Introduksjon
Hjertets elektriske system holder alle muskelcellene synkronisert. Et hardt slag mot brystet i feil øyeblikk kan imidlertid sette opp uregjerlige bølger av unormal elektrisk eksitasjon som er potensielt dødelige. Den resulterende typen arytmi kan være det som forårsaket fotballspilleren Damar Hamlin av Buffalo Bills til å kollapse på banen etter at han fikk et kraftig slag under en National Football League-kamp i 2023. I dag brukes kraftige defibrillatorer vanligvis for å hjelpe til med å resynkronisere hjerter i nød. Men Flavio Fenton, som studerer hjertets elektriske dynamikk, forteller Steve Strogatz om en ny metode under utvikling for å behandle arytmier ved å stimulere hjertet med milde, presist tidsbestemte sjokk - eller muligens til og med med lys.
Hør på Apple Podcasts, Spotify, Google Podcasts, Stitcher, TuneIn eller din favoritt podcasting-app, eller du kan streame det fra Quanta.
Transcript
Steven Strogatz (00:03): Jeg er Steve Strogatz, og dette er Gleden over hvorfor, en podcast fra Quanta Magazine som tar deg inn i noen av de største ubesvarte spørsmålene innen matematikk og naturfag i dag. I denne episoden skal vi spørre hvordan vi kan bruke matematikk og fysikk for å stoppe dødelig hjertearytmi.
(00:21) Du husker kanskje den grufulle scenen som fant sted under en nylig profffotballkamp, da Buffalo Bills-sikkerhetsdamar Hamlin kollapset på banen etter å ha tatt et dundrende slag. En teori er at smellen han tok i brystkassen forstyrret rytmen i hjertet hans, og fikk de normale elektriske bølgene til å gå i stykker. Den resulterende tilstanden kjent som ventrikkelflimmer kan drepe noen i løpet av minutter fordi den stopper et hjerte fra å pumpe blod effektivt til kroppen og hjernen. Og mens Damar Hamlins forbløffede lagkamerater og millioner av TV-seere så på i det som virket som en evighet, kjempet medisinsk personell for å gjenopplive ham.
(01:01) I det øyeblikket Flavio Fenton så opptakene av treffet, visste han hva som hadde skjedd. Fenton er professor ved School of Physics ved Georgia Tech, og hjertearytmier er hans spesialitet. Fenton studerer matematiske og beregningsmodeller av arytmier og de merkelige spiralbølgene som ligger til grunn for dem. Og han utfører også eksperimenter på dyrehjerter og på donerte menneskehjerter. Han håper å finne en måte å stoppe arytmier uten å måtte bruke tradisjonelle defibrillator-padler som sender et stort støt av elektrisitet gjennom hele pasientens kropp. I stedet prøver Fenton å bekjempe bølger med bølger. Han lager sine egne bølger for å stoppe de skadelige spiralbølgene som kan sende et hjerte i uorden. Målet er å finne en mildere, mindre skadelig måte å behandle arytmier på.
(01:50) Flavio, takk for at du ble med oss i dag og fortell oss om det fantastiske arbeidet du har gjort.
Flavio Fenton (01:55): Å Steve, tusen takk for at du har meg. Det er en glede å være her.
Strogatz (01:58): Hvordan fungerer hjertet når det fungerer som det skal?
Fenton (02:01): Hjertet er et fantastisk system. Og en av tingene jeg vil si, det er en av tingene jeg tror skiller oss litt: hvordan vi undersøker arytmiene er, jeg prøver å gjøre det fra en fysikers synspunkt. De fleste som undersøker hjertearytmier er biomedisinske ingeniører eller kardiologer. Så vi prøvde å gjøre det fra synspunktet om hvordan fysikk fungerer i modelleringen av hjertet.
(02:21) Utviklingen av hjertet i forskjellige dyrearter har forskjellige måter å hvordan hjertet fungerer på, men hovedpoenget med dem er å trekke seg sammen. Så de prøver å trekke seg sammen slik at de kan støte ut blod og sirkulere oksygenrikt blod til kroppen. Pattedyrhjerter, vi har fire kammer. Vi har to atriaer og to ventrikler. De er koblet til, men de er elektrisk frakoblet.
(02:40) Så måten det fungerer på er at du har noen celler som er autooscillerende, de kalles sinoatriale nodeceller. De begynner å slå av hjertet. Og deretter ved diffusjon forplanter seg gjennom atriene, og deretter fra atriene går til AV-knuten som er den eneste delen som forbinder ventriklene fra atriene. Og går så inn i ventriklene, og så trekker ventriklene seg sammen. Atriaene er i utgangspunktet mottakskamre. Så blodet mottar inn i atriene og deretter atriene sender det til ventriklene, som sender blodet til enten lungene eller til kroppen. Så den som sender blodet til kroppen er venstre ventrikkel. Så det er mest - tykkere del av hjertet, det er hjertets kraftsenter.
(03:16) Hovedsaken er sammentrekningen, som er et væskedynamisk problem, men den stammer fra et elektrisk signal som får cellene til å trekke seg sammen. Fordi hjerteceller har de en membran som skiller innsiden fra utsiden. Så det er forskjellige konsentrasjoner av ioner mellom innsiden og utsiden. Så i hvile depolariseres de generelt ved omtrent minus 80 millivolt eller minus 75 millivolt. Når de blir opphisset, går spenningen over terskel, som omtrent 10 millivolt. Så det er en amplitude på rundt 10 millivolt, som endrer spenningen. Og når spenningen er over terskelen i omtrent 200 millisekunder, frigjøres kalsium inn i cellene. Og kalsium er det som produserer deretter sammentrekningen. Så sammentrekningen drives faktisk av et elektrisk signal.
