вектора определяется r (или R ), средней результирующей длиной. r - мера концентрации, значение которой варьируется от 0 до 1. Если отдельные углы единичных векторов плотно сгруппированы, то значение r будет ближе к 1, а если они широко разбросаны, то r будет ближе к нулю. . [6] Средний вектор расположен в центре круга. Штрихи по окружности этого круга обозначают желаемые значения. Примеры включают углы от магнитного севера (ноль градусов) по часовой стрелке (например, 90 градусов от магнитного севера или на восток); время суток, которое также можно описать как время суток и циркадное время; и фаза. Точки на окружности обычно используются для обозначения отдельных единичных векторов и их соответствующего угла относительно измеряемых значений. На графиках Рэли также можно использовать более одного среднего вектора, особенно если нужно отобразить средний вектор для разных тестируемых групп в исследовании или сравнить средние векторы между группами. [7]
Примеры
[ редактировать ]Пример слева — график Рэли с высоким значением r . Синие и желтые точки обозначают тестируемых лиц из разных групп, а положение точек указывает, под каким углом от магнитного севера путешествует каждый тестируемый. Из-за высокой общей концентрации особей, движущихся под углом от нуля до девяноста градусов, средний вектор намного длиннее. Сравните рисунок слева с рисунком ниже:
Во втором примере (справа) график Рэли имеет низкое значение r . По окружности круга разбросаны желтые и синие точки, что указывает на то, что многие люди путешествуют под разными углами. Самая большая группа особей, группа, путешествующая на угол от 180 до 270 градусов, приводит к тому, что средний вектор направляется под углом в этом направлении. Примечательно, что из-за изменчивости направления внутри этой группы средний вектор значительно меньше.
Использование в хронобиологических исследованиях
[ редактировать ]Исследования миграции бабочек
[ редактировать ]Графики Рэли использовались в хронобиологических исследованиях биологических часов, лежащих в основе моделей миграции бабочек-монархов . Они особенно актуальны для изучения ориентации по солнечному компасу у мигрирующих бабочек.
В исследованиях миграции бабочек график Рэли отображает ориентацию бабочки, когда ей разрешено летать, где окружность отмечена в виде компаса с севером (N) в верхнем положении. Учитывая нанесенные точки данных, рисуется средний вектор r , указывающий среднюю ориентацию бабочек в определенных условиях. [8] [9]
В своих исследованиях нейробиологии миграции бабочек Стивен М. Репперт наблюдает направленное полетное поведение бабочек-монархов. Репперт объясняет, как графики Рэли используются для обработки данных об ориентации бабочки и в качестве инструментов для анализа данных. [10]
В исследовании 2012 года, проведенном Реппертом и его коллегами о достаточности антенны для правильной компенсации времени и ориентации по солнечному компасу у бабочки-монарха, графики Рэли использовались для представления средней ориентации полета бабочек, подвергнутых различным условиям исследования. По краю круга показаны градусы от 0° ( магнитный север ) до 360°, ориентация каждой бабочки отмечена точкой, и нарисован средний вектор, обозначающий зарегистрированную среднюю ориентацию полета. [7] В ежегодном обзоре нейробиологии миграции бабочек-монархов за 2016 год Репперт, Герра и Мерлин также используют графики Рэли для представления данных об ориентации бабочек. Графики были использованы при изучении времякомпенсированного солнечного компаса у бабочек-монархов. [10] В обзоре механизмов миграции бабочек-монархов, проведенном Реппертом и де Рудом в 2018 году, также использовались графики Рэли или круговые диаграммы для представления данных об ориентации бабочек. Каждая точка указывает ориентацию, в которой особь бабочки летала непрерывно в течение 5 минут или дольше, а вектор указывает в среднем направлении (несколько градусов от севера) с величиной, пропорциональной средней ориентации. [1]
Исследования экспрессии белков и генов
[ редактировать ]Графики Рэли можно использовать для визуализации циркадных ритмов экспрессии белков или генов, а также того, как на их фазы влияют другие переменные или индуцированные условия.
