非线性机制中的非常规集体共振作为兴奋性介质中异位活动的机制
摘要：特定频率的外部刺激引发的共振现象在许多物理、化学和生物过程中起着重要作用。生物系统中的这种共振现象通常可以通过两种机制来解释：一种是基于经典线性谐振子的共振机制，另一种是基于周期迫使的非线性极限环振荡器的同步和相位锁定的机制。在这里，我们发现了一种不需要固有振荡的非线性机制。相反，共振频率依赖性是通过兴奋性区域与单稳态区域之间的耦合产生的。这种复合系统具有一个稳态和稳定时空振荡之间的新型双稳性。从稳定状态向振荡状态的共振转变是由特定频率的波在介质中传播引起的。这种转变到时空振荡状态需要多个波的累积，从而排除了较低的频率。高频信号的截断是通过在单稳态区域中阻尼波幅度，然后激活单稳态单元的幅度敏感动力学来实现的。我们在一个简化的反应扩散模型中演示了这种新的共振机制。此外，我们在体外实验和详细的生物物理模拟中揭示了这种集体共振机制，这代表了一种主要的心律失常类型。我们进一步证明，通过高频波的传播， ongoing spatiotemporal 振荡，例如心脏组织中的异位活动，可以被停止。总体而言，我们声称这种共振机制在广泛的非线性生物物理系统中具有普适性。具体而言，我们假设这种现象在神经系统中可以作为传统共振过程的一种替代方式。
作者：Alexander S. Teplenin, Nina N. Kudryashova, Rupamanjari Majumder, Antoine A. F. de Vries, Alexander V. Panfilov and Daniel A. Pijnappels
论文ID：2207.03975
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2022-07-11