(04:00) Så når du prøver å undersøke hvordan hjertet svikter, er det flere måter hjerter svikter. Det er noen mekaniske og noen elektriske. Så vi spøker alltid med at når vi har folk som studerer dynamikken i hjertet og arytmiene i hjertet, kan du dele dem inn i elektrikere og rørleggere. Så jeg er mest elektriker. Så jeg er mest interessert i hvordan de elektriske forstyrrelsene setter i gang arytmier, men det kan også være mekanisk. Og vi prøver å jobbe sammen for å kombinere sammen, men studiene jeg undersøker er de som er drevet av disse uordningene i elektrisk forplantning.
Strogatz (04:35): Bra. Jeg er glad for at du skiller mellom de elektriske og væskemekaniske eller rørlegger-aspektene ved hjertet, for jeg finner ut at når jeg hører på TV, eller bare hører folk i samtale, kanskje de har en slektning eller en venn, og de vil si: "Denne personen hadde et massivt hjerteinfarkt." Eller de kan si "den personen hadde hjertesvikt." Eller så hører du uttrykket "hjertestans." Så jeg tror i offentlighetens sinn, høres alle tre ut som noe du ikke vil at skal skje med deg. Men de er ikke det samme. Men la oss høre om, hva mener du med hjerteinfarkt versus hjertesvikt versus hjertestans?
Fenton (05:18): Så når du for eksempel har et hjerteinfarkt, er det som skjer at når hjertet trekker seg sammen, sender det blod til kroppen, men det sender også blod til seg selv. Så ved bunnen av aorta, der blodet går til kroppen, er det to arterier som starter og går ned gjennom hele hjertet. Og når hjertet pumper blod til seg selv, oksygenerer det seg selv. Slik holder hjertet seg selv i live. Så det som skjer er at når et av disse karene blir blokkert - ved tilstopping, når du har høyt kolesterol og deretter et kar blokkerer - så går ikke blodet til den delen av hjertet. Så den delen av hjertet vil ikke bli oksygenert. Den mister eksitabilitet, og da kan den faktisk starte en arytmi drevet av det elektriske ledningssystemet (som jeg skal fortelle deg om et sekund). Avhengig av hvor blokken oppstår - hvis den forekommer veldig lavt i grenene, blir bare en liten del av hjertet påvirket. Hvis det skjer veldig høyt oppe, blir en stor del av hjertet påvirket og den delen av hjertet kan dø, slutte å trekke seg sammen.
(05:18) Og det er to årsaker som kan skje når du får hjerteinfarkt. Enten slutter hele hjertet å trekke seg sammen, eller det starter en arytmi, som er ventrikkelflimmer. Denne arytmien kan skje fordi det er en del av hjertet som ikke trekker seg sammen, som ikke tillater forplantning av bølgene. Så bølgene vil begynne å danne disse kompliserte mønstrene som kan dannes. Det er det som skjer når du i utgangspunktet har et hjerteinfarkt.
(06:38) Hjertesvikt er når hjertet til slutt begynner å endre seg over tid, og forvandles slik at det for eksempel kan bli tykkere. Det finnes mange forskjellige typer hjertesvikt, men hjertet blir tykkere, og sammentrekningen avtar. Så du kan ikke kontrakt også. Så utstøtingsfraksjonen avtar, og da kan du ikke oksygenere kroppen din godt. Og det krever ulike behandlinger, medisiner, og i verste fall må du ha hjertetransplantasjon. Når du har plutselig hjertedød, er det en arytmi som oppstår når du får disse forstyrrelsene i det elektriske signalet og setter i gang komplisert arytmi.
(07:17) Så i bunn og grunn, det som skjer er at du har elektriske bølger som forplanter seg. Men disse bølgene kan bli forstyrret og produsere spiralbølger. Du kan faktisk ha en spiralbølge av elektrisk aktivitet som roterer rundt ventriklene eller atriene. Og de vil få hjertet til å trekke seg sammen raskere. For det viser seg at disse spiralbølgene, når de dannes i hjertet, roterer raskere enn den naturlige pacemakeren. Så de tar kontroll over hjertet til en raskere rytme. Og det er det som kalles takykardi. Du kan ha takykardi i ventriklene eller i atriene, avhengig opp og ned på kamrene. Spiralbølgene, generelt, kan de destabilisere relativt enkelt. Det er mange mekanismer som kan produsere det.
(07:57) Og det er noen av tingene vi undersøker. Så de forblir ikke for lenge stabile, og de bryter inn i flere spiralbølger. Når du har flere spiralbølger, vil hver del av hjertet ha små spiralbølger som roterer veldig raskt. Men da kan de være ute av fase. Så det som skjer med hele hjertet er at nå pumper det ikke, enda raskere. Det er bare at hver del av hjertet slår i sin egen fase. Så hjertet bare skjelver. Det pumper ikke engang, så det er bare å skjelve. Og den kan ikke pumpe noe blod. Så når det ikke pumpes blod, dør du i løpet av sekunder.
(08:25) Så den eneste måten når du har et slikt tilfelle, må du komme med en defibrillator og stimulere alle cellene med et veldig stort elektrisk felt som defibrillerer vevet. Denne eksterne defibrillatoren starter med 150 joule, og den kan gå opp til 300 joule. Det er mye energi å defibrillere. For når du krever dette, for å begeistre alle disse hjertecellene på en gang, så avslutter du spiralbølgene. Disse elektriske feltene, ja, de er virkelig enorme. Og så kan de begeistre hele kroppen rundt deg selv, alle musklene, så de kan være ganske smertefulle.
