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2014 年度 実績報告書

ヘテロ性を考慮した心臓洞房結節モデルの特異摂動・分岐解析と同期律動創発機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24500274
研究機関京都大学

研究代表者

土居 伸二  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50217600)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード心臓洞房結節 / ペースメーカ / 振動子結合系 / 同期リズム / 特異摂動系 / 分岐現象
研究実績の概要

本研究では,心筋洞房結節細胞のHodgkin-Huxley(HH)型数理モデルを用いて洞房結節全体のモデルを構築し,結合振動子集団としての洞房結節におけるリズム調節機構や不整脈の原因を解明し,新たな治療方策を導く知見を得ることを目指している.特に,数千個の細胞から成る洞房結節に存在する細胞のヘテロ性を考慮し,細胞集団におけるリズム調節機構を特異なリズムや同期現象の創発という観点から,特異摂動論や分岐理論など非線形力学系の諸理論に基づいて解析を行うことを目的としている.
初年度では,単一振動子モデルとして比較的単純な振動子モデルを用いて結合系モデルを構築し,そこに創発する特殊な同期現象のメカニズムを詳細に解析した.さらに,単一振動子の特異摂動系としての性質がリズム形成に及ぼす影響を調べるために,ホップ分岐近傍に生じるアヒル解の高精度シミュレーションと漸近解析を並行して行った.
2年目には,これらの研究を発展させ,特異摂動系に発生するアヒル解のシミュレーションに於いて,偽のカオス的リズム現象が生じるダイナミクスの詳細な解析を行った.さらに,雑音が振動子結合系の同期現象や同期リズムに及ぼす影響の解析も行った.これらの解析を踏まえて,ヒトの心室筋細胞モデルである縮約TNNPモデルを用いて,詳細な分岐解析を行った.その結果,心室筋が振動するためのイオンチャネルコンダクタンスに関する条件を明らかにした.
今年度は,洞房結節における細胞のヘテロ(異種)性を考慮し,洞房結節中心細胞,周辺細胞およびそれらの中間型細胞のモデルを用い,種々の結合系モデルを構築した.この高次元結合系モデルの詳細な分岐解析を行った結果,異種細胞の結合系では,同種細胞同士の結合系とは相当異なる同期現象が生じることを明らかにした.これらの結果を踏まえて,洞房結節細胞の異種性が結合系の同期リズムに及ぼす影響に関する詳細な検討を行った.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち謝辞記載あり 3件、 査読あり 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] 過分極活性化電流を導入した心室筋細胞モデルの分岐解析による生物学的ペースメーカ作成法の検討2015

    • 著者名/発表者名
      小川芳樹, 土居伸二
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: NLP2014 ページ: 71-76

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ヒト心室筋細胞モデルの分岐解析によるペースメーカ活動の発現法に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      小川芳樹, 土居伸二
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: MBE2014 ページ: 51-55

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An approach to the biological pacemaker engineering based on the bifurcation analysis of a human ventricular cell model2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Ogawa, Shinji Doi
    • 雑誌名

      Proc. of NOLTA2014 (2014 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications

      巻: 1 ページ: 427-430

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 細胞の異種性を考慮した心臓ペースメーカ細胞結合系モデルの解析2015

    • 著者名/発表者名
      永井拓未
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 発表場所
      早稲田大学,東京
    • 年月日
      2015-06-11 – 2015-06-12
  • [学会発表] 心室筋細胞モデルにおいてイオン電流の変化によって発生するペースメーカ活動の定量的評価2015

    • 著者名/発表者名
      小川芳樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 発表場所
      早稲田大学,東京
    • 年月日
      2015-06-11 – 2015-06-12
  • [学会発表] 過分極活性化電流を導入した心室筋細胞モデルの分岐解析による生物学的ペースメーカ作成法の検討2015

    • 著者名/発表者名
      小川芳樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 発表場所
      コンパルホール,大分
    • 年月日
      2015-01-26 – 2015-01-27
  • [学会発表] An approach to the biological pacemaker engineering based on the bifurcation analysis of a human ventricular cell model2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Ogawa
    • 学会等名
      2014 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      Luzern, Switzerland
    • 年月日
      2014-09-14 – 2014-09-18
  • [学会発表] Bifurcation analysis of a human ventricular cell model for biological pacemaker engineering2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Ogawa
    • 学会等名
      The Joint Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology
    • 発表場所
      大阪国際会議場
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-08-01
  • [学会発表] ヒト心室筋細胞モデルの分岐解析によるペースメーカ活動の発現法に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      小川芳樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌
    • 年月日
      2014-06-13 – 2014-06-13

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公開日: 2016-06-01  

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