Seminars of the Focus Area Complex Systems

Prof. Dr. C. Beta, Prof. Dr. K. Dethloff, Prof. Dr. R. Engbert, Prof. Dr. M. Holschneider, Prof. Dr. W. Huisinga, Prof. Dr. Ralf Metzler, Prof. Dr. A. Pikovsky, Prof. Dr. S. Reich, Prof. Dr. M. Rosenblum, Prof. Dr. G. Rüdiger, Prof. Dr. T. Scheffer, Prof. Dr. F. Scherbaum, Prof. Dr. J. Selbig, Prof. Dr. F. Spahn

Seminar

Speaker: Maik Riedl, Nichtlineare Dynamik, Uni Potsdam

Title: Modellbasierte Analyse kardiovaskulaerer Kopplungen (PhD defence)

Time: Mon, Nov 23, 2009, 3pm

Place: Building 28, Room 0.104

Abstract:
Die Untersuchung des menschlichen Herz-Kreislauf-Systems ist auch heute noch ein aktives Gebiet intensiver Forschung. Ein wesentlicher Grund dafür ist das komplexe Verhalten des Herz-Kreislauf-Systems, dass durch eine Vielzahl von sich überlagernden Regulierungsmechanismen hervorgerufen wird. Lineare Modelle sind zur Beschreibung dieser Dynamik nur bedingt einsetzbar, da nichtlineare Phänomene wie z.B. Sättigungen allgegenwärtig sind. Ein Teilzweig dieser Forschung beschäftigt sich mit der Herzrate und deren Dynamik, die einen Blick auf die autonome nervöse Regelung des Herz-Kreislauf-Systems ermöglicht. Es ist bekannt, dass das kurzfristige Verhalten der Herzrate im Wesentlichen vom Einfluss des Blutdrucks (Baroreflex) und der Atmung (respiratorische Sinusarrhythmie) abhängt. Andererseits wirkt sich die Herzrate auf den Blutdruck aus und ein Einfluss auf die Atmung wird diskutiert. Die Wirkungsweise einiger dieser Zusammenhänge ist aber bis heute noch unklar und wird kontrovers diskutiert. In dieser kumulativen Dissertation werden verschiedene Fragestellungen zu den Kopplungen zwischen Herzrate, Blutdruck und Atmung diskutiert. Die Untersuchungen erfolgen auf der Basis von nichtlinearen additiven autoregressiven Modellen mit externen Einflussgrößen. In diesen Modellen hängt der aktuelle Wert der zu beschreibenden Größe von den eigenen transformierten Vorgängerwerten und den transformierten Vorgängerwerten anderer beeinflussender Größen ab. Die unerklärte Variabilität wird als unabhängige normal verteilte zufällige Störung angenommen. Die Transformationen werden nichtparametrisch angepasst und können sowohl lineare als auch nichtlineare Funktionen sein. Dies führt zu einer Erhöhung der Flexibilität der Modelle und trägt der Unkenntnisse über die funktionale Struktur der betrachteten Kopplungen Rechnung. Dieser Ansatz ist eine Erweiterung, der bereits zur Beschreibung von Herzrate- und Blutdruckvariabilität eingesetzten nichtlinearen additiven autoregressiven Modelle und stellt damit einen Schritt von der reinen Beschreibung der beobachteten Dynamik hin zur Inferenz der Kopplungen zwischen Herzrate, Blutdruck und Atmung dar. In zwei prognostischen Studien werden bei Frauen mit einer lebensbedrohenden Bluterhöhung während der Schwangerschaft und bei Patienten mit atembedingten Schlafstörungen die pathologischen Veränderungen der Kopplungen untersucht. In zwei Fallstudien wird die Synchronisation untersucht, die zwischen Atmung und Herzrate während des Schlafes einer Person sowie zwischen den Herzraten einer Schwangeren und deren Fötus auftreten. Eine dritte Fallstudie untersucht die Frage ob die Herzratevariabilität stochastischer Natur ist oder deterministisches Chaos aufweist. Dabei wird besonders die Rolle der externen Größen untersucht. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Anwendung der nichtlinearen additiven autoregressiven Modelle mit externen Einflüssen, eine differenziertere Darstellung der Regulierungsmechanismen der Herzrate und des Blutdruck zulassen als lineare Ansätze. Dadurch trägt die beschriebene modellbasierte Analyse zu neuen Erkenntnissen über die Genese der nichtlinearen Phänomene, Synchronisation und deterministisches Chaos, im Herzkreislaufsystem bei. Zukünftig könnte diese differenziertere Beschreibung der Regulationsmechanismen zur Verbesserung herkömmlicher Diagnosetechniken von Herzkreislauferkrankungen dienen und so die Behandlung bzw. die Vorbeugung dieser Erkrankung verbessern.

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Students' seminar: Theoretical Physics, PIK, Modeling & TSA Berlin-Potsdam-Colloquia: PhysGesellschaft Berlin, TU Berlin, Pro Physik, AIP, AEI, MPI-KGF, GFZ, HMI, PIK, AWI, Max Planck Institute for the History of Science, Mathematik, DPG Disputationen, & Vorschau UP

Udo Schwarz, Zentrum für Dynamik komplexer Systeme,
Universität Potsdam, Campus Golm Karl-Liebknecht-Str. 24, 14476 Potsdam, building 28, room 2.107
Phone: (+49-331) 977-1658, Fax : (+49-331) 977-1045

Email: Udo.Schwarz AT uni-potsdam.de

DFG SFB 1294

DFG Sonderforschungsbereich 1294 Data assimilation

DFG SPP 1488

DFG Schwerpunktprogramm 1488 Planetmag


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