(08:57) Bare for å gi deg en sammenligning, er energien som kreves for å bevege en muskel omtrent 0.001 joule. Det er derfor det tar evigheter å gå ned i vekt når du er på tredemøllen. Det krever mye bevegelse av musklene for å miste litt energi, for å gå ned i vekt. Det forteller deg hvor sterke disse elektriske feltene er for defibrillering.
Strogatz (09:15): Takk. Det var en veldig fin tutorial. Så jeg antar at det er klart av det du har sagt, vi snakker ikke om hjertesvikt i denne episoden. Og vi snakker egentlig ikke om hjerteinfarkt, bortsett fra så langt de kan - ved å drepe en del av hjertet - de kan sette opp omstendighetene for roterende spiralbølger eller andre elektriske problemer. Jeg mener, det er egentlig det vi ønsker å snakke om.
(09:36) Så du har nevnt takykardi, der bølgene får hjertet til å slå så fort at det ikke pumper like effektivt som normalt. Eller i verste fall flimmer, som jeg må fortelle deg da jeg var hovedfagsstudent. Jeg hadde en professor i biomedisinsk ingeniørfag som tok oss med til en medisinsk skole for å faktisk føle et flimmerende hjerte i våre egne hender. Og det er en ganske uforglemmelig opplevelse. Og det er veldig rart og glatt. Som du sa, skjelver eller skjelver. Det føles som ormer, ikke sant? Det føles liksom som om det er alle disse ormene som vrir seg rundt i hånden din, mens du legger hånden på et hjerte.
Fenton (10:13): I litteraturen er det mange mennesker inkludert Art Winfree, pleide han å nevne at når du visualiserer hjertet som flimmer, er det som om det var ormer som beveger seg rundt i underlaget, ikke sant? Og når du ser et hjerte som flimmer, er det slik det ser ut: som ormer under som driver strukturen til sammentrekningen.
Strogatz (10:29): Som du sier, det er ekstremt farlig. Du vil dø i løpet av sekunder eller minutter fordi blodet ikke pumpes effektivt til hjernen eller kroppen. Men hvis vi nå går tilbake til denne saken om Damar Hamlin, hva tror du skjedde med ham da han ble truffet?
Fenton (10:44): Så vi vil aldri være sikre på hva som skjer, ikke sant? Men mest sannsynlig det som kunne ha skjedd - det var det jeg tenkte helt i begynnelsen da det skjedde - er at måten du setter i gang spiralbølgene i hjertet, bryter symmetrien til bølgene.
(10:57) La meg starte med en egenskap ved disse eksitable systemene som hjertet. Et annet eksiterbart system som ligner på hjertet er for eksempel brannen. Brann blir opphisset og den forplanter seg. Det produserer en bølge som forplanter seg. Men du skjønner, du kan aldri brenne den ilden bak en bølge av ild som passerer, ikke sant? For det er ikke noe gress å brenne. Så når du har to bølger av eksitable system som krasjer, som i tilfellet med hjertet, elektriske bølger i hjertet, eller to brannfronter, når de kolliderer, utsletter de hverandre. Det er ikke som vannbølger når de passerer hverandre. Disse bølgene, når de kolliderer, utsletter de hverandre. Det er lett å se i tilfelle brannen, for bak brannbølgen er det ikke mer å brenne. Og det er slik brannmennene alltid sier, "måten du bekjemper brann er med ild." Det er fordi for å avslutte en ildbølge, bruker du en annen bølge i motsatt retning som kolliderer og avslutter dem. Dette gir deg disse - det som kalles en refraktær periode, at bak en bølge er det litt tid før du kan eksitere igjen en annen bølge. Ved skogbrannen er det lenge å vente fordi man må vente til gresset gror igjen, så man kan brenne gress igjen.
(12:04) Et annet eksempel på excitable system er et toalett. Toalettet er et perfekt eksempel på et eksiterbart system. Du trenger en terskel for eksitasjon. Så når du beveger håndtaket på toalettet, beveger du det litt, og ingenting skjer. Men hvis du spyler, vel, for å sette nok kraft på en terskel, passerer du terskelen for å flytte håndtaket, så slipper du vann. Og da kan du ikke slippe ut vann igjen fordi du må vente til det fylles igjen. Så det er en utgivelse i spenning etter det. Og du må vente litt før du kan skylle igjen. Så det samme for hjertecellen. Når cellen eksiterer, må du vente litt tid før den begeistrer igjen.
Så hva skjer - forestill deg at du har en bølge som forplanter seg, og bak bølgen vil du begeistre. Så hvis det bare er veldig ildfast, kan du ikke eksitere der fordi cellen ikke vil reagere. Men hvis du ventet en stund etter at bølgen har passert, så kan du begeistre, og du kan produsere en bølge som forplanter seg, ikke sant? Tenk deg nå i mellom disse tider - mellom tidspunktet du er for nær bølgen, eller for langt fra bølgen helt tilbake, slik at du kan stimulere en aktivering - i mellom er det et område hvor en del av vevet vil være ildfast. så du kan ikke forplante deg, men en del av vevet kan bli opphisset. Så det bryter faktisk symmetrien til forplantningen av eksitasjonen. Og det kan produsere i utgangspunktet det forplanter seg i én retning, men mislykkes forplantning i en annen retning. Og det er slik spiralbølger vil dannes.
Strogatz (13:26): Kanskje du burde gi oss litt visuell. Jeg mener, fordi jeg hører ordet "spiral", og alle vet hva de skal se for seg når de tenker på en spiral. Men hva er det som lager en spiralbølge? Kan du på en måte lede oss gjennom det? Jeg nevnte roterende spiralbølger, fortell meg om hvordan jeg skal se for meg hva som skjer.
