单神经元电热等效三维有限元模型
应用物理
2020-09-09 v1 软凝聚态物质
摘要
目的：我们提出一种新方法，利用有限元（FE）分析中的电热等效来建模神经细胞电与机械现象的相互依赖，从而可应用现有热-力学工具。方法：首先建立神经材料电学与热学性质的等效关系，并在 Abaqus CAE Software 6.13-3 中针对一系列稳态与瞬态条件执行的纯热传导分析结果，与解析解进行验证。该验证包含等效活性膜属性的定义，使其能预测动作电位。然后，作为迈向完全耦合模型的一步，通过利用热膨胀系数定义神经膜的等效压电属性，实现了电-机械耦合，从而能预测神经对动作电位的机械响应。结果：耦合电-机械模型的结果与已发表的鱿鱼巨轴突、蟹神经纤维及雀鳝嗅神经纤维形变实验结果为证。结论：通过神经细胞的电热等效有限元模型，建立了一种简化的耦合电-机械建模方法，用于生物医学应用。意义：关键发现之一是在耦合电-机械域中对神经活动的力学表征，这为神经细胞电机械行为（如膜变薄）提供了见解。这是迈向在神经束、组织与器官水平上建模创伤引起的三维电机械改变的第一步。
引用
@article{arxiv.2009.03422,
title = {Electrothermal equivalent three-dimensional Finite Element Model of a single neuron},
author = {Ilaria Cinelli and Michel Destrade and Maeve Duffy and Peter McHugh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.03422},
year = {2020}
}