×

周期受迫可激励系统的连续性和分岔分析。 (英语) Zbl 1451.92068号

小结:使用FitzHugh-Nagumo(FHN)系统模拟可兴奋细胞对周期性电刺激的响应,该系统采用高斯形起搏,与动作电位持续时间相比,其宽度较小。利用数值延拓和分岔技术(AUTO97软件)研究了激励幅值和周期的影响。根据先前的实验和理论结果对结果进行了讨论。特别是,对周期性刺激的心肌细胞和鱿鱼轴突的行为进行了讨论。如前所述,我们发现许多不同的“(M:N)”周期解、导致看似混沌状态的双周期序列和双稳态现象。此外,连续技术的使用使我们能够跟踪系统的不稳定解,从而确定不同的稳定节奏在分岔图中是如何相互联系的。根据刺激幅度的不同,以刺激周期为主要变化参数的分岔图的形状可以从非常简单变为非常复杂。在其最发达的结构中,该分岔图由周期分支的主“树”组成,其中1:1、1:0、2:2、2:1…节奏位于其中,并且由周期分支(N>2)组成的几个闭合环组成,这些分支相互隔离,与主树隔离。主要是在这样的循环上,一方面是(N:1)节奏((N>2)),另一方面则是(N:N-1)或温克巴赫节奏((N>2)。在溶液的同一分支上可以找到稳定的(M:N)和(M:N-1)节奏。它们被一个小刺激幅度下的不稳定解区域隔开,但随着刺激幅度的增加,该区域逐渐缩小,直至最终消失。我们认为这一性质与FHN系统的兴奋性特征有关。如果知道它与真正的可兴奋细胞的行为是否有任何对应关系,那将是一件有趣的事情。

理学硕士:

92C20美元 神经生物学
34C23型 常微分方程的分岔理论
34C25型 常微分方程的周期解
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 亚历山大·J·C。;Doedel,E.S。;Othmer,H.S.,《关于强迫可激发系统中的共振结构》,SIAM J.Appl。数学。,501373-1418(1990年)·Zbl 0778.92008号
[2] Arce,H。;洛佩兹,A。;Guevara,M.R.,缺血性心室肌离子模型中的触发交替,Chaos,12807-818(2002)
[3] Chialvo,D.R。;迈克尔斯特区。;Jalife,J.,作为心脏浦肯野纤维激活混沌动力学机制的超正常兴奋性,Circ。决议,66,525-545(1990)
[4] 库姆斯,S。;Osbaldestin,A.H.,周期性刺激可兴奋神经松弛振荡器中的加周期分岔和混沌,Phys。E版,624057-4066(2000)
[5] Cytrynbaum,E.N.,《周期性刺激和单个心肌细胞获取更多的一维图谱》,J.Theor。生物学,229,1,69-83(2004)·Zbl 1440.92017年
[6] 德尔马,M。;迈克尔斯特区。;Jalife,J.,单个豚鼠心室肌细胞兴奋性的缓慢恢复和温克巴赫现象,Circ。决议,65,761-774(1989)
[7] 杜德尔,E.J。;Keller,H.B。;Kernevez,J.P.,分岔问题的数值分析与控制:(II)无限维分岔,国际分岔杂志。《混沌》,1,4745-772(1991)·Zbl 0876.65060号
[8] Doedel,E.J.,Champneys,A.R.,Fairgrave,T.F.,Kuznetsov,Y.A.,Sandstede,B.,Wang,X.,1998年。AUTO97:常微分方程的延拓和分岔软件。
[9] Doi,S。;Sato,S.,周期脉冲序列驱动的BVP神经元模型的全局分岔结构,数学。生物科学。,125, 229-250 (1995) ·Zbl 0818.92003号
[10] Feingold,M。;Gonzalez,D.L。;皮罗,O。;Viturro,H.,《外部驱动可激发系统中的锁相、倍周期和混沌现象》,Phys。修订版A,37,4060-4063(1988)
[11] FitzHugh,R.,神经膜理论模型中的冲动和生理状态,生物物理学。J.,1445-466(1961年)