Fenton (13:41): Tenk deg at du har en bølge, bare en bølge av noe, ikke sant? Som på stadion, som om du har den meksikanske bølgen og du begeistrer alle. Så nå, tenk at det er en bølge. Så du har en front med folk som står opp, og så reiser resten av menneskene bak bølgen seg opp og til slutt setter de seg ned.
Strogatz: Ja.
Fenton (13:57): Rett. Så du har en bølge med en viss bredde. Så nå, tenk bare på forsiden og baksiden, ikke sant? Du har forsiden av bølgen og baksiden av bølgen, og tenk på at det bare forplanter seg gjennom stadion. Tenk deg nå at du bare bryter bølgen fra bunnen av stadion til toppen av stadion, ikke sant? Så du har en bølge der. Men tenk at jeg bare begeistrer halvparten av stadion fra bunnen til toppen. Så du har en bølge foran og en bølge bak. Men det er et kontinuum. Så hvis du fortsetter der forsiden og baksiden må gå sammen, kommer det til å være et punkt der vi kaller fasen, ikke sant? Fasen til fronten og fasen av den bakre bølgen skal de møtes. Og på det punktet der de møtes, er det det som kalles en fasesingularitet, og der er ikke fasen definert. Det er akkurat der fronten av bølgen samsvarer med baksiden av bølgen. Så det er da du lager en spiralbølge. Når du bryter en front, og så skaper du at baksiden og fronten møtes, og så begynner den å rotere rundt det singularitetspunktet.
(14:52) Og faktisk gjorde vi det her på Georgia Tech bare for å vise det litt enklere. Vi samlet 600 elever og satte dem på et rutenett. Og så ga vi dem instruksjoner som ligner på aktiveringene på stadionene, at hvis naboen din er spent med hendene opp, får du hendene opp. Så hvis du starter med ett hjørne, får du en bølge av forplantning som på stadionene. Men det vi gjorde var å starte med en symmetribryting. I tilfellet at i midten av kvadratet med studenter, forteller vi i begynnelsen at det er en linje med studenter som kommer til å bli begeistret, men ikke helt til toppen, bare halvparten av domenet. Og så forteller vi dem at den aller første gangen, hvis du var på den ene siden, vil du bli aktivert, men hvis du er på den andre siden av disse elevene som har hendene oppe, holder du hendene nede. Den første gangen. Så det bryter symmetrien. Så bølgen kommer bare til å forplante seg i bare én retning. Men bølgen går som sagt bare fra begynnelsen av kvadratet til elevene til midten. Denne bølgen vil starte, den vil faktisk produsere en spiralbølge der elevene beveger armene.
Strogatz (15:51): [ler] Har du en film av dette? Er det en video vi kan se på YouTube eller noe?
Fenton (15:54): Ja, det er et par YouTube-videoer på det. Jeg kan gi deg en link til disse.
Strogatz (15:55): Send oss lenken, for jeg tror vi lenker den i programnotatene. Så folk kan ta en titt på dette. Det høres ganske dramatisk ut.
Fenton (16:04): Og det ser bedre ut når du akselererer, så vi akselererer videoen litt slik at den er raskere, slik at du kan se spiralbølgen. Og denne spiralbølgen vil fortsette å rotere der så lenge elevene har energi, ikke sant? Så lenge de kan... Det er det viktige med disse spiralbølgene: Når de først dannes, overtar du systemet. Og så, faktisk, en interessant ting som vi observerte der, er at fordi studentene ikke alltid legger merke til - de er litt noen ganger ikke fullstendig oppmerksomme - så når bølgen går, kan de noen ganger bli opphisset litt før eller litt senere. De sier: "Å, bølgen passerte", så de aktiveres senere. Så da destabiliserer det nok til at det faktisk kan bryte spiralbølgen i flere spiralbølger. Så vi viser faktisk hvordan fibrillering kan skje så lett ved destabilisering av disse aktiveringene mellom cellene, som i dette tilfellet var elevene.
Strogatz (16:50): Du snakker om dette på grunn av Damar Hamlin. Hva er forbindelsen?
Fenton (16:53): Det stemmer. Så først er hvordan spiralbølgene danner en arytmi, ikke sant? Så spørsmålet er hvordan en spiralbølge dannet seg i tilfellet med Damar Hamlin. Det vi tror skjer kalles Commotio Cordis, som er når hjertecellene ikke bare blir opphisset av naboene, men de har ionekanaler som er strekkaktiverte kanaler. Så det betyr at hvis jeg berører et hjerte, og jeg trykker på et hjerte, kan jeg produsere en aktivering. Så du kan stimulere et hjerte med et elektrisk felt eller et elektrisk støt. Men hvis jeg trykker - i det tilfellet du snakket om når du rørte et hjerte, hvis du hadde klemt hjertet, kunne du faktisk aktivere mange, mange, mange celler i hjertet, som faktisk kunne defibrillere. Så det er noen ganger når de gjør det i tilfeller når de har åpent bryst, og før de fikk elektriske støt for defibrillering, noen ganger kan massering av hjertet faktisk hjelpe å starte en bølge eller avslutte en arytmi. Men de måtte berøres direkte i hjertet. Men i utgangspunktet, hver gang du strekker cellene, kan de produsere en aktivering.
(17:51) Så da han ble truffet i brystet, var det et så sterkt sjokk at det faktisk deformerte seg litt foran brystet, men det var også nok til å forstyrre hjertet og trykke på hjertet. Og ikke bare det, men det skjedde på verst mulig tid. For å få initieringen av spiralbølgene, må den som sagt være nøyaktig på bølgen tilbake ved et spesielt sårbart vindu når bølgen går forbi og man blir opphisset.