Дженнифер Мохок, в то время постдок в Юго-западном медицинском центре Техасского университета , использовала несколько графиков Рэли, чтобы проиллюстрировать выражение PER2 :: LUC в своей статье 2013 года « Метамфетамин и дофаминовый рецептор D1 регулируют вовлечение мышиных циркадных осцилляторов ». [11] В частности, Мохок исследовал, как инъекции метамфетамина и антагониста D1 SCH-23390 смещают пиковое время экспрессии PER2 в печени, легких, гипофизе и слюнной железе . На этих графиках график Рэли можно интерпретировать как 24-часовые часы с CT 0 в верхней части круга и CT 12 в нижней части круга. Каждая стрелка представляет собой среднюю пиковую фазу экспрессии PER2::LUC каждой группы. Сила фазовой кластеризации обозначается длиной стрелки, что означает более сильную кластеризацию или более близкие точки данных, что приводит к более длинным стрелкам. Отдельные точки данных нанесены снаружи круга, а их уникальный цвет и форма напоминают различные группы условий. На ZT 7 находится розовая рамка, на которой указано время инъекции метамфетамина. Мохок и его коллеги сравнили угол вектора или среднюю фазу между различными группами, чтобы определить, вызывают ли инъекции метамфетамина статистически значимые фазовые изменения экспрессии PER2::LUC в различных железах и органах. [11]
Точно так же Цедей Мекбиб, тогда аспирант Медицинской школы Морхауза , использовал графики Рэли, чтобы показать, как нокдаун SIAH2 влияет на ритмическую экспрессию всех других генов как у мужчин, так и у женщин. После профилирования всего транскриптома с помощью последовательности РНК в печени через частые интервалы времени время пика экспрессии для всех ритмически экспрессируемых генов было нанесено на графики Рэли для каждой группы. Эти графики Рэли содержат векторы, которые представляют среднюю пиковую фазу. Однако вместо того, чтобы различать длину векторов, чтобы проиллюстрировать изменчивость точек данных, Мекбиб и другие сотрудники добавили доверительный интервал +/- 95%, который представлен красным диапазоном вдоль круга. В дополнение к типичному графику Рэли левая половина круга затенена темнее, чтобы лучше визуализировать ночную фазу, происходящую между CT 12 и CT 24. [12]
Исследования супрахиазматического ядра (SCN)
[ редактировать ]Графики Рэли можно использовать для визуализации циркадных ритмов экспрессии белков или генов, в частности, в супрахиазматическом ядре (SCN) , а также того, как они могут влиять на другие периферические ткани.
Графики Рэли были использованы Элизабет Мэйвуд , английским исследователем из Лаборатории молекулярной биологии MRC , чтобы визуализировать, как кардиостимуляторная активность и синхронность между клетками SCN хозяина, лишенными вазоактивного кишечного пептида (VIP), могут быть восстановлены с помощью трансплантата SCN дикого типа . На этих графиках показаны векторы, которые представляют фазу клеток-хозяев SCN, измеренную по экспрессии PER2::LUC. Каждый график имеет значение, представляющее среднюю длину вектора, с моментами времени, когда фазы ячеек более синхронизированы, и имеют значение, близкое к 1. Мэйвуд и соавторы показали, что синхронность ячеек SCN хоста VIP-нулевого хоста ухудшается с течением времени на основе средней длины вектора графики Рэли уменьшаются, и он пришел к выводу, что паракринная передача сигналов от введенного трансплантата SCN дикого типа достаточна для восстановления синхронности между пейсмейкерами клеток SCN на основании увеличения средней длины вектора после введения трансплантата. [13]
Марико Идзумо, работая в Юго-западном медицинском центре Техасского университета , использовала графики Рэли для оценки влияния выключения BMAL1 в SCN на циркадную экспрессию PER2, измеренную с помощью экспрессии PER2::LUC, в SCN и в периферических тканях. . Идзумо и другие обнаружили, что нокаут BMAL1 приводит к десинхронизации и ослаблению экспрессии PER2 в периферических тканях, причем графики Рэли показывают различные средние фазы ритма экспрессии PER2. Они также показывают, что циклы света/темноты и кормления могут восстанавливать синхронность в периферических тканях, причем графики Рэли показывают те же средние фазы ритма экспрессии PER2. [14]
Точно так же Юнли Шан, также работая в Юго-западном медицинском центре Техасского университета, использовал графики Рэли, чтобы показать, что SCN с нокаутом нейроны AVP BMAL1 и нейроны VIP SCN демонстрируют потерю ритма при экспрессии PER2. Нейроны с нокаутом BMAL1 имеют точки данных вокруг круговой диаграммы и небольшой средний вектор r , тогда как нейроны дикого типа имеют больший средний вектор r и точки данных ближе друг к другу. Кроме того, Шан и др. показывают, что межклеточных связей с остальной частью SCN было достаточно для восстановления ритмичности в VIP-нейронах с нокаутом BMAL1, но не в AVP-нейронах, с увеличением среднего вектора r в VIP-нейронах, но не в AVP-нейронах. [15]
Использование в других областях, не связанных с хронобиологией.
