Patterns of spiral wave attenuation by low-frequency periodic planar fronts.
Patterns of spiral wave attenuation by low-frequency periodic planar fronts.
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DOI：
10.1063/1.2404640
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发表时间：
2007-03
期刊：
影响因子：
2.9
通讯作者：
M. A. de la Casa;F. J. de la Rubia;Plamen Ch. Ivanov
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. A. de la Casa;F. J. de la Rubia;Plamen Ch. Ivanov
有证据表明，螺旋波及其分裂是与多种现象相关的机制的基础，这些现象包括从空间扩展的化学反应到致命的心律失常[A. T. Winfree，《生物时间的几何学》（Springer-Verlag，纽约，2001 年）； J. Schutze、O. Steinbock 和 S. C. Muller，《自然》356, 45 (1992)； S. Sawai、P. A. Thomason 和 E. C. Cox，Nature 433, 323 (2005)； L. Glass 和 M. C. Mackey，《从时钟到混沌：生命的节奏》（普林斯顿大学出版社，普林斯顿，1988 年）； R. A. Gray 等人，Science 270, 1222 (1995)； F. X. Witkowski 等人，Nature 392, 78 (1998)]。一旦引发，螺旋波就不能被周期性平面锋面抑制，因为螺旋波域的增长是以牺牲锋面为代价的[A. N. Zaikin 和 A. M. Zhabotinsky，《自然》，225, 535 (1970)； A. T. Stamp、G. V. Osipov 和 J. J. Collins，Chaos 12, 931 (2002)； I. Aranson、H. Levine 和 L. Tsimring，物理学家。莱特牧师。 76、1170（1996）； K.J. Lee，物理学家。莱特牧师。 79、2907（1997）； F. Xie、Z. Qu、J. N. Weiss 和 A. Garfinkel，物理学家。修订版 E 59, 2203 (1999)]。在这里，我们证明引入具有长激励持续时间且周期长于螺旋旋转周期的周期性平面波可以导致螺旋衰减。这种衰减不是由螺旋漂移引起的，而是在几个锋面的循环中周期性发生，形成各种复杂的时空模式，分为两个不同的一般类别。此外，我们发现这些衰减模式仅发生在相对于螺旋旋转相位的下降锋面的特定相位。我们通过对心肌细胞可兴奋介质中的波传播进行数值模拟来证明相位依赖性螺旋衰减的动力学。我们观察到的相位相关螺旋衰减的效应可以导致在与医疗应用相关的物理和生物系统中螺旋控制的通用方法。
There is evidence that spiral waves and their breakup underlie mechanisms related to a wide spectrum of phenomena ranging from spatially extended chemical reactions to fatal cardiac arrhythmias [A. T. Winfree, The Geometry of Biological Time (Springer-Verlag, New York, 2001); J. Schutze, O. Steinbock, and S. C. Muller, Nature 356, 45 (1992); S. Sawai, P. A. Thomason, and E. C. Cox, Nature 433, 323 (2005); L. Glass and M. C. Mackey, From Clocks to Chaos: The Rhythms of Life (Princeton University Press, Princeton, 1988); R. A. Gray et al., Science 270, 1222 (1995); F. X. Witkowski et al., Nature 392, 78 (1998)]. Once initiated, spiral waves cannot be suppressed by periodic planar fronts, since the domains of the spiral waves grow at the expense of the fronts [A. N. Zaikin and A. M. Zhabotinsky, Nature 225, 535 (1970); A. T. Stamp, G. V. Osipov, and J. J. Collins, Chaos 12, 931 (2002); I. Aranson, H. Levine, and L. Tsimring, Phys. Rev. Lett. 76, 1170 (1996); K. J. Lee, Phys. Rev. Lett. 79, 2907 (1997); F. Xie, Z. Qu, J. N. Weiss, and A. Garfinkel, Phys. Rev. E 59, 2203 (1999)]. Here, we show that introducing periodic planar waves with long excitation duration and a period longer than the rotational period of the spiral can lead to spiral attenuation. The attenuation is not due to spiral drift and occurs periodically over cycles of several fronts, forming a variety of complex spatiotemporal patterns, which fall into two distinct general classes. Further, we find that these attenuation patterns only occur at specific phases of the descending fronts relative to the rotational phase of the spiral. We demonstrate these dynamics of phase-dependent spiral attenuation by performing numerical simulations of wave propagation in the excitable medium of myocardial cells. The effect of phase-dependent spiral attenuation we observe can lead to a general approach to spiral control in physical and biological systems with relevance for medical applications.