生体システムにおける心臓および神経細胞群の動力学

生物系统中心脏和神经元群的动态

• 批准号: 03J10367
• 负责人: 清野 健
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J10367/
• 关键词: 非平衡相転移; 心拍変動; 臨界現象; フラクタル; 強相関ゆらぎ; 長時間相関; ランダムウォーク; 非ガウス過程; 相転移; 臨界ゆらぎ; カオス

1.非ガウス型の確率過程の数理生体信号や経済指標などのゆらぎは裾の厚い非ガウス型の確率分布を示し、粗視化スケールの拡大に伴って非常にゆっくりとガウス分布に近づくものがある。本研究では、そのような確率過程を特徴づけるため、発達乱流のモデルであるCastaingの分布関数に用いた解析法を提案した。さらに、非ガウス分布に従うランダムウォークを仮定することでゆらぎに含まれる高次相関を特徴付ける解析法も提案した。これらの方法を心拍変動の解析に応用することにより、健常人心拍変動にみられる確率分布の非ガウス性やスケール不変性といった新たな特徴を見出した。そのようなスケール不変性と強い相関をもったゆらぎは、連続相転移が起きる臨界点においてしばしば観測されていることから、非平衡系における臨界現象と健常人心拍変動の類似性に注目した研究を進めた。2.心拍変動の動的相転移健常人の心拍変動を示す長時間相関やマルチフラクタル性に基づいて、心拍変動と臨界現象の関連性が議論されてきた。また、平常の身体活動の範囲(睡眠時を含む)では、そのような性質はほとんど変化しないことが報告されている。しかし、健常人の心臓循環系の状態が臨界点近傍にあるということに機能的意味があり、適切な生体制御と臨界現象が関連しているならば、身体活動の状態によっては健常人であってもゆらぎのせ異質が変わることが期待される。この点を検証するため、健常人の心拍変動の性質と活動状態の関係について調べた。日常活動中、睡眠中、持久的運動中の3つの状態において測定された心拍変動時系列の解析を行い、長時間相関が睡眠中と持久的運動中には消失することを見出した。また、これまで調べてこなかった非ガウス性や局所分散の相関についても新たな解析法を導入し、その特徴を各条件で比較した。解析の結果、心拍ゆらぎ性質は活動状態依存して変化しており、強く相関したゆらぎは覚醒時の日常活動中にしか現れないことを見出した。

1. The mathematical biological signal and the index of the non-type accuracy process are displayed and coarsely viewed. In this study, the analytical method is used to propose the distribution relationship between the characteristics of the turbulent flow and the probability process. This paper proposes an analytical method for determining the relationship between high order and low order. The method of heart beat analysis is to determine the probability distribution of heart beat. A study on the similarity of human heart beat 2. The phase shift of heart beat motion and the relationship between heart beat motion and critical phenomenon are discussed. The range of normal physical activity (including sleep) is reported. The state of the circulatory system of the heart of the healthy person is close to the critical point. The meaning of the function is close to the critical point. The state of the body activity is close to the healthy person. The relationship between the nature and activity state of the heart beat of healthy people The analysis of heart beat time series in daily activities, sleep and prolonged exercise shows that there are three states in sleep and prolonged exercise. A new analytical method is introduced to compare the characteristics of the system. As a result of the analysis, the nature of the heartbeat changes depending on the activity state, and the strong correlation appears in daily activities during waking hours.

项目成果

Critical scale-invariance in healthy human heart rate

健康人类心率的临界尺度不变性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physical Review Letters 93
• 作者: K.Kiyono;Z.R.Struzik;N.Aoyagi;S.Sakata;I.Hayano;Y.Yamamoto
• 通讯作者: Y.Yamamoto

Unique very low-frequency heart rate variability during deep sleep in humans

• DOI: 10.1109/tbme.2005.859783
• 发表时间: 2006-01-01
• 期刊: IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
• 影响因子: 4.6
• 作者: Togo, F;Kiyono, K;Yamamoto, Y
• 通讯作者: Yamamoto, Y

Multiscale probability density function analysis: Non-Gaussian and scale-invariant fluctuations of healthy human heart rate

• DOI: 10.1109/tbme.2005.859804
• 发表时间: 2006-01-01
• 期刊: IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
• 影响因子: 4.6
• 作者: Kiyono, K;Struzik, ZR;Yamamoto, Y
• 通讯作者: Yamamoto, Y

K.Kiyono, T.Katsuyama, T.Masunaga, N.Fuchikami: "Picture of the low-dimensional structure in chaotic dripping faucet"Phys.Lett.A. 320. 47-52 (2003)

K.Kiyono、T.Katsuyama、T.Masunaga、N.Fuchikami：“混沌滴水水龙头中的低维结构图片”Phys.Lett.A。

清野 健, 大橋 恭子, 青柳 直子, 山本 義春: "統計物理的にみた心拍変動"循環制御. 24. 207-214 (2003)

Ken Seino、Kyoko Ohashi、Naoko Aoyagi、Yoshiharu Yamamoto：“统计和物理心率变异性”循环控制。