[12] Gilmour,R.F.,《电恢复和心室颤动:在一个滑坡上行走》,心血管学杂志。电生理。,13, 1150-1151 (2002)
[13] 吉尔穆尔,R.F。;大田,N.F。;Watanabe,M.A.,心脏浦肯野纤维的记忆和复杂动力学,美国生理学杂志。,272,H1826-H1832(1997)
[14] 玻璃,L。;Sun,J.,《极限循环振子的周期强迫:不动点、阿诺德舌和分岔的全球组织》,Phys。E版,50、6、5077-5084(1994年)
[15] Gong,P.L。;Xu,J.X.,强制FitzHugh-Nagumo神经元模型的全球动力学和随机共振,Phys。E版,63,031906(2001)
[16] 格瓦拉,M.R。;Glass,L.,《周期驱动振荡器数学模型中的锁相、倍周期分岔和混沌:生物振荡器夹带和心律失常产生的理论》,J.Math。生物学,14,1-23(1982)·Zbl 0489.92007
[17] 格瓦拉,M.R。;Shrier,A.,《胚胎鸡心室肌细胞自发搏动聚集物的高振幅周期性刺激产生的节律》,纽约科学院年鉴。科学。,591, 11-22 (1990)
[18] 格瓦拉,M.R。;Jeandupeux,D。;阿隆索,F。;Morissette,N.,《孤立心室心肌细胞的温克巴赫节律》,(Pnevmatikos St.,T.B.;Pnevmitikos,S.,《奇异行为和非线性动力学国际会议》,第2卷(1989年),《世界科学:世界科学新加坡》,629-642
[19] 格瓦拉,M.R。;阿隆索,F。;Jeandupeux,D。;van Ginneken,A.C.G.,《周期性刺激分离心室肌细胞中的Alternans:实验和模型》,(Goldbeter,A.,《细胞间信号传递:从实验到理论模型》(1989),哈科特·布雷斯·约万诺维奇:哈科特·布拉斯·约万诺维奇伦敦),551-563
[20] 格瓦拉,M.R。;Shrier,A。;Glass,L.,《混沌和复杂心律》(Zipes,D.;Jalife,J.,《心脏电生理:从细胞到床边》(1990),桑德斯:桑德斯费城),192-201年
[21] Guttman,R。;费尔德曼,L。;Jakbsson,E.,鱿鱼轴突膜的频率夹带,J.膜生物学。,56, 9-18 (1980)
[22] 霍尔,G.M。;巴哈,S。;Gauthier,D.J.,心肌中速率依赖性行为的患病率,Phys。修订稿。,82, 14, 2995-2998 (1999)
[23] 赫舍勒,J。;Speicher,R.,《在2至20Hz频率下刺激的心肌细胞的规则和混沌行为》,《欧洲生物物理学》。J.,17273-280(1989年)
[24] 星野,K。;Anumonwo,J。;德尔马,M。;Jalife,J.,《家兔心脏单个房室结细胞的温克巴赫周期性》,Circ。研究,822201-2216(1990)
[25] Ichinose,N。;Aihara,K。;Judd,K.,《将等时线的概念从振荡系统扩展到可激发系统,以模拟可激发神经元》,国际J.Bifurc。《混沌》,8,12,2375-2385(1998)·Zbl 0935.92012号
[26] Ideker,R.E。;罗杰斯,J.M。;Gray,R.A.,恢复曲线的陡度:一个光滑的斜坡?,心血管杂志。电生理学。,13, 1173-1175 (2002)
[27] 卡普兰,D.T。;克莱,J.R。;曼宁,T。;玻璃,L。;格瓦拉,M.R。;Shrier,A.,周期性刺激鱿鱼巨轴突的阈下动力学,Phys。修订稿。,76, 21, 4074-4076 (1996)
[28] Karma,A.,心脏组织中的电交替和螺旋波破裂,Chaos,4,3,461-472(1994)
