Створена нова математична модель серця, що б'ється, деталізація якої поширюється до молекулярного рівня


Математична модель серця

Вчені з Токійського університету і дослідники з наукової групи компанії Fujitsu розробили симулятор людського серця, що б’ється, основу якого складають математичні моделі дії молекулярних внутрішньоклітинних “двигунів”, які приводять в дії серця всіх живих істот. Ця математична модель пов’язує воєдино мікрорівень, рівень окремих біологічних молекул і клітин, і макрорівень, рівень окремих елементів і серця в цілому, а такі взаємозв’язки, у свою чергу, дозволяють робити високорівневі прогнози щодо різних ситуацій, які можуть використовуватися в якості матеріалів для медичних досліджень та клінічної практики.



“У нашій математичній моделі ми враховуємо рух і поведінку абсолютно всіх молекул тканин серця, які на більш високому рівні перетворюються в рух м’язів, які скорочуються, що забезпечуює всю динаміку серцебиття. Це вимагає воістину величезної обчислювальної потужності” – пишуть дослідники, – “Завдяки можливостям суперкомп’ютера K, у нас тепер є необхідна обчислювальна потужність, яка використовується для відтворення надзвичайно реалістичних природних ударів серця”.

Розрахунки математичної моделі биття серця ускладнюються тим, що окремі молекули не діють незалежно один від одного, вони рухаються під впливом руху сусідніх молекул, які можуть бути молекулами зовсім іншого типу. Крім цього, під час руху змінюється форма серця і ці зміни, у свою чергу, впливають на поведінку деяких молекул. Обчислювальні методи, що описують всі ці взаємозв’язки між мікро- і макросвітом, настільки складні, що програма моделювання просто не може бути запущена навіть, на суперкомп’ютері середнього класу, для цього у такого суперкомп’ютера немає ні достатньої кількості ресурсів, ні достатньо обчислювальної потужності.



“Основу обчислень складають закони Ньютонівської динаміки, на які мають неабиякий вплив хімічні та біохімічні реакції. Основним завданням, над яким працює наша модель, є постійний пошук стану динамічної рівноваги всіх сил, а це описується настільки складними системами рівнянь з настільки великою кількістю змінних, що не тільки рішення, але і сам принцип вирішення подібної системи є вкрай складним завданням. Крім цього, наша модель враховує і масу інших чинників, таких, як тиск, який чиниться кров’ю на стінки судин, серцеву мембрану, м’яз і клапани. І завдяки суперкомп’ютеру K, ми вперше отримали можливість спостерігати і аналізувати діяльність серця в безпрецедентних деталях”.

Незабаром дослідники введуть в розроблену математичну модель поняття молекулярних мутацій, які призводять до виникнення різних захворювань серцево-судинної системи. Поєднавши дані, отримані за допомогою математичної моделі, з наявними даними теоретичних і клінічних досліджень, медики отримають в своє розпорядження потужний інструмент, за допомогою якого можна буде вибрати найкращий варіант лікування буквально для кожного окремого пацієнта.

Джерело: http://www.dailytechinfo.org

Додати коментар