[ редактировать ]Графики Рэли или вариации графиков Рэли используются в областях, выходящих за рамки хронобиологии. В то время как графики Рэли визуализируют средний вектор данных, вариационные графики, тесно связанные с графиками Рэли, могут визуализировать данные гистограммы в виде спиц на круговой диаграмме.
В геологии круговые гистограммы или розы-диаграммы могут использоваться для характеристики движений тектонических плит . Например, их можно использовать для визуализации частоты и направления движения линии разлома . [16] В метеорологии и климатических исследованиях розы ветров используются для представления данных о направлении, продолжительности и скорости ветров, возникших в данном месте. Например, в розах ветров, опубликованных Региональным климатическим центром Среднего Запада, длина спицы в определенном направлении, представляющая интервал гистограммы, пропорциональна продолжительности времени, в течение которого ветер дул в этом направлении, с разными цветами для показать категории скорости ветра . [4]
Кроме того, графики Рэли можно использовать в когнитивной психологии . Жоэль Провази, профессор Практической школы высоких исследований , использовала их, чтобы объяснить реакцию детей с поражением мозжечка или без него, вызванным хирургическим удалением опухоли, на ритмический стимул. Провази и другие демонстрируют график Рэли, изображающий реакции, близкие к стимулу, в виде точек данных вокруг вершины под углом 0 градусов со средним значением вектора, близким к 1, и график Рэли, изображающий нерегулярные реакции с точками, разбросанными по круговому графику и среднее значение вектора ближе к 0. [17]
См. также
[ редактировать ]- тест Рэлея
- Круговое распределение
- Солнечный компас у животных
- Бабочка
- Миграция бабочки-монарха
- Супрахиазматическое ядро
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Репперт, Стивен М.; де Руд, Якобус К. (10 сентября 2018 г.). «Демистификация миграции бабочек-монархов» . Современная биология . 28 (17): Р1009–Р1022. дои : 10.1016/j.cub.2018.02.067 . ПМИД 30205052 . S2CID 52186799 .
- ^ «круговая гистограмма» . Оксфордский справочник . Проверено 27 апреля 2023 г.
- ^ Ри, Марк С; Бирман, Эндрю; Фигейро, Мариана Дж; Буллоу, Джон Д. (29 мая 2008 г.). «Новый подход к пониманию влияния циркадных нарушений на здоровье человека» . Журнал циркадных ритмов . 6 :7. дои : 10.1186/1740-3391-6-7 . ISSN 1740-3391 . ПМЦ 2430544 . ПМИД 18510756 .
- ^ Перейти обратно: а б «Розы ветров — диаграммы и табличные данные | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Проверено 27 апреля 2023 г.
- ^ Ландлер, Лукас; Ракстон, Грэм Д.; Малькемпер, Э. Паскаль (август 2018 г.). «Циркулярные данные в биологии: советы по эффективному осуществлению статистических процедур» . Поведенческая экология и социобиология . 72 (8): 128. doi : 10.1007/s00265-018-2538-y . ISSN 0340-5443 . ПМК 6060829 . ПМИД 30100666 .
- ^ Мардия, Канти В.; Юпп, Питер Э. (2000). Направленная статистика . Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons Ltd., стр. 1–20. ISBN 0471953334 .
- ^ Перейти обратно: а б Герра, Патрик А.; Мерлин, Кристина; Гегер, Роберт Дж.; Репперт, Стивен М. (17 июля 2012 г.). «Несогласованное время между антеннами нарушает ориентацию по солнечному компасу у мигрирующих бабочек-монархов» . Природные коммуникации . 3 (1): 958. doi : 10.1038/ncomms1965 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 3962218 . ПМИД 22805565 .
- ^ Моуритсен, Хенрик; Дербишир, Рэйчел; Сталлейкен, Джулия; Моуритсен, Оле О.; Фрост, Барри Дж.; Норрис, Д. Райан (30 апреля 2013 г.). «Экспериментальное перемещение и более 50 лет обнаружения меток показывают, что бабочки-монархи не являются настоящими мореплавателями» . Труды Национальной академии наук . 110 (18): 7348–7353. дои : 10.1073/pnas.1221701110 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3645515 . ПМИД 23569228 .
- ^ Францке, Мириам; Краус, Кристиан; Гейлер, Мария; Дрейер, Дэвид; Пфайффер, Керам; Эль Джунди, Василий (01 февраля 2022 г.). «Стратегии ориентации, зависящие от стимула, у бабочек-монархов» . Журнал экспериментальной биологии . 225 (3): jeb243687. дои : 10.1242/jeb.243687 . ISSN 0022-0949 . ПМЦ 8918799 . ПМИД 35048981 .
- ^ Перейти обратно: а б Репперт, Стивен М.; Герра, Патрик А.; Мерлин, Кристина (11 марта 2016 г.). «Нейробиология миграции бабочки-монарха» . Ежегодный обзор энтомологии . 61 (1): 25–42. doi : 10.1146/annurev-ento-010814-020855 . ISSN 0066-4170 . ПМИД 26473314 .
- ^ Перейти обратно: а б Ирокез, Дженнифер А.; Пезук, Пинар; Менакер, Майкл (23 апреля 2013 г.). «Метамфетамин и дофаминовый рецептор D1 регулируют вовлечение мышиных циркадных осцилляторов» . ПЛОС ОДИН . 8 (4): e62463. дои : 10.1371/journal.pone.0062463 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3633847 . ПМИД 23626822 .
- ^ Макбиб, Цедей; Суен, Тин-Чунг; Роллинз-Хэрстон, Аиша; Смит, Киандра; Армстронг, Ариэль; Грей, Хлоя; Послушай, Шэрон; Отец Кенкичи; Бэггс, Джули Э.; Элен, Дж. Кристофер; Тозини, Джанлука; ДеБрейн, Джейсон П. (05 июля 2022 г.). Лю, Эндрю С. (ред.). « Убиквитинлигаза SIAH2 является женским специфическим регулятором циркадных ритмов и метаболизма» « . ПЛОС Генетика . 18 (7): e1010305. дои : 10.1371/journal.pgen.1010305 . ISSN 1553-7404 . ПМЦ 9286287 . ПМИД 35789210 .
- ^ Мэйвуд, Элизабет С.; Чешам, Джоанна Э.; О'Брайен, Джон А.; Гастингс, Майкл Х. (23 августа 2011 г.). «Разнообразие паракринных сигналов поддерживает молекулярный циркадный цикл в цепях супрахиазматического ядра» . Труды Национальной академии наук . 108 (34): 14306–14311. дои : 10.1073/pnas.1101767108 . ISSN 0027-8424 . ПМК 3161534 . ПМИД 21788520 .
- ^ Идзумо, Марико; Пейчал, Мартина; Шук, Эндрю С; Ланге, Райан П.; Валиссер, Жаклин А; Сато, Такаши Р; Ван, Сяочжун; Брэдфилд, Кристофер А; Такахаши, Джозеф С. (19 декабря 2014 г.). Птачек, Луи (ред.). «Дифференциальное влияние света и питания на циркадную организацию периферических часов у мутанта Bmal1 переднего мозга» . электронная жизнь . 3 : e04617. doi : 10.7554/eLife.04617 . ISSN 2050-084X . ПМЦ 4298698 . ПМИД 25525750 .
- ^ Шан, Юнли; Абель, Джон Х.; Ли, Ян; Идзумо, Марико; Кокс, Кимберли Х.; Чон, Пёнха; Ю, Сын Хи; Олсон, Дэвид П.; Дойл, Фрэнсис Дж.; Такахаши, Джозеф С. (октябрь 2020 г.). «Двухцветная одноклеточная визуализация супрахиазматического ядра раскрывает циркадную роль в сетевой синхронизации» . Нейрон . 108 (1): 164–179.e7. дои : 10.1016/j.neuron.2020.07.012 . ПМЦ 8265161 . ПМИД 32768389 .
- ^ Мазур, Станислав; Александровский, Павел; Гонгала, Лукаш; Кживец, Петр; Лягушка, Джордж; Гайджик, Кшиштоф; Сикора, Рафал (июнь 2020 г.). «Позднепалеозойская сдвиговая тектоника в сравнении с ороклинальным изгибом на юго-западной окраине Балтики: случай восточного конца Варисканского пояса в Польше» . Международный журнал наук о Земле . 109 (4): 1133–1160. дои : 10.1007/s00531-019-01814-7 . ISSN 1437-3254 . S2CID 210088268 .
- ^ Проваси, Жоэль; Дойер, Валери; Зеланти, Пьер С.; Киффер, Вирджиния; Пердри, Эрве; Эль Массиуи, Николь; Браун, Брюс Л.; Деллатолас, Жорж; Гриль, Жак; Друа-Воле, Сильви (сентябрь 2014 г.). «Нарушенная сенсомоторная синхронизация, но сохранная распознавание ритма у детей, леченных по поводу медуллобластомы мозжечка» . Исследования нарушений развития . 35 (9): 2053–2068. дои : 10.1016/j.ridd.2014.04.024 . ПМИД 24864058 .