(18:17) Så når du ser i sykehusfilmene, når du har EKG, elektrokardiogrammet, som er det som viser deg det elektriske signalet til hjertet. Du ser et lite signal som kalles QRS og deretter T-bølgen, eller det elektriske signalet til ventrikkelen. Så det som måler er hele det elektriske signalet fra alle cellene når de forplanter seg og blir opphisset, er den globale målingen av alle cellene i hjertet. Så morderen er den store piggen som du først ser er aktivering av hjertet. Bølgen som forplanter seg gjennom hjertet som starter bølgen. Og slutten av bølgen er den T-bølgen som du ser på EKG, den lille, mindre pukkelen på slutten av signalet. Det er slutten på bølgen.
(18:57) Så hvis du eksiterer, hvis du forstyrrer hjertet nøyaktig under slutten av den bølgen, under slutten av T-bølgen, er det da du faktisk kan starte en arytmi. Så det som skjedde er at han ble truffet hardt nok, noen av cellene blir aktivert. Og han ble truffet akkurat da hjertet hans var ferdig med å aktiveres under T-bølgen. Og det satte i gang spiralbølgene som deretter satte i gang fibrillering. Hvis han hadde blitt truffet bare et par millisekunder senere, 20 millisekunder senere eller 20 millisekunder tidligere, kan det hende han ikke har gått i flimmer.
Strogatz (19:30): Ja, ja, ja. Som jeg mener, vi trenger en slik forklaring fordi folk i fotball og annen kontaktidrett blir rammet hele tiden. Og det reiser spørsmålet, hvorfor ser du ikke flere av disse hendelsene med mennesker som kollapser og har flimmer. Så du sier at du må være veldig uheldig. Du må bli truffet i den sårbare fasen.
Fenton (19:51): Og veldig vanskelig, ikke sant?
Strogatz: Og slo veldig hardt.
Fenton (19:53): Det som faktisk skjer under Commotio Cordis er at det er statistikk om at 50 % av tilfellene skjer fra folk som spiller baseball. I baseball har du en ball som er hard og rask som faktisk kan begeistre - treffer deg ofte i brystet. Så 50 % av tilfellene av Commotio Cordis som kommer til sykehuset, kommer fra baseball. Og det skjer veldig ofte med yngre mennesker fordi de ikke er utviklet nok til at når du får et slag i brystet, kan trykket gå inn i hjertet. Så det pleier å være flere som driver med sport hvor man kan bli truffet med en liten ball. Som at det skjedde også, for eksempel med hockey. Chris Pronger på 1990-tallet, i 1998, i sluttspillet ble han truffet med en puck. Og han gikk også ned. Og saken hans er veldig interessant fordi han ikke gikk med en gang, som Damar Hamlin, han gikk med en gang, han gikk med en gang ned til bakken. I tilfellet med Chris, tok han et par sekunder til. Min gjetning er at treffet, da det startet, produserte bare en enkelt spiralbølge som tok tid å bryte. Og han fikk VT før han gikk til VF. Og i Damars tilfelle gikk det nok veldig raskt til VF. Og det var derfor han mistet bevisstheten med en gang.
Strogatz (21:00): Så, VT — ventrikulær takykardi. VF — ventrikkelflimmer. Det er enda dødeligere. La oss gå tilbake til dette spørsmålet om defibrillering et øyeblikk, fordi du nevnte det forbløffende - hørte jeg deg rett? Du sa noe sånt som hundrevis av joule kreves? Eller brukes i dag i hjertestartere?
Fenton (21:18): Greit, så hvis det er eksternt, går det mellom 120 og 360. Hvis det er internt, kan det være så lavt som 20. Vel, "lavt". Tjue joule, men likevel er det vondt.
Strogatz (21:27): Hvis en pasient snakker om hvordan det føles å bli defibrillert, hvordan beskriver de det?
Fenton (21:32): Svært ofte besvimer du når du har flimmer. Så du vil ikke føle det veldig ofte. Men i tilfelle av atrieflimmer - noen ganger har du AF, atrieflimmer - må du gå til legene, og så skal de gjøre en defibrillering, de må gjøre et sjokk. Når det gjelder en student av meg, forteller han meg at han fikk AF og at han dro til sykehuset og de kardioverterte ham, og for å kardiovertere ham ga de ham noe beroligende middel, så han ble bedøvet. Og så sier han at han husker at han hørte noen skrike. Og så senere sa de nei, det var han som skrek av sjokket, men han husket ikke at det var ham. Så sjokket er stort nok til at det er vondt. Det er derfor de beroliger deg. Og derfor er det faktisk veldig viktig når de gjør en defibrillering, at de må koble den til EKG. For som jeg nevnte, når de går inn for å defibrillere AF, kobler du til EKG, så du vet, når du gjør sjokket, gjør du det ikke under T-bølgen eller på slutten av T-bølgen. For da kan du sette i gang flimmer i ventriklene. De alltid, hver gang de defibrillerer deg, kobler de til EKG, og så gjør de sjokket på et trygt tidspunkt.
Strogatz (22:33): Så du har nevnt nå – og jeg tror ikke vi har lagt vekt på denne forskjellen så langt, så vi burde, sannsynligvis burde – atrie versus ventrikkelflimmer. Jeg husker for noen år siden at vi hadde en president – jeg tror det var president George Bush, den eldste, faren til George W. Bush – som, hvis jeg husker, hadde atrieflimmer som en slags kronisk … som om han levde med det. . Hvis jeg husker rett.
