Применение методов моделирования фазовой динамики и рекуррентности для оценки характеристик взаимосвязи между физиологическими ритмами

Цель настоящей работы – применение двух методов нелинейной динамики для оценки характеристик взаимосвязи между временными рядами, извлеченными из физиологических ритмов. В качестве анализируемых временных рядов использованы флуктуации дыхательного ритма, кривые вариабельности артериального давления и вариабельности интервалов нейрональной активности продолговатого мозга крыс до и во время болевого воздействия. Методы. Для решения задачи выявления взаимосвязи и оценки асимметрии и направления связи применены метод моделирования фазовой динамики слабо связанных и слабо зашумленных систем и метод вычисления усредненных условных вероятностей рекуррентностей временных рядов, генерируемых взаимодействующими системами. В качестве характеристик взаимосвязи между системами использованы оценки интенсивности воздействия одной системы на другую и оценки в различиях усредненных условных вероятностей рекуррентностей. Результаты. Для проверки устойчивости примененных методов к шуму проведен анализ хорошо изученной модели однонаправлено связанных осцилляторов Ван дер Поля. Подтверждено правильное определение направления связи обоими методами при слабом зашумлении и снижение возможности выявления направления методом фазового моделирования при нарастании зашумления, и сохранение возможности правильного определения направления методом рекуррентностей. Для экспериментально полученных и слабо зашумленных биологических временных рядов в большинстве анализируемых данных обнаружена асимметрия связи с преимущественным влиянием дыхательного ритма на вариабельность нейрональной активности и артериальное давление, и влияние вариабельности артериального давления на нейронную активность ретикулярной формации продолговатого мозга. Заключение. Применение двух методов оценки характеристик взаимосвязи между слабо зашумленными временными рядами, как модельными, так и экспериментальными, показало вполне согласованные результаты в преимущественном влиянии одной системы на другую.