用运动控制器来终止心律失常

采用Luo-Rudy相Ⅰ心脏模型对通过局部电击使细胞复极化来消除心脏中的螺旋波和时空混沌进行数值模拟。提出利用控制器局部电击螺旋波波头周围的心肌细胞来抑制螺旋波的旋转,使螺旋波漂移出边界,进而控制螺旋波和时空混沌。数值模拟表明：适当选择控制的格点数和膜电位控制阈值,螺旋波和时空混沌都可以被抑制。最少的控制格点数为9个,最短的单螺旋波控制时间小于150 ms,最短的时空混沌控制时间小于500 ms。     

局部相空间压缩实现对时空混沌和螺旋波的控制

采用相空间压缩方法研究时空混沌和螺旋波系统的抑制问题.以局部控制方式将系统变量的幅值限制在一定范围内,对CO在Pt(110)表面氧化模型(Fitzhugh-Nagumo方程)与心肌组织模型(Panfilov方程)的数值研究表明:无论是否存在外界噪声,该方案都可以消除螺旋波和时空混沌;尤其是存在噪声时,相空间压缩控制暂态过程会更短,系统很快达到稳定均匀态(从几个到几十个时间单位).     

用同步复极化终止心脏中的螺旋波和时空混沌

为了模拟电击除颤导致动作电位持续时间缩短, 在Luo-Rudy相I心脏模型中引入了同步复极化. 研究了同步复极化对螺旋波和时空混沌动力学的影响. 数值结果表明: 在控制周期比较小的情况下, 同步复极化可以有效消除螺旋波和时空混沌, 在有一些控制参数下, 同步复极化只能消除螺旋波, 或者只能消除时空混沌. 当螺旋波不被控制时, 观察到螺旋波转变为长周期和长波长的螺旋波或破碎成时空混沌的现象. 并对控制机制进行了分析. 关键词： 螺旋波 时空混沌 同步复极化 控制     

局域反馈抑制心脏中的螺旋波和时空混沌

采用LuoRud91模型研究了螺旋波和时空混沌的抑制,提出用局域反馈控制方法抑制螺旋波和时空混沌,采用静止和运动控制器两种控制策略.结果表明:适当选择控制参数,静止控制器的局域反馈方法能很好抑制螺旋波,但不能有效抑制时空混沌;采用运动控制器的局域反馈方法能有效抑制螺旋波和时空混沌,抑制速度与控制器移动的速度有关,在选择适当的控制参数下,螺旋波和时空混沌能在很短的时间内被抑制.     

Elimination of spiral waves and spatiotemporal chaos by the pulse with a specific spatiotemporal configuration

Spiral waves and spatiotemporal chaos are sometimes harmful and should be controlled. In this paper spiral waves and spatiotemporal chaos are successfully eliminated by the pulse with a very specific spatiotemporal configuration. The excited position D of spiral waves or spatiotemporal chaos is first recorded at an arbitrary time （to）. When the system at the domain D enters a recovering state, the external pulse is injected into the domain. If the intensity and the working time of the pulse are appropriate, spiral waves and spatiotemporal chaos can finally be eliminated because counter-directional waves can be generated by the pulse. There are two advantages in the method. One is that the tip can be quickly eliminated together with the body of spiral wave, and the other is that the injected pulse may be weak and the duration can be very short so that the original system is nearly not affected, which is important for practical applications.     

心脏中的螺旋波和时空混沌的抑制研究

以Luo-Rudy相I心脏模型为基础,研究心脏中螺旋波和时空混沌的控制,提出了两种控制方法: (Ⅰ)通过交替改变细胞外钾离子浓度来产生平面波,再利用弱外电场辅助平面波抑制螺旋波和时空混沌; (Ⅱ)先提高细胞外钾离子浓度,然后利用外电场激发波的方式产生平面波,再用平面波去抑制螺旋波和时空混沌. 研究结果表明,只要适当选择控制参数,这两种方法都能够有效抑制螺旋波和时空混沌. 当心肌出现局部缺血时,在心肌缺血处就会出现高的细胞外钾离子浓度,在这种情况下, 可以采用电场发射波的方法来抑制心脏中的螺旋波和时空混沌.对这些控制方法的优点和控制机制做了解释.     

