細胞動力學讀書會 | 第一期：數據驅動的細胞動力學

導語

細胞狀態轉化的調控與動力學是生命科學中的一個基本問題，長期以來一直借助動力系統理論進行研究。本期讀書會為細胞動力學讀書會第一期，中國科學院理論物理研究所副研究員王維康將在本期回顧從單細胞數據中推斷動力學的方法，并介紹基于Fisher 信息研究單細胞轉化動力學的框架。

集智俱樂部聯合北京師范大學大學教授李輝，中科院理論物理學所副研究員王維康、西湖大學生命科學學院博士后韋曉慧以及燭龍（上海）生物醫藥科技有限公司王艷博士共同發起「」，嘗試從單細胞數據中重構細胞的動力學，把狀態分布轉化為演化過程，把相關性推進到機制假說；通過分享經典文獻與最新研究進展，希望在數據、模型和生物過程間，建立起一種可以反復檢驗、不斷驗證的動態關系。

報告簡介

我們正處在一個奇怪的階段：單細胞測序、時空轉錄組和高通量成像讓我們前所未有地“看見”了細胞，但我們仍然很難回答一個看似簡單但更為根本的問題-細胞狀態是如何隨時間演化的？大量實驗給出的是一張張離散的細胞“快照”：不同時間點的細胞，不同條件下的狀態分布，看似連續實際斷裂的數據切片。然而，真正的生物過程-分化、命運定向、應激響應、重編程-卻發生在時間之中。

細胞狀態轉化的調控與動力學是生命科學中的一個基本問題，長期以來一直借助動力系統理論進行研究。在機制驅動建模研究中，難點在于獲取足量的定量信息以約束模型參數。隨著定量實驗方法特別是高通量單細胞技術的進步，從定量單細胞數據中重構細胞系統動力學展現出巨大的潛力。

本次報告將回顧從單細胞數據中推斷動力學的方法，并介紹基于Fisher 信息研究單細胞轉化動力學的框架。

分享大綱

1 細胞狀態轉化的動力學研究

2 單細胞測序和數據驅動的細胞動力學研究

3 基于Fisher信息的細胞狀態轉化研究

核心概念

數據驅動，單細胞測序，臨界點，Fisher信息

主講人介紹

主講人：王維康，中國科學院理論物理研究所副研究員。2009年和2015年在北京大學物理學院獲得學士和博士學位，隨后在匹茲堡大學計算和系統生物學系從事博士后研究工作，2022年入職理論物理所。研究領域包括生物物理、計算和系統生物學。目前的研究興趣包括細胞態轉化的動力學，發展機器學習方法分析基因調控網絡，基于自旋玻璃模型研究基因調控網絡和神經網絡的統計物理性質。

參考文獻

1. RNA velocity of single cells, Gioele La Manno et. al, Nature 2018

2. Mapping transcriptomic vector fields of single cells, Xiaojie Qiu et. al, Cell, 2022

3. Diffusion pseudotime robustly reconstructs lineage branching, Laleh Haghverdi et.al Nature Methods , 2016

時間信息

2026年2月6日（周五）晚19:30-21:30，騰訊會議線上進行，微信視頻號+集智俱樂部B站號同步直播，感興趣的朋友掃碼報名加入細胞動力學讀書會后，可進入學員群進行交流。

報名讀書會：

「細胞動力學:基因網絡、群細胞、組織形態與發育」

由李輝、王維康、韋曉慧三位學者及王艷博士共同發起，并沿兩條主線展開：一是探討細胞命運、多穩態等理論核心；二是結合單細胞測序、時序推斷等方法，學習如何將靜態數據轉化為動態模型。

中將融合物理學、復雜科學與系統生物學，從Waddington景觀、自組織臨界，到反應-擴散模型與類器官實驗，繪制一幅理解細胞命運與群體動力學的連貫地圖。

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