FitzHugh-Nagumo系统中螺旋波的控制

采用FitzHugh-Nagumo方程,研究了二维时空系统中螺旋波的控制问题,利用相空间压缩方法对部分系统变量的振幅进行限制从而影响螺旋波的稳定性.研究表明,控制过程可分为三个不同的阶段:在较小压缩限条件下螺旋波可以被完全消除,系统进入均匀定态;在较大的压缩限条件下螺旋波能够稳定存在,而且其振荡频率不随控制参数的改变而发生变化;当压缩限介于上述两者之间时,系统表现为时空混沌态.对上述控制过程进行了进一步的讨论,研究了不同控制参数条件下的系统斑图、变量的演化、相空间轨道等性质,并且对振幅函数和振荡频率特征进 关键词： 螺旋波 相空间压缩 FitzHugh-Nagumo方程     

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     

旋转中心力场消除螺旋波和时空混沌

研究了中心力场中螺旋波和时空混沌的控制问题.通过外界机械力旋转系统来产生中心力场，数值计算表明：该方案可以很好消除Fitzhugh-Nagumo 和Panfilov系统的螺旋波和时空混沌，即使在外部力场作用一小段时间 (大约20到50时间单位)后，系统也将很快达到均匀稳定态. 而且该方案对于噪声具有一定的鲁棒性，与所选择的模型无关. 关键词： 螺旋波 Fitzhugh-Nagumo Panfilov     

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.     

相空间压缩实现时空混沌系统的广义同步

提出了一种通过相空间压缩实现时空混沌系统广义同步的方法. 以Fitzhugh-Nagumo反应扩散时空混沌系统为例,仿真模拟说明了该方法的有效性与实用性. 通过研究有界噪声作用下该系统的同步效果,表明这种同步方法具有较强的抗干扰能力. 此方法可以实现任意时空混沌系统的广义同步,具有普适性. 同步控制器结构简单、易于应用. 关键词： 时空混沌 广义同步 相空间压缩     

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     

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.     

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,...     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Suppression of Spiral Waves and Spatiotemporal Chaos Under Local Self-adaptive Coupling Interactions

In this paper, a close-loop feedback control is imposed locally on the Fitzhugh-Nagumo (FHN) system to suppress the stable spirals and spatiotemporal chaos according to the principle of self-adaptive coupling interaction. The simulation results show that an expanding target wave is stimulated by the spiral waves under dynamic control period when a local area of 5×5 grids is controlled, or the spiral tip is driven to the board of the system. It is also found that the spatiotemporal chaos can be suppressed to get a stable homogeneous state within 50 time units as two local grids are controlled mutually. The mechanism of the scheme is briefly discussed.