项目名称: 呼吸系统复杂动力学及病态呼吸节律控制研究

项目编号: No.11472009

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 段利霞

作者单位: 北方工业大学

项目金额: 86万元

中文摘要: 呼吸运动是一种错综复杂的且具有丰富的动力学行为的节律性活动。呼吸系统中的异常或病态呼吸节律一直是人们关注的影响人类健康的问题。本项目应用非线性动力学、复杂网络和控制论的理论和方法,研究呼吸系统作为非线性复杂网络的动力学问题和对病态节律的控制策略。主要包括:(1)对呼吸系统混杂起搏-网络模型的复杂动力学进行研究;(2)研究在内外激励、系统参数、时滞和随机因素对呼吸系统节律模式的影响;(3)结合实验数据改进或提出呼吸系统疾病模型,研究病态呼吸节律的产生机理和病理特征;(4)对呼吸系统模型施加参数控制和状态控制,探讨消除病态振荡的控制策略。本项目拓展非线性动力学、复杂网络与控制论的理论和方法的应用范围,深入理解呼吸系统节律模式和病理的动力学本质,为合理可行的控制和治疗方案提供理论基础,进一步促进非线性动力学、复杂网络和控制科学在生物医学工程中的应用。

中文关键词: 神经动力学;分岔;复杂网络;呼吸中枢系统;节律

英文摘要: Respiratory movement is a complex, dynamical and rhythmic activity. Abnormal or pathological respiratory rhythm in the respiratory system is an important health issue that attracted close attention. This project studies the dynamics of the nonlinear complex network in the respiratory system and the control strategies of the abnormal respiratory oscillations by means of the theories and methods of nonlinear dynamics, complex networks and control. Main contents include: (1) complex dynamic analysis for the hybrid pacemaker-network model of the respiratory system; (2) the influence of excitations, system parameters, delay and noise upon the rhythmic oscillations in the system; (3) improvement or proposal of dynamic models in the abnormal respiratory system and investigation of the relationthip of the mechanism of abnormal respiratory oscillations and pathological characteristics, based on the experimental data obtained in the laboratory; (4) the strategies of parametric or state control to eliminate abnomal oscillations. This project aims to extend the theories of nonlinear dynamics , complex network and control, and will provide an important understanding on the abnormal respiratory patterns and mechanism of nonlinear dynamics, as well as the theoretical foundation for making reasonable control strategies and therapy methods. It will further promote the application of nonlinear dynamics, complex network and control theories in the biomedical and medical engineering.

英文关键词: Neurodynamics;Bifurcation;Complex network;Respiratory central pattern generator;Rhythm

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