《呼吸系統複雜動力學及病態呼吸節律控制研究》是依託北方工業大學，由段利霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：呼吸系統複雜動力學及病態呼吸節律控制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段利霞
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
呼吸運動是一種錯綜複雜的且具有豐富的動力學行為的節律性活動。呼吸系統中的異常或病態呼吸節律一直是人們關注的影響人類健康的問題。本項目套用非線性動力學、複雜網路和控制論的理論和方法，研究呼吸系統作為非線性複雜網路的動力學問題和對病態節律的控制策略。主要包括：（1）對呼吸系統混雜起搏-網路模型的複雜動力學進行研究；（2）研究在內外激勵、系統參數、時滯和隨機因素對呼吸系統節律模式的影響；（3）結合實驗數據改進或提出呼吸系統疾病模型，研究病態呼吸節律的產生機理和病理特徵；（4）對呼吸系統模型施加參數控制和狀態控制，探討消除病態振盪的控制策略。本項目拓展非線性動力學、複雜網路與控制論的理論和方法的套用範圍，深入理解呼吸系統節律模式和病理的動力學本質,為合理可行的控制和治療方案提供理論基礎，進一步促進非線性動力學、複雜網路和控制科學在生物醫學工程中的套用。
結題摘要
呼吸運動是一種錯綜複雜的且具有豐富的動力學行為的節律性活動。呼吸系統中的異常或病態呼吸節律一直是人們關注的影響人類健康的問題。本項目套用非線性動力學、複雜網路和控制論的理論和方法，研究呼吸系統作為非線性複雜網路的動力學問題和對病態節律的控制策略。主要研究內容包括（1）對呼吸系統混雜起搏-網路模型的複雜動力學進行研究；（2）研究在內外激勵、系統參數、時滯和隨機因素對呼吸系統節律模式的影響；（3）結合實驗數據改進或提出呼吸系統疾病模型，研究病態呼吸節律的產生機理和病理特徵；（4） 對呼吸系統模型施加參數控制和狀態控制，探討消除病態振盪的控制策略。 在 4 年的項目研究中，項目組成員充分發揮在非線性動力系統理論套用和數值計算方面的優勢，密切結合複雜網路系統的生理特性、生理功能和動力學特徵，主要在以下幾個方面取得了一些研究結果：主要利用高余維分岔等揭示了呼吸節律轉遷及呼吸網路節律同步的動力學特徵；慢變數的首次回歸映射是神經系統中有效的降維方法之一，首次利用回歸映射和快慢分析揭示了簇放電之間轉遷的動力學機理；多時間尺度變化引發病態呼吸節律，套用改進的快慢動力學分析方法，揭示了病態複雜節律產生的動力學特徵及理論機制；建立了建立包含磁通變數以及憶阻器調節的神經元模型，並揭示了通過對憶阻器參數的控制而達到控制神經元的放電模式，包括節律、振幅和頻率。 本項目拓展非線性動力學、複雜網路與控制論的理論和方法的套用範圍， 深刻地揭示了神經系統及其網路中呼吸節律產生的動力學機制，並設計控制策略對病態節律進行有益的控制。為合理可行的控制和治療方案提供理論基礎，進一步促進非線性動力學、複雜網路和控制科學在生物醫學工程中的套用。