[29] 刘易斯·T·J。;Guevara,M.R.,传播心脏动作电位离子模型中的混沌动力学,J.Theor。生物学,146407-432(1990)
[30] 洛伦特,P。;德尔加多,C。;德尔马,M。;亨泽尔,D。;Jalife,J.,孤立豚鼠心室肌细胞兴奋性滞后,Circ。决议,69,1301-1315(1991)
[31] 罗,C.H。;Rudy,Y.,心室心脏动作电位模型。去极化、复极及其相互作用,Circ。研究,681501-1526(1991)
[32] Othmer,H.G。;谢,M.,强迫激励系统中的次谐波共振和混沌,J.Math。生物学,39139-171(1999)·兹比尔0977.92004
[33] Rabinovitch,A。;Thieberger,R。;弗里德曼,M.,激发模式下的强迫邦霍费尔-范德波尔振荡器,物理学。E版,501572-1578(1994)
[34] 拉贾塞卡尔,S。;Lakshmanan,M.,具有周期外力的BVP振荡器的倍周期混沌路径,J.Theor。《生物学》,133473-477(1988)
[35] 里奇奥,M.L。;科勒,M.L。;Gilmour,R.F.,心室颤动期间的电恢复和时空组织,Circ。研究,84,955-963(1999)
[36] Rubinstein,D.S。;Lipsius,S.L.,早搏引起猫心室肌细胞机械电交替的相位反转,《循环》,91,201-214(1995)
[37] 佐藤,S。;Doi,S.,BVP神经元模型对周期脉冲输入的响应特性,数学。生物科学。,112, 243-259 (1992) ·Zbl 0825.92046号
[38] 萨维诺,G.V。;罗曼内利,L。;González,D.L。;皮罗,O。;Valentinuzzi,M.E.,驱动心室中混沌行为的证据,生物物理学。J.,56,273-280(1989)
[39] Seydel,R.,《从平衡到混沌:实用分歧和稳定性分析》(1988年),Elsevier Science:Elsevie Science Amsterdam·兹比尔0652.34059
[40] 北高桥。;韩愈,Y。;Musha,T。;库博,R。;Matsumoto,G.,周期性刺激鱿鱼巨轴突的全局分叉结构,《物理学D》,43,318-334(1990)·Zbl 2007年4月7日
[41] Vinet,A。;Roberge,F.A.,《心肌细胞膜迭代差分方程模型分析》,J.Theor。生物学,170,201-214(1994)
[42] Vinet,A。;Chialvo,D.R。;迈克尔斯特区。;Jalife,J.,单个心肌细胞模型中速率依赖性激活的非线性动力学,Circ。第671510-1524号决议(1990年)
[43] 谢,M。;奥特默,H.G。;Watanabe,M.,阶跃函数强迫下可激发系统的共振:II。亚谐解与持久性,《物理学D》,98,75-110(1996)·Zbl 0887.92014号
[44] Yehia,A.R。;Shrier,A。;Lo,K.C.L。;Guevara,M.R.,《瞬时外向电流对分离的兔心室细胞中的温克巴赫样节律的贡献》,美国生理学杂志。,273,H1-H11(1997)
[45] Yehia,A.R。;Jeandupeux,D。;阿隆索,F。;Guevara,M.R.,周期驱动单心室细胞从1:1到2:1节律直接过渡中的迟滞和双稳态,Chaos,9,4,916-931(1999)·Zbl 1056.92510号
[46] Yellin,E。;Rabinovitch,A.,从分段线性映射导出的非对称部分魔鬼楼梯的特性和特征,Phys。E版,67016202(2003)
[47] 吉野,K。;野村,T。;Pakdaman,K。;Sato,S.,周期性刺激可兴奋和振荡膜模型的综合分析,物理学。版本E,59,1956-969(1999)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。