Fenton (22:33): Ja, jeg tror det.
Strogatz (22:40): Ventrikkelflimmer, hvis ubehandlet, vil være dødelig.
Fenton: Ikke sant.
Strogatz (23:01): Fordi du ikke pumper noe blod. Men atrieflimmer er noe du kan leve med?
Fenton (23:06): Ja. Så dette er det fine med denne separasjonen, som du sa. Hvis flimmer skjer i ventriklene, må du defibrillere innen sekunder, minutter, ikke sant? At jo lengre tid du bruker på å defibrillere, desto vanskeligere er det å defibrillere - fordi vevet blir mindre eksiterbart, fordi det er mindre oksygen, og da har du mindre oksygen til hjernen. Og sjansene for å komme seg er svært lave. Så du må virkelig defibrillere veldig raskt i ventriklene. I atriene - atriene og ventrikkelen er fysisk koblet, men elektrisk er koblet fra. Så når du har flimmer i atriene, kan ventriklene fortsatt trekke seg sammen - ikke helt eller regelmessig, men kan trekke seg sammen og sende blod til kroppen. Så atrieflimmer, du kan leve, men du har alltid... Du føler deg sliten. Du kan egentlig ikke bevege deg fordi ventriklene ikke trekker seg sammen så godt som de kunne. Og det er også fordi atriene ikke pumper blod kontinuerlig, noe av blodet kan forbli der, og det er lettere å produsere blodpropper. Blodproppene kan gå inn i kroppen og da kan det gi deg et slag.
(24:05) Så når du har AF, øker det sjansene dine for å få hjerneslag. Og AF, det skjer med de fleste når de blir eldre. Vel, ikke de fleste, men når du blir eldre er det mye større sjanser for å ha AF. Omtrent 2.2 millioner mennesker i USA har AF. Som 70% av personer med AF er mellom 65 og 85 år. Og en av de interessante tingene med AF er at den starter sakte. Bølgen begynner å bryte og produsere spiralbølger, men så forsvinner de. De går bort. Så selv slutter. Men etter hvert som de fortsetter å dukke opp, får de frem mer, jo lenger det vises, jo lenger blir de igjen. Så jo oftere du får AF, jo lengre blir episodene og jo vanskeligere er det å avslutte.
(24:46) Så hvis du begynte å utvikle AF, vil du prøve å gå til legen og få enten medisiner eller andre metoder som kalles for eksempel ablasjon. De kan gå inn i den med et kateter og deretter brenne deler av atriene. Så da har ikke disse bølgene plass nok til å rotere og så avslutter de seg selv. Så det finnes metoder for å prøve å avslutte arytmiene. Og de fungerer bedre jo raskere du finner ut at du har AF, for så lenge – det er veldig interessant – når det skjer, remodellerer det også vevet. Så vevet blir litt større, og elektrofysiologien remodellerer det også. Så hver gang du har mer flimmer, er det lettere å fortsette flimmeret lenger til det blir vedvarende. Og når du først opprettholder, er den eneste måten å gjøre det på i utgangspunktet slike ablasjoner som de må gå dit.
Strogatz (25:31): Så la oss gå inn på den siste delen av diskusjonen vår her, som er å virkelig fokusere på arbeidet du og dine studenter og postdoktorer og kolleger har gjort med å bekjempe bølger med bølger. Så hvorfor begynner vi ikke med, hva er det du og forskerteamet ditt har funnet på som et alternativ til den klassiske defibrilleringen som vi har snakket om så langt?
Fenton (25:52): Så en av de fine tingene med hjertets elektrofysiologi er at det virkelig stemmer godt overens med det vi kaller i fysikk eller i matematikk, anvendt matematikk, et «eksiterbart system». Et eksiterbart system har mye matematikk bak som kan brukes for ikke-lineære systemer eller kaotiske systemer for å undersøke dynamikken til disse aktiveringene som kan skje i rom, i tid og rom. Så det fine er at når du har flimmer, som er flere spiralbølger, er ikke dynamikken tilfeldig. Du kan skrive bevegelsesligninger for å beskrive hvordan det skjer. Og vi har vist – og andre mennesker har også vist – at det kan være kaotisk. Så dynamikken i fibrillering er kaotisk. Og fordi det er kaotisk, er det ikke tilfeldig, det er måter du kan kontrollere. Du kan faktisk undersøke hvordan arytmiene vil oppføre seg, slik at du faktisk kan forstyrre og på en spesiell måte med små forstyrrelser og kontroll.
(26:42) Det fine med kaotiske systemer, som vi vet, er at det er periodiske baner som du kan danne over tid. Og du kan finne måter å forstyrre på en bestemt tid med en spesiell styrke som kan være veldig liten og kontrollere systemet. Så en av tingene vi kan gjøre er å vite når vi skal forstyrre med små sjokk i stedet for ett stort sjokk. Så vi utvikler et par metoder, og andre mennesker har også jobbet med dette området, som vi prøvde å finne ut hvordan vi kan bruke ikke-lineær dynamikk og kaotiske tilnærminger som bruker kaotiske systemer for å minimere forstyrrelsene som faktisk kan fungere på terminering eller kontroll et system.
(27:17) Så tenk deg - jeg vet ikke om dette er en god analogi - men når du har en boks med mange mynter, og du vil sette alle myntene i en kant, kan du kanskje lage en stor bland, og så vil alle myntene gå til den ene siden, ikke sant? Men i stedet kan du gjøre små små stokkinger, og litt etter litt kan du flytte myntene inn i en kant. Så det er hovedideen, at hvis du kan forstyrre på et bestemt tidspunkt på bestemte steder med liten energi, så kan du faktisk synkronisere systemet og terminere arytmiene.
