2000 Fiscal Year Annual Research Report

興奮性媒質における渦巻興奮波分裂の時空間カオス制御に基づく心臓心室細動の制御

Research Project

Project/Area Number	10650429
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	土居伸二大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (50217600)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宮本俊幸大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00294041) 熊谷貞俊大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10093410)
Keywords	興奮性細胞 / 非線形ダイナミクス / Hodgkin-Huxley型方程式 / 渦巻興奮波 / 時空間カオス
Research Abstract	心臓を構成する(筋肉)細胞は,外部から刺激入力を受けると一過的に大きな電位を発生し(同時に収縮する),その後,刺激入力を受け付けない不応状態を経て,再び興奮可能な状態にもどる.このような細胞は興奮性細胞と呼ばれ,心臓だけでなく,脳・神経系や各種臓器など生体内のありとあらゆるところに存在している. Hodgkin-Huxley(HH)方程式は,ヤリイカ神経細胞の数理モデルであるが,興奮性細胞の最も基本的なモデルである.本研究では,まずHH方程式の背後に潜も複雑な非線形力学を,力学系の分岐理論,特異点理論の観点から詳細に解析し,興奮のメカニズムを明らかにした.また,このHHダイナミクスの背後には主に2つの異なる時定数をもつプロセスが関与しているが,生体内,とりわけ心筋細胞には,それ以上のプロセスが関与している.従って,本研究では,拡張HH方程式を提案し,異なる時定数を持つ複数のプロセスが相互作用する場合の興奮ダイナミクスの詳細を明らかにした. HH方程式は,現時点で最も生理学に忠実なモデルである.心臓のような大規模な自律分散システムをモデル化するためには,その構成要素(細胞)として,このように生理学に忠実な詳細モデルを用いることが最善ではない.単純化モデルを用いた方が構成要素の性質と心臓のマクロな性質との対応が分かりやすいことがある.本研究では,心筋細胞モデルとして拡張FitzHugh-Nagumoモデルやカオスニューロ写像モデルを用いて興奮性媒質をモデル化し,その非線形ダイナミクスを詳細に解析した.この結果に基づき,現在心臓不整脈の重要な原因の一つとして考えられている,興奮性媒質に生じる渦巻興奮波を抑制する制御方法を提案した.

Research Products

(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] H.Fukai,S.Doi,T.Nomura,S.Sato: "Hopf bifurcations in multiple parameter space of the Hodgkin-Huxley equations. I.Global Organization of bistable periodic solutions"Biological Cybernetics. 82. 215-222 (2000)
[Publications] H.Fukai,T.Nomura,S.Doi,S.Sato: "Hopf bifurcations in multiple parameter space of the Hodgkin-Huxley equations. II.Singularity theoretic approach and highly degenerate bifurcations"Biological Cybernetics. 82. 223-229 (2000)
[Publications] S.Doi,S.Nabetani,S.Kumagai: "Complex nonlinear dynamics of the Hodgkin-Huxley equations induced by time scale changes"Biological Cybernetics. (印刷中). (2001)
[Publications] 小野田裕一,土居伸二,熊谷貞俊: "Hodgkin-Huxley型単一ニューロンによる活動電位波形学習について"電子情報通信学会技術研究報告. NLP200-33. 25-32 (2000)
[Publications] 大坪元,土居伸二,熊谷貞俊: "カオスニューロンからなる2次元興奮場における渦巻波の解析"電子情報通信学会総合大会. (発表予定). (2001)
[Publications] 大村幸敬,土居伸二,熊谷貞俊: "遅速ダイナミクスを持つ神経ケーブルのパルス列伝播解析"電子情報通信学会総合大会. (発表予定). (2001)
[Publications] 川上博編著(分担執筆): "生体リズムの動的モデルとその解析-MEと非線形力学系-"コロナ社. 158 (2001)

2000 Fiscal Year Annual Research Report

興奮性媒質における渦巻興奮波分裂の時空間カオス制御に基づく心臓心室細動の制御

Principal Investigator

土居 伸二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (50217600)

Research Products

[Publications] H.Fukai,S.Doi,T.Nomura,S.Sato: "Hopf bifurcations in multiple parameter space of the Hodgkin-Huxley equations. I.Global Organization of bistable periodic solutions"Biological Cybernetics. 82. 215-222 (2000)

[Publications] H.Fukai,T.Nomura,S.Doi,S.Sato: "Hopf bifurcations in multiple parameter space of the Hodgkin-Huxley equations. II.Singularity theoretic approach and highly degenerate bifurcations"Biological Cybernetics. 82. 223-229 (2000)

[Publications] S.Doi,S.Nabetani,S.Kumagai: "Complex nonlinear dynamics of the Hodgkin-Huxley equations induced by time scale changes"Biological Cybernetics. (印刷中). (2001)

[Publications] 小野田裕一,土居伸二,熊谷貞俊: "Hodgkin-Huxley型単一ニューロンによる活動電位波形学習について"電子情報通信学会技術研究報告. NLP200-33. 25-32 (2000)

[Publications] 大坪元,土居伸二,熊谷貞俊: "カオスニューロンからなる2次元興奮場における渦巻波の解析"電子情報通信学会総合大会. (発表予定). (2001)

[Publications] 大村幸敬,土居伸二,熊谷貞俊: "遅速ダイナミクスを持つ神経ケーブルのパルス列伝播解析"電子情報通信学会総合大会. (発表予定). (2001)

[Publications] 川上博 編著(分担執筆): "生体リズムの動的モデルとその解析-MEと非線形力学系-"コロナ社. 158 (2001)

土居伸二大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (50217600)

[Publications] 川上博編著(分担執筆): "生体リズムの動的モデルとその解析-MEと非線形力学系-"コロナ社. 158 (2001)