Математическое моделирование электрического импульса в нервном волокне

• Автор: Максименко, Екатерина Васильевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современные методы математического описания электродинамических процессов в нервных волокнах

1.1. Общая характеристика биоэлектрических явлений

1.2. Математические модели электродинамических процессов в безмиелиновых нервных волокнах

1.3. Общая характеристика солитонных процессов

ГЛАВА 2. Математическое моделирование электрического импульса в нервном волокне как солитона
2.1. Теоретические предпосылки к моделированию электрического импульса в нервном волокне как солитона

2.2. Гипотетические модельные нервные волокна

2.3. Солитонная модель трансмембранного потенциала в возбужденном безмиелиновом волокне
2.4. Солитонная модель трансмембранного потенциала в возбужденном миелинизированном волокне
ГЛАВА 3. Разработка алгоритма для вычисления трансмембранного потенциала в нервном волокне
3.1. Алгоритм для вычисления трансмембранного потенциала в безмиелиновом нервном волокне
3.2. Алгоритм для вычисления трансмембранного потенциала в миелинизированном нервном волокне
3.3. Программный комплекс для вычисления трансмембранного потенциала в нервном волокне
ГЛАВА 4. Экспериментальное обоснование адекватности солитонной модели изменения трансмембранного потенциала в возбужденном нервном волокне
4.1. Общая характеристика и методика экспериментального исследования
Приложение 1. Программа Ыег1шр для моделирования нервного импульса в безмиелиновом волокне
4.2. Результаты исследования и их обсуждение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Международный форум по проблемам науки, техники и образования, Москва, 1-5 декабря г. Региональная научно-методическая конференция преподавателей и студентов «Университетская наука региону», Ставрополь, 4-6 апреля, г. XI итоговая (межвузовская) научная конференция студентов и молодых ученых, Ставрополь, - апреля г. Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета». В году исследование было поддержано Фондом некоммерческих программ «Династия» и Международным центром фундаментальной физики в Москве (МЦФФМ). Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Ставропольского государственного университета в рамках преподавания на кафедре теоретической физики учебного курса «Линейные и нелинейные уравнения физики» и в учебный процесс Ставропольской государственной медицинской академии в рамках преподавания на кафедре медицинской и биологической физики с информатикой и медицинской аппаратурой курса медицинской и биологической физики (приложение 2). Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературных источников, содержащего 2 наименования. Объем рукописи 8 страниц машинописного текста. Диссертация включает рисунка, таблиц и 2 приложения. Во введении обоснована актуальность темы исследования, ее новизна и практическая значимость, сформулирована цель и задачи диссертационной работы, представлены основные положения, выносимые на защиту и сведения об апробации работы. Первая глава посвящена обзору основных современных представлений об электродинамических явлениях, имеющих место в нервных волокнах, и включает анализ наиболее интересных их математических моделей. Приведена общая характеристика солитонных процессов. ЯС-цепи для безмиелиновых и миелинизированных волокон. В третьей главе представлены алгоритмы и программы для ЭВМ, реализующие предложенные модели и примеры вычисления трансмембранного потенциала в безмиелиновом и миелинизированном нервных волокнах с использованием параметров гипотетического модельного нервного волокна. Четвертая глава содержит результаты экспериментальной проверки адекватности разработанных моделей. В результате эксперимента над возбужденным изолированным безмиелиновым волокном седалищного нерва Прудовой лягушки, получена временная зависимость для трансмембранного потенциала. Проведено ее сопоставление с теоретическими данными, полученными при помощи солитонной модели. ГЛАВА 1. Организмы живых существ обладают выраженной способностью адаптироваться к постоянно меняющимся условиям внешней среды. В основе приспособительных реакций лежит универсальное свойство живой ткани -раздражимость - способность отвечать на действие раздражающих факторов изменением структурных и функциональных свойств. Раздражимостью обладают все ткани животных и растительных организмов. В процессе эволюции происходила постепенная дифференциация тканей, осуществляющих приспособительную деятельность организма. Раздражимость этих тканей достигла наивысшего развития и трансформировалась в новое свойство - возбудимость. Под этим термином понимают способность ткани отвечать на раздражение специализированной реакцией - возбуждением. Возбуждение - это сложный биологический процесс, который характеризуется специфическим изменением процессов обмена веществ, теплообразования, временной деполяризацией мембраны клеток и проявляющийся специализированной реакцией ткани (сокращение мышцы, отделение секрета железой и т. Возбудимостью обладают нервная, мышечная и секреторная ткани, их объединяют в понятие "возбудимые ткани" [,0]. Возбудимые клетки окружены плазматической мембранной, главная функция которой состоит в управлении переходом веществ в клетку и из нее. Согласно современным представлениям (жидкостно-кристаллическая модель) структурную основу биологической мембраны образует двойной слой фосфолипидов, инкрустированный белками (рис. Возбудимость различных тканей неодинакова. Мерой возбудимости является порог раздражения - минимальная сила раздражителя, которая способна вызвать возбуждение. Рис. Рис.