Estimation of Multiple Cardiac Cells’ Action Potentials From Extracellular Field Potentials

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorShpotak, M. O.
dc.contributor.authorIvanushkina, N. H.
dc.contributor.authorIvanko, K. O.
dc.contributor.authorProkopenko, Y. V.
dc.date.accessioned2023-12-05T11:16:41Z
dc.date.available2023-12-05T11:16:41Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractModern biomedical technologies use a combination of microelectrode array (MEA) systems and artificially grown cells to study disease mechanisms and test drug effects. MEA systems measure extracellular field potentials (FPs) of cell cultures or tissues, but they cannot record intracellular action potentials (APs) without some modifications or additional devices, limiting the depth of electrophysiological analysis. One of the possible solutions to the inability of MEA systems to measure APs is to mathematically reconstruct them using recorded FPs. However, accurately reconstructing APs of multiple cells is challenging task, which is complicated by many factors such as the number of cells, synchronicity of their APs, identification of their electrophysiological parameters, and noise. This paper aims to address the mathematical problem of AP synchronicity, asynchronicity and partial synchronicity between multiple cells. In this study, mathematical techniques were employed to derive a system of equations capable of reconstructing the APs of N cells simultaneously, using the FPs recorded with N + 1 electrodes. The equations take into account the number of cells, synchronicity and variation of their APs and specific electrical properties of the cells and the medium. In numerical experiments the equations were applied to reconstruct APs from FPs for cases with different types of synchronicity in noise-free and noisy conditions. The reconstructed APs, when combined with recorded FPs, expand the number of electrophysiological characteristics available for cardiotoxicity assessment in MEA systems.uk
dc.description.abstractotherВ сучасних бiомедичних технологiях, системи з мiкроелектродними решiтками (МЕР) використовують разом з штучно вирощеними клiтинами для вивчення бiологiчних механiзмiв захворювань i тестування впливу лiкарських препаратiв. Сучаснi МЕР-системи вимiрюють позаклiтиннi потенцiали поля (ПП) культур клiтин або тканин, але не можуть реєструвати внутрiшньоклiтиннi потенцiали дiї (ПД) без технологiчних модифiкацiй або додаткових пристроїв, що обмежує глибину аналiзу електрофiзiологiї клiтин. Одним з можливих рiшень проблеми нездатностi МЕР-систем вимiрювати ПД є їх математична реконструкцiя iз зареєстрованих ПП. Однак точна реконструкцiя ПД декiлькох клiтин одночасно ускладнюється такими факторами, як кiлькiсть клiтин, синхроннiсть та вiдмiннiсть морфологiї їхнiх ПД, iдентифiкацiя їхнiх електрофiзiологiчних параметрiв та наявнiсть шумiв. Метою цiєї статтi є врахування синхронностi, асинхронностi та часткової синхронностi ПД клiтин в методi реконструкцiї. Щоб розв’язати поставлену задачу отримано систему рiвнянь, здатну реконструювати ПД N клiтин одночасно, використовуючи записанi з N + 1 електрода ПП. Система рiвнянь враховує кiлькiсть клiтин, синхроннiсть ПД рiзних клiтин та електричнi властивостi клiтин та середовища. Модельнi експерименти реконструкцiї ПД з ПП проведено для випадкiв з рiзними типами синхронностi та за наявностi шуму. Реконструйованi ПД у поєднаннi iз записаними ПП розширюють кiлькiсть електрофiзiологiчних характеристик для оцiнювання кардiотоксичностi в МЕР та iнших багатоелектродних пристроях.uk
dc.format.pagerangePp. 70-77uk
dc.identifier.citationEstimation of Multiple Cardiac Cells’ Action Potentials From Extracellular Field Potentials / Shpotak M. O., Ivanushkina N. H., Ivanko K. O., Prokopenko Y. V. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2023. – Вип. 93. – С. 70-77. – Бібліогр.: 19 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2023.93.70-77
dc.identifier.orcid000-0002-4706-7603uk
dc.identifier.orcid0000-0001-8389-7906uk
dc.identifier.orcid0000-0002-3842-2423uk
dc.identifier.orcid0000-0001-6366-9279uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/62786
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 93uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectaction potentialsuk
dc.subjectfield potentialsuk
dc.subjectsignal reconstructionuk
dc.subjectsignal synchronicityuk
dc.subjectnumerical modellinguk
dc.subjectcellular electrophysiologyuk
dc.subjectmicroelectrode arrayuk
dc.subjectпотенцiали дiїuk
dc.subjectпотенцiали поляuk
dc.subjectреконструкцiя сигналуuk
dc.subjectсинхроннiсть сигналуuk
dc.subjectчисельне моделюванняuk
dc.subjectклiтинна електрофiзiологiяuk
dc.subjectмiкроелектродна решiткаuk
dc.subject.udc57.087:577.352.5uk
dc.titleEstimation of Multiple Cardiac Cells’ Action Potentials From Extracellular Field Potentialsuk
dc.title.alternativeВизначення потенцiалiв дiї багатьох клiтин серця за потенцiалами позаклiтинних полiвuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
1963-5773-1-10-20230930.pdf
Розмір:
2.38 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 93