(27:42) Det var veldig hyggelig fordi vi startet det fra et teoretisk synspunkt, og deretter gjorde noen numeriske simuleringer. Og så gikk vi til eksperimenter in vitro og deretter in vivo hvor vi faktisk var i stand til å defibrillere hjerter med å bruke bare 10 % av energien. Så i stedet for å bruke de store energisjokkene, kan du bruke 10%, et par sånne støt og defibrillere. Så tenk deg, hva foretrekker du hvis du skulle bli truffet av Mike Tyson: Foretrekker du ett sjokk eller et par smell? Så det er nok bedre å ha noen smell selv om de sannsynligvis er veldig smertefulle, men mindre smertefulle enn det ene store treffet, ikke sant? Så det er hovedideen at du kan gjøre små små støt og deretter kontrollere systemet. Vi har jobbet med forskjellige metoder for å bruke den ideen. Og vi har lykkes så langt.
Strogatz (28:28): Er ideen noe sånt som, jeg vet at noen ganger når du har en spiralbølge, kommer de med en hånd om at det kan være noen som så å si er høyrehendte og andre er venstrehendte. De kommer ofte i par. Og hvis du treffer en venstrehendt med en høyrehendt, forsvinner begge. Er det sånn du gjør? Prøver du å injisere en spiralbølge for å slå inn i en eksisterende spiralbølge? Eller prøver du å skyve en spiralbølge av hjertet, eller hva?
Fenton (28:53): Vel, det viser seg at det faktisk er det som skjer på slutten, eller det er kravet på slutten, at du må defibrillere. Hver gang du har flimmer, har du mange spiralbølger. Og du har spiralbølger som roterer med klokken og spiralbølger som roterer mot klokken. Og når de dukker opp, må du avslutte dem alle. Og måten du avslutter alle på er ved å matche hver enkelt med motparten. Så når du gjør det store sjokket, er det faktisk det du gjør. Du begeistrer alt vevet, slik at du kobler alle spiralbølgene fra én retning til spiralbølgene fra den andre retningen. Så hvis du begeistrer alt vevet, gjør du det umiddelbart.
(29:27) Så vi kom faktisk ut med en teori nylig om at bruk av dynamikken i faserom hvor du faktisk kan kartlegge dynamikken til systemet ikke i det fysiske rommet, men i et rom med dynamikken til variablene i systemet. Det kan faktisk fortelle deg hvor du skal forstyrre. Og det viser seg når du går tilbake til det fysiske rommet, den enkleste måten å avslutte en arytmi på er nettopp å gjøre en stimulus langs kanten bak bølgen som forbinder en spiralbølge med deres motstykke spiralbølge. Og den mekanismen kaller vi det faktisk "teleportering" fordi en spiralbølge som er i ett punkt, kan du faktisk effektivt med en stimulus flytte den et annet sted. Så øyeblikkelig kan du flytte den fra ett sted i domenet til et annet rom ved hjelp av en stimulus som er godt utformet på tvers av baksiden av bølgen, av spiralbølgen. Så for å defibrillere, vil du teleportere alle spiralbølgene som er med klokken med motstykker som er mot klokken. Og hvis du gjør det med den laveste energien, lykkes du med å defibrillere med den laveste energien.
Strogatz (30:26): Dette høres veldig interessant ut. Men jeg kan tenke meg at leger protesterer mot det av flere grunner. For en ting, du vet, når det er et spørsmål om liv og død, som en person bare har noen få sekunder, kan du se hvorfor de vil bruke åreårene. Det fungerer. Hvis du beskriver noe som krever nøyaktige målinger og timing, vil de ikke si til deg: «Det har vi ikke tid til. Vi kan ikke gjøre de målingene. Denne personen ligger på bakken."
Fenton (30:52): Høyre. Nei, du har helt rett. Når du snakker om noen ting som virkelig er liv og død. Så det er tilfellet her. Med lavenergi-defibrilleringsmetodene som vi har utviklet, fungerer de åpenbart beregningsmessig, og de fungerer på laboratoriet. Men for å sikre at de fungerer hele tiden, overalt, må den utformes på en spesiell måte. Så akkurat nå, når du har produsentene som lager hjertestartere, sier de: "Akkurat nå fungerer det," ikke sant? Hovedideen, det fungerer akkurat nå, hvorfor vil vi senke? Det vi trenger å gjøre er å sørge for at vi kan utvikle disse teoriene som er anvendelige som alltid lykkes selv med lav energi.
(31:28) Så du kan prøve å gjøre det først som en første tilnærming. Og hvis ikke, hvis det mislykkes, så gjør du det store sjokket. Du må passe på at når du bruker disse, venter du ikke for lenge, så da blir det for vanskelig å defibrillere på slutten.
(31:39) Akkurat nå, mange av de implanterbare defibrillatorene, det de gjør er før de gjør et stort sjokk, de prøver å gjøre det som kalles ATP, anti-takykardi-pacing. Når en arytmi dannes, starter den generelt med en spiralbølge som utvikler seg til multipler. Så hovedideen er at når algoritmen oppdager at du har flimmer i ventriklene, så vil de prøve å gå litt raskere enn rotasjonen til spiralbølgene for å se at de kan påvirke bølgen og avslutte den. Så de gjør litt av denne ATP. Og så hvis det ikke fungerer, så går de for sjokket.
