脑代谢的空间分布模型突显扩散在脑能量代谢中的作用
摘要：神经元和星形胶质细胞在神经元激活过程中的不同主动角色与维持其静息状态和神经元激活过程所需的能量供应相关的代谢过程有关。代谢则依赖于代谢产物通过扩散和脑血流的输送和有毒副产物的排除。一个全面的脑代谢数学模型应该不仅考虑生化过程和神经元和星形胶质细胞的相互作用，还应考虑代谢物的扩散。在本文中，我们提出了一种基于大领域脑组织模型和扩散过程同质化原理的计算方法。在我们的空间分布的隔室模型中，隔室之间的通信既通过局部输运流量进行，如星形胶质细胞-神经元复合体内的情况，也通过某些隔室中某些物质的扩散进行。该模型假设扩散发生在细胞间质空间(ECS)和星形胶质细胞隔室中。在星形胶质细胞隔室中，通过缝隙连接强度的函数实现网络间质扩散。扩散过程通过有限元法(FEM)基于空间离散化进行数值实现，并采用鲁棒的刚性求解器进行时间积分处理生成的大规模系统。计算实验显示了ECS扭曲度、缝隙连接强度和星形胶质细胞网络的空间异质性对脑能量代谢的影响。
作者：Gideon Idumah, Erkki Somersalo, Daniela Calvetti
论文ID：2211.02182
分类：Tissues and Organs
分类简称：q-bio.TO
提交时间：2022-11-07