用低通滤波方法终止心脏组织中的螺旋波和时空混沌

通过让心肌细胞钠离子通道的触发门变量延迟打开, 使介质具有激发延迟能力, 介质延迟激发时间随控制电压和刺激频率增加而增加, 当控制电压超过一个阈值时, 延迟激发介质具有低通滤波作用:低频波可以连续通过, 而高频波不能连续通过. 本文用Luo-Rudy相I模型研究了介质延迟激发对螺旋波和时空混沌的影响, 数值模拟结果表明: 当控制电压超过阈值时, 介质的延迟激发可有效消除螺旋波和时空混沌; 从小逐渐增大控制电压, 在钙最大电导率较小情况下, 延迟激发会导致介质激发性降低, 使螺旋波漫游幅度增大, 直至传导障碍导致螺旋波消失; 当钙最大电导率较大时, 延迟激发会导致螺旋波失稳变弱, 这样当控制电压增加到一定值时, 时空混沌可以演化成漫游螺旋波, 当控制参数被适当选取时, 观察到漫游幅度大的螺旋波漫游出系统边界消失现象, 继续增大控制电压将导致时空混沌直接消失.     

用钙离子通道激动剂抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌

本文以LuoRudy91模型为基础,研究心脏组织中的螺旋波和时空混沌的抑制.提出应用钙离子通道激动剂来提高慢速内行钙离子流的最大电导率—Gsi,达到抑制螺旋波和时空混沌的目的.研究结果表明:该方法可以有效抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌,即使系统出现含时外行钾离子流的最大电导率—GK分布不均匀,该控制方法仍然有效.对控制机理进行了分析.     

通过控制钙和钾离子流抑制心脏中的螺旋波和时空混沌

采用LuoRudy91心脏模型研究螺旋波和时空混沌的控制,提出联合使用钙通道激动剂和钾通道阻滞剂的控制策略来增大钙离子电导率和减小钾离子电导率,达到消除心脏组织中的螺旋波和时空混沌的目的.数值模拟结果表明,该方法可以有效抑制螺旋波和时空混沌,即使介质存在无扩散功能的缺陷时该方法仍有效.对控制机制做简单探讨.     

From local to global spatiotemporal chaos in a cardiac tissue model

Two kinds of chaos can occur in cardiac tissue, chaotic meander of a single intact spiral wave and chaotic spiral wave breakup. We studied these behaviors in a model of two-dimensional cardiac tissue based on the Luo-Rudy I action potential model. In the chaotic meander regime, chaos is spatially localized to the core of the spiral wave. When persistent spiral wave breakup occurs, there is a transition from local to global spatiotemporal chaos.     

复Ginzburg-Landau方程中模螺旋波的稳定性研究

研究了复Ginzburg-Landau方程系统中模螺旋波与其他斑图在同一平面内的竞争行为,发现演化结果在系统参数平面内可分为四个主要区域:在I区和III区中,模螺旋波与相螺旋波相比稳定性较差,模螺旋波的空间被相螺旋波所入侵.在II区中,模螺旋波具有较强的稳定性,相螺旋波的空间被模螺旋波所入侵.在IV区内,由于时空混沌所导致的频率不稳定性,演化的结果较为复杂.我们通过对模螺旋波、相螺旋波以及时空混沌的频率分析,发现当模螺旋波的系统参数为α1=-1.34,β1=0.35时,较高频率的模螺旋波具有较好的稳定性,高频模螺旋波可以入侵低频斑图空间.竞争结果主要受系统变量实部的频率影响,频率分析所得到的理论结果与数值实验结果符合得非常好.     

通过抑制波头旋转消除心脏中的螺旋波和时空混沌

本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌,提出了这样的钠电流调控方案:当细胞将被激发时启动钠电流调节,若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值,就让钠电流等于钠电流控制阈值,其他情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个给定的最大值;当膜电位上升超过-5 mV时,让钠电流自然演化.这种调节钠电流的方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值,从而使所有细胞具有相同的激发性,数值模拟结果表明,只要钠电流控制阈值达到一定临界值,就可以有效抑制螺旋波波头的旋转,导致螺旋波运动出系统边界而消失,以及时空混沌演化为螺旋波后消失,如果钠电流控制阈值足够大,螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍而消失.这些结果能够为抗心律失常治疗提供新的思路.     

CO2激光器对相位共轭波时空混沌系统控制和同步的研究

以一维耦合映象格子为对象,研究了相位共轭波时空混沌系统特性. 基于Lyapunov稳定性定理,通过选取耦合参数,实现了CO₂激光器对相位共轭波时空混沌系统的控制,以及驱动多个相位共轭波时空系统达到并行同步. 数值模拟结果显示,耦合参数对相位共轭波时空混沌系统的控制和同步速度有影响,即耦合参数越大同步时间越短. 关键词： 2激光器')" href="#">CO₂激光器 相位共轭波 时空混沌 控制和同步     

