生体リズムゆらぎと神経振動子間非線形相互作用の個体発生

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07680931
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 河原 剛一 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20125397)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武井 義明 神戸大学, 発達科学部, 助教授 (40188149) ; 山内 芳子 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (50230313)
• Keywords: 鶏胚 / 心拍 / リズムゆらぎ / 個体発生 / 神経振動子 / 振動子間相互作用

Research Abstract

本年度は、鶏胚における心拍リズムゆらぎの個体発生過程における変化を明らかにすると共に、相互作用を有する分散型非線形振動子群の数理モデルによって、実験的に明らかにされたゆらぎの変化のメカニズムの推定を試みた。研究成果は次のように纏められる。
(1)鶏胚によって多少の違いがあったが、孵卵開始後ほぼ10日目頃から心電図を計測することが可能となった。この時期での心拍リズムは極めて規則正しく、顕著なゆらぎはほとんど認められなかった。しかし、孵卵15日頃から心拍リズムにゆらぎが生ずるようになり、17〜18日頃にはとくに低周波数帯域のゆらぎが明確に認められた。
(2)鶏胚の心拍リズムのゆらぎのスペクトル解析によって、孵卵15日頃まではほぼ0.1Hz以下の周波数帯域でスペクトル密度が周波数に依存しない白色様のスペクトル特性を有していたが、17日頃にはそれが1/f様の特性に変化した。
(3)心拍ゆらぎの呼吸周波数成分は、心電図が計測可能となった孵卵10日頃から12日頃にかけて認められるようになった。呼吸周波数成分は孵卵日数の増加に伴って徐々に増加し、孵卵17日頃に最大となった。
(4)非線形自励振動子をBVP方式でモデル化し、振動子間相互作用とゆらぎとの関連を解析することから、心拍ゆらぎの個体発生過程における変化のメカニズムを推定した。その結果、振動子間結合が弱い場合にはそれぞれの振動子の発振周期にゆらぎが存在しない場合でもゆらぎが生ずること、および結合の増加によっては相互引き込みによって振動子群は同期した活動を示し、群全体がゆらぎを持たない一つのリミットサイクル振動子とみなせることなどが分かった。

Research Products

• [Publications] 河原: "生体におけるリズム現象の制御とゆらぎに関する研究" 電子科学研究. 4. 33-39 (1997)
• [Publications] 河原: "生体リズムゆらぎの機能的解釈" 医用電子と生体工学(BME). 11. 66-74 (1997)
• [Publications] 原田、山内、中村、河原: "単離心筋培養系における拍動リズムのダイナミクス" 進学技報. MBE96-34. 1-6 (1996)
• [Publications] 新関、河原、宮本: "Cardiac, respiratory, and locomotion coordination during walking in humans" Folia Primatol.66. 226-239 (1996)
• [Publications] 山内、原田、中村、河原: "培養心筋細胞の拍動リズムゆらぎとダイナミクスの解析" 生体生理工学シンポジウム論文集. 11. 113-116 (1996)
• [Publications] 山内、原田、中村、河原: "Rhythm dynamics of spontaneously beating cardiac myocytes of neonatal rats in culture" Proc. 2nd IMIA-IFMBF Internat. Workshop on Biosignal Interpretation. 51-54 (1996)