细胞几何中离子电扩散的有限元模拟
计算工程、金融与科学
2019-11-11 v1
摘要
可兴奋细胞的数学模型通常基于电缆理论，该理论考虑均匀化域和空间恒定的离子浓度。尽管此类模型提供了有价值的见解，但无法捕捉离子浓度改变或详细细胞形态对电势的影响。本文讨论了一种用于神经组织电扩散详细建模的替代方法。该数学模型在几何显式的细胞内和细胞外域表示中描述离子浓度的分布与演化。作为电中性Kirchhoff-Nernst-Planck（KNP）模型与胞外-膜-胞内（EMI）框架的结合，我们将此模型称为KNP-EMI模型。在此，我们引入并数值评估了一种针对KNP-EMI模型的基于有限元的新数值格式，其能够高效且灵活地处理任意维数和任意多项式次数的几何。此外，我们比较了KNP-EMI与EMI模型预测的电势。最后，我们研究了无髓轴突束中诱导的旁触耦合，并展示了KNP-EMI框架如何在此情形下提供新的见解。
引用
@article{arxiv.1911.03211,
title = {Finite element simulation of ionicelectrodiffusion in cellular geometries},
author = {A. J. Ellingsrud and A. Solbrå and G. T. Einevoll and G. Halnes and M. E. Rognes},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.03211},
year = {2019}
}