О. А. Морнев, О. В. Асланиди1
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292, Пущино Московской обл., Россия; E-mail: [email protected]);
1Пущинский государственный университет, 142292, Пущино Московской обл., Россия
Рассмотрены явления, связанные с отражением импульсов возбуждения (эхо)
в возбудимых средах различной природы, преимущественно биологических. В
случае биологических возбудимых сред такие режимы должны приводить к патологии:
они расстраивают скоординированные процессы управления в подсистемах живого
организма, функционирующих на основе однонаправленной передачи электрических
сигналов (нервная система, сердце). До последнего времени появление эховолн
связывали со взаимодействием распространяющихся импульсов с геометрическими
и/или функциональными неоднородностями возбудимой среды, и в этом направлении
было выполнено значительное количество исследований - как экспериментальных,
так и теоретических. Недавно в численных экспериментах с упрощёнными моделями
возбудимых сред рядом исследователей (включая авторов настоящего сообщения
[1]) были открыты принципиально новые - солитоноподобные - режимы взаимодействия
импульсов возбуждения: отражение (а не гашение) импульсов при их столкновениях
друг с другом и непроницаемыми "препятствиями". На основе полученных
данных нами была высказана гипотеза математического характера [1], позволяющая
вести эффективный поиск солитоноподобных режимов в системах уравнений типа
"реакция-диффузия". Используя эту гипотезу, оказалось возможным
обнаружить эффекты отражения сталкивающихся импульсов возбуждения в численных
экспериментах с точными количественными моделями нервного волокна [2-4]
и волокна Пуркинье сердца, описывающимися уравнениями Ходжкина-Хаксли и
Мак-Аллистера-Нобла-Тсиена. В результате выявлен универсальный феноменологический
механизм солитоноподобных режимов и предвычислены условия их наблюдаемости
в экспериментах с реальными физиологическими объектами. Изучение солитоноподобных
режимов в двумерных возбудимых средах предвещает ряд необычных эффектов
[5].