多尺度模拟和心脏肌细胞中火花的并行时空适应性

科学领域:

• 计算生物学 计算生物学
• 心血管生理学心血管生理学
• 生物物理学的生物物理.

背景情况:

• 动态链接心脏电刺激和收缩.
• 来自瑞诺丁受体和L型通道的火花是激发-收缩合的关键.
• 模拟释放的空间异质性和随机性在计算上具有挑战性.

研究的目的:

• 将时空适应性引入用于多尺度火花模拟的并行计算框架.
• 为了提高心脏肌细胞中详细火花模型的稳定性和性能.
• 为了使心脏动态的更有效的计算建模.

主要方法:

• 结合反应-扩散方程模型细胞内在细胞质和肉质细胞网膜 (SR).
• 多级有限元素方法实现空间网格适应性,用于异构的释放.
• 罗森布罗克类型的方法管理小时间步骤的随机释放单元 (CRU) 行为.

主要成果:

• 时空自适应方法优化了计算资源的利用.
• 平行时空自适应模拟加速火花建模的因素为16.07.
• 在计算资源管理中表现出卓越的效率.

结论:

• 在火花模拟中实现了显著的效率和速度改进.
• 能够为微米以下尺度的问题进行高级建模,例如和交换器和RyR集群之间的局部相互作用.
• 促进对复杂的心肌细胞处理机制的研究.