随机相位扰动抑制激发介质中漂移的螺旋波

研究了一类二维变量描述的激发系统中漂移螺旋波的抑制问题.通过在整个系统中局部注入带随机相位的电信号，如在系统256×256格点的边界或中心区域中选取4×4或者5×5格点区域施加一个带随机相位的外部激励电信号，在系统内部产生一个持续的靶波信号，实现靶波对螺旋波的动态竞争.数值计算表明：该方法对于Barkley模型中螺旋波有很强的抑制作用，与简单的局部周期信号驱动比较，具有暂态过程比较短的特点，而且对于时空噪声具有一定的抗干扰性.在一定的噪声范围内，即使系统出现不均匀性，也可以观测到靶波，新出现的靶波对螺旋波有抑制作用. 关键词： 螺旋波 靶波 Barkley模型 随机相位     

节点结构互异的复杂网络的时空混沌反同步

研究了节点结构互异的离散型时空混沌系统构成复杂网络的反同步问题. 通过构造合适的Lyapunov函数, 确定了复杂网络中连接节点之间的耦合函数的结构以及控制增益的取值范围. 以物理中具有时空混沌行为的激光相位共轭波空间扩展系统、Gibbs电光时空混沌 模型、Bragg声光时空混沌模型以及一维对流方程的离散形式作为 网络节点构成的复杂网络为例进行了仿真模拟, 发现整个网络存在稳定的混沌反同步现象.     

Emergence of spatiotemporal chaos arising from far-field breakup of spiral waves in the plankton ecological systems

It has been reported that the minimal spatially extended phytoplankton--zooplankton system exhibits both temporal regular/chaotic behaviour, and spatiotemporal chaos in a patchy environment. As a further investigation by means of computer simulations and theoretical analysis, in this paper we observe that the spiral waves may exist and the spatiotemporal chaos emerge when the parameters are within the mixed Turing--Hopf bifurcation region, which arises from the far-field breakup of the spiral waves over a large range of diffusion coefficients of phytoplankton and zooplankton. Moreover, the spatiotemporal chaos arising from the far-field breakup of spiral waves does not gradually invade the whole space of that region. Our results are confirmed by nonlinear bifurcation of wave trains. We also discuss ecological implications of these spatially structured patterns.     

Lattice Boltzmann simulation for the energy and entropy of excitable systems

The internal energy and the spatiotemporal entropy of excitable systems are investigated with the lattice Boltzmann method.The numerical results show that the breakup of spiral wave is attributed to the inadequate supply of energy,i.e.,the internal energy of system is smaller than the energy of self-sustained spiral wave.It is observed that the average internal energy of a regular wave state reduces with its spatiotemporal entropy decreasing.Interestingly,although the energy difference between two regular wave states is very small,the different states can be distinguished obviously due to the large difference between their spatiotemporal entropies.In addition,when the unstable spiral wave converts into the spatiotemporal chaos,the internal energy of system decreases,while the spatiotemporal entropy increases,which behaves as the thermodynamic entropy in an isolated system.     

基于模糊模型的耦合时空混沌H_\infty$跟踪控制

由于子系统的时空耦合作用，实现耦合时空混沌的跟踪控制比较困难。然而模型未知的耦合时空混沌的子系统可由一系列模糊逻辑模型逼近，每个模糊逻辑模型代表子系统在特定运行点的局部线性化模型。基于该系列模糊模型，采用模糊跟踪控制方法实现了耦合时空混沌的模型参考跟踪控制，并用线性矩阵不等式的凸优化方法求解控制器参数，确保系统的全局渐近稳定性。仿真验证了方案的有效性。     

用晚钠电流终止心脏中的螺旋波和时空混沌

采用人类心脏模型研究了用晚钠电流控制二维心脏组织中的螺旋波和时空混沌,我们提出这样的控制策略来产生晚钠电流:让慢失活门变量j始终等于0.7,同时实时调节钠电流的快失活门变量h的阈值电压V_I,即先让阈值电压V_I经过T_1时间从71.55 mV均匀减少到50.55 mV,然后经过T_2时间再从50.55 mV均匀增加到71.55 mV,当阈值电压V_I回到71.55 mV,钠电流的快、慢失活门变量恢复正常变化.数值模拟结果表明:只要适当选择控制时间,不论心肌细胞是否存在自发的晚钠电流,控制产生的晚钠电流都可以有效抑制螺旋波和时空混沌,而且需要的晚钠电流都很小,且控制时间都很短,因为螺旋波和时空混沌消失主要是通过传导障碍消失,少数情况下时空混沌是通过转变为靶波消失.我们希望这种控制方法能为室颤控制提供新的思路.     

耦合映象格子中时空混沌的控制

采用相同的相空间压缩方法,有效地控制了均匀及非均匀耦合映象格子中的时空混沌.数值模拟结果表明,在一定的相空间压缩参数区域内,控制时空混沌到均匀稳定状态时,控制结果与控制参数之间存在确定的函数关系.利用这个控制方程,选择不同的相空间压缩参数控制耦合映象格子中的时空混沌,获得了各种所需要的稳定斑图 关键词： 时空混沌 耦合映象格子