Strogatz (32:11): Jeg tenker bare at det er interessant psykologien til menneskene som lager de implanterbare defibrillatorene eller legene som bruker dem til sine pasienter, at de er villige til å gjøre denne typen mildere — jeg antar at denne ATP, anti-takykardi-pacingen, at det er et slags mildere eller mer godartet forsøk på å redde hjertet før du gir det eksplosjonen, den implanterbare eksplosjonen. Så de virker allerede åpne for denne typen idé om å prøve noe mildere før du tar frem den store pistolen.
Fenton (32:41): Rett. Så dette er en mellomting. ATP gjøres med en elektrode som er festet til... Så defibrillatorene generelt sett gir et elektrisk støt mellom en elektrode som er i ventriklene og selve defibrillatoren. Så det er hvordan de lager et elektrisk felt mellom de to. Og når de gjør ATP, baserer de seg bare fra elektroden som er på ventrikkelen. En av ideene vi har er å prøve å gjøre lavenergidefibrilleringen ved å bruke bare i stedet for disse to - elektroden og bunnen av defibrillatoren - for å utføre lavenergisjokkene. Men det krever fortsatt litt tid, og vi må jobbe med å sørge for at vi alltid viser at det alltid er trygt og vellykket å defibrillere.
(33:19) Men fra mitt synspunkt av en fysiker, synes jeg det er utrolig at vi har vært i stand til å forstå mye av dynamikken til arytmier fra bare å bruke konsepter av eksitable systemer som eksisterer, som har eksistert for mange år, for å beskrive dynamikken til kjemiske oscillatorer og slike ting. Og teorien kan brukes. Og faktisk, numerisk, kan vi alltid se at det fungerer. Og vi går til eksperimentene. Og vi kan faktisk se at det fungerer.
(33:44) Så det spennende er at bare å bruke disse konseptene kan brukes til å utvikle nye teknikker for nye måter å defibrillere på, det er ikke bare metoden som det nettopp ble oppdaget, at bare ett stort sjokk vil fungere, så lenge siden den er veldig sterk. Så det er fortsatt en lang vei å gå for å sikre at dette er aktuelt. Men teorien er der. Og at jeg synes det er det som er spennende. Så den tekniske delen av hvordan du får det til å fungere vellykket og pålitelig, ja, det er en lang vei å gå. Men vi har bakgrunnen for hvor vi skal begynne.
Strogatz (34:14): Å, det er flott. Du vet, som en person som selv gjør matematikk, er jeg henrykt over at du har disse teoretiske ideene som kan vise seg å være livreddende eller forbedre livskvaliteten for menneskene som trenger dem. Så la meg stille deg noen få spørsmål om detaljene i dette. Jeg vil spørre deg om datamaskindelen og om den eksperimentelle delen. Så hvorfor begynner vi ikke med datamaskinen? Disse beregningene høres ut som de ville være vanskelige. Jeg leste et sted at du trenger noe sånt som 40 eller 50 differensialligninger, ikke-lineære differensialligninger for hver celle fordi jeg antar at du holder styr på ioniske konduktanser og spenninger og konsentrasjoner. Så de er vanskelige ligninger bare for én celle, og så har du mange celler å forholde deg til. Hvordan gjør du disse beregningene? Bruker du superdatamaskiner? Bruker du grafikkort eller hva?
Fenton (35:04): Ja, for å kvantifisere den elektriske spenningen i cellen må man ta hensyn til alle ionekanalene som finnes og alle strømmene som går gjennom, i tillegg til kalsiumdynamikken. Så du kan gå som fysiker på jakt etter den sfæriske kua - i dette tilfellet den sfæriske cellen. Og gjør enklere modeller som bare har to variabler. To variabler er nok til å gi deg dynamikk for hvordan vil skje generelt. Men ettersom du ønsker å gå mer presist inn på celledynamikken og all kompleksiteten som finnes der, kan du begynne å bruke modeller som folk har utviklet gjennom årene. Biomedisinske ingeniører har utviklet komplekse modeller. Noen av modellene inkluderer opptil 100 differensialligninger bare for én celle. Du kan forestille deg at antallet variabler du har er i tusenvis. Jo større antall variabler du har, [jo større] antall eksperimentelle data trenger du for å sikre at du ikke er i et reelt minimum, ikke i et lokalt minimum. Men uansett, disse modellene må brukes for å undersøke litt av hvordan det fungerer.
(36:16) Så når du studerer disse modellene i verdensrommet, må du nå gjøre rede for alle hjertecellene. Og noen ganger numerisk må du til og med diskretisere kortere enn diskretiseringen av hjertecellene på grunn av hvordan vi modellerer diffusjonen av den elektriske aktiviteten gjennom cellen. Så du endte opp med å ha millioner av hjerteceller du måtte simulere når du går til 2D- eller 3D-realistiske hjerter. Så det meste av tiden bruker folk superdatamaskiner. Så du må bruke superdatamaskiner for å simulere den elektriske aktiviteten. Og noen ganger tar det mange, mange timer å gjøre bare et par sekunder. Det er et stort, et stort problem. Det finnes metoder for å prøve å akselerere dynamikken. Du kan bruke adaptive-i-tid-og-rom metoder og mer kompliserte måter som vi og mange andre mennesker har gjort. Så du kan kjøre simuleringer raskere.
(36:46) I løpet av de siste 10-15 årene har utviklingen av grafikkort for spill faktisk tillatt å gjøre superdatasimuleringer veldig ofte. Noen ganger kan du gjøre dem på en PC eller til og med på en bærbar PC, du kan ha tusenvis av prosessorer i GPUen, og utvikle simuleringene ved å bruke disse programmene som ikke kan ha tilgang til CPUen, men GPUen, som har flere prosessorer for å akselerere dynamikken de plotter på skjermen.
(37:12) Så det