二状態軌道

2 状態軌道( 2状態時間軌道または2 つの状態を持つ軌道とも呼ばれる) は、ON と OFF、開と閉、など、2 つの異なる値の間で変動する動的信号です。数学的には、信号は、任意の値またはに対して、を持ちます。 ${\displaystyle +/-}$${\displaystyle X(t)}$${\displaystyle t,}$${\displaystyle X(t)=c_{\mathrm {off} }}$${\displaystyle X(t)=c_{\mathrm {on} }}$

ほとんどのアプリケーションでは、信号は確率的です。ただし、決定論的なオン/オフ コンポーネントを持つこともできます。完全に決定論的な 2 状態軌跡は方形波です。2 状態信号を作成する方法は多数あります (たとえば、コインを繰り返し投げるなど)。

確率的2状態軌道は最も単純な確率過程の一つである。その拡張には、3状態軌道、高次の離散状態軌道、および任意の次元での連続軌道が含まれる。^[1]

2つの状態の軌跡は非常に一般的です。ここでは、科学実験における関連する軌跡に焦点を当てます。これらは、化学、物理学、生物物理学における個々の分子の測定で見られます^{[2 ] [3]}（例：タンパク質ダイナミクス、DNAおよびRNAダイナミクスの測定、^{[4] [5] [6] [7] [8]}イオンチャネルの活動、^{[9] [10]} 酵素活性、^{[11] [12] [13] [14] [15]} 量子ドット^{[16] [17] [18] [19] [20] [21]}）。これらの実験から、測定されたプロセスを説明する正しいモデルを見つけることを目指します。^{[22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32]}以下では、さまざまな関連するシステムについて説明します。

イオンチャネルは開いているか閉じているかのいずれかであるため、時間の経過に応じてチャネルを通過するイオンの数を記録すると、電流と時間の 2 つの状態の軌跡が観察されます。

ここでは、2 状態信号を使用して個々の酵素の活性に関するいくつかの実験が可能です。たとえば、活性化されたときに酵素活性時にのみ光を発する基質を作成できます (レーザー パルスを使用)。そのため、酵素が作用するたびに、生成物分子がレーザー領域にある期間中に光子のバーストが見られます。

分子の構造変化は、さまざまな実験タイプで観察されます。フェルスター共鳴エネルギー移動はその一例です。多くの場合、明確に定義された複数の状態の間を変動する時間軌跡が見られます。

オン状態とオフ状態の間で変動する別のシステムは、量子ドットです。この場合、変動は分子が光子を放出する状態か、光子を放出しない暗状態のいずれかにあるために発生します（状態間のダイナミクスは、周囲との相互作用からも影響を受けます）。

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