Detection of Diffusion Heterogeneity in Single Particle Tracking Trajectories Using a Hidden Markov Model with Measurement Noise Propagation
Pourquoi ce travail est dans la base
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Notice bibliographique
Résumé
We develop a Bayesian analysis framework to detect heterogeneity in the diffusive behaviour of single particle trajectories on cells, implementing model selection to classify trajectories as either consistent with Brownian motion or with a two-state (diffusion coefficient) switching model. The incorporation of localisation accuracy is essential, as otherwise false detection of switching within a trajectory was observed and diffusion coefficient estimates were inflated. Since our analysis is on a single trajectory basis, we are able to examine heterogeneity between trajectories in a quantitative manner. Applying our method to the lymphocyte function-associated antigen 1 (LFA-1) receptor tagged with latex beads (4 s trajectories at 1000 frames s(-1)), both intra- and inter-trajectory heterogeneity were detected; 12-26% of trajectories display clear switching between diffusive states dependent on condition, whilst the inter-trajectory variability is highly structured with the diffusion coefficients being related by D1 = 0.68D0 - 1.5 × 10(4) nm2 s(-1), suggestive that on these time scales we are detecting switching due to a single process. Further, the inter-trajectory variability of the diffusion coefficient estimates (1.6 × 10(2) - 2.6 × 10(5) nm2 s(-1)) is very much larger than the measurement uncertainty within trajectories, suggesting that LFA-1 aggregation and cytoskeletal interactions are significantly affecting mobility, whilst the timescales of these processes are distinctly different giving rise to inter- and intra-trajectory variability. There is also an 'immobile' state (defined as D < 3.0 × 103 nm2 s-1) that is rarely involved in switching, immobility occurring with the highest frequency (47%) under T cell activation (phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA) treatment) with enhanced cytoskeletal attachment (calpain inhibition). Such 'immobile' states frequently display slow linear drift, potentially reflecting binding to a dynamic actin cortex. Our methods allow significantly more information to be extracted from individual trajectories (ultimately limited by time resolution and time-series length), and allow statistical comparisons between trajectories thereby quantifying inter-trajectory heterogeneity. Such methods will be highly informative for the construction and fitting of molecule mobility models within membranes incorporating aggregation, binding to the cytoskeleton, or traversing membrane microdomains.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle