Control of ventricular fibrillation using the spatio-temporal chaos control method of spiral breakup on excitable media

可兴奋介质螺旋破裂时空混沌控制方法控制心室颤动

基本信息

  • 批准号:
    10650429
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

To construct a whole heart organism, models of single (muscle) cells are examined. Electrical properties of single cells are analyzed in detail using the Hodgkin-Huxley equations which is the most physiologically faithful model. It is shown that single cells easily produce chaotic firings when big differences between the time constants of ionic channels of a cell membrane exist. Based on this results, we have proposed the Coupled-Map-Lattice model of excitable media in which a single cell is denoted by a simple chaos neuron model (mapping). The detailed analysis of this excitable media reveals that our simple model is a very good model which extracts essential features of the excitable media to produce various complicated phenomena such as spatio-temporal chaos of spiral breakups.In constructing a model of large system such as a whole heart, the simulation tools which can easily change the inherent property and the number of elements of the large connected network and the connection topology of the network are necessary. We have proposed such tools in which single elements are expressed by single computer programs and the connection between the elements are realized by the communication protocols (UDP) on computer networks.Essential characteristics of spiral waves on excitable media which does not depend on the specific method of the model construction are revealed by the detailed analysis of the models. Finally we have proposed a control method of the annihilation of spiral waves which applies a weak local signal rather than a strong global signal.
为了构建一个完整的心脏组织,我们检查了单个(肌肉)细胞的模型。采用霍奇金-赫胥黎方程对单细胞的电学特性进行了详细的分析,这是生理上最可靠的模型。结果表明,当细胞膜离子通道的时间常数相差较大时,单细胞容易产生混沌放电。在此基础上,我们提出了可激发介质的耦合映射-晶格模型,其中单个细胞用简单的混沌神经元模型(映射)表示。对该可激介质的详细分析表明,我们的简单模型是一个很好的模型,它提取了可激介质的本质特征,从而产生了螺旋破碎的时空混沌等各种复杂现象。在构建像整个心脏这样的大型系统模型时,需要能够方便地改变大型连接网络的固有性质和元素数量以及网络连接拓扑结构的仿真工具。我们提出了这样的工具,其中单个元素由单个计算机程序表示,元素之间的连接由计算机网络上的通信协议(UDP)实现。通过对模型的详细分析,揭示了可激介质上螺旋波的本质特性,而这种特性并不依赖于模型的具体构造方法。最后,我们提出了一种利用弱局部信号而不是强全局信号来控制螺旋波湮灭的方法。

项目成果

期刊论文数量(58)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
鍋谷修平,土居伸二,熊谷貞俊: "時定数変化が生み出すHodgkin-Huxley神経方程式の非線形力学の多様性"電気学会電子回路研究会資料ECT. 98-107. 35-40 (1998)
Shuhei Nabetani、Shinji Doi、Sadatoshi Kumagai:“由时间常数变化产生的 Hodgkin-Huxley 神经方程的非线性动力学的多样性”IEEJ 电子电路研究组材料 ECT 98-107 (1998)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
磯谷洋平,土居伸二,熊谷貞俊: "雑音環境下における非線形振動子の確率的同期現象"電子情報通信学会総合大会講演論文集. 基礎境界. 74-74 (2001)
Yohei Isoya、Shinji Doi、Sadatoshi Kumagai:“噪声环境中非线性振荡器的随机同步现象”IEICE 基本边界会议记录 74-74 (2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Nakazawa et al.: "Dynamics analysis of spiral waves in the ventricular form media (in Japanese)"Tech.Rep. of IEICE. BME98-77. 9-16 (1998)
K.Nakazawa 等人:“心室形态介质中螺旋波的动力学分析(日语)”Tech.Rep。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
S.Nabetani, S.Doi and S.Kumagai: "Bifurcation analysis of the Hodgkin-Huxley equation with its time scale changes (in Japanese)"Tech.Rep. IEICE. NLP98-103. 51-58 (1999)
S.Nabetani、S.Doi 和 S.Kumagai:“Hodgkin-Huxley 方程的分岔分析及其时间尺度变化(日语)”Tech.Rep。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
S.Doi,S.Kumagai: "Rich nonlinear dynamics of HH-type neurons with multiple time scales"Proc.The 3rd International Workshop on Neuronal Coding'99. 1. 117-120 (1999)
S.Doi,S.Kumagai:“具有多个时间尺度的 HH 型神经元的丰富非线性动力学”Proc.第三届神经元编码国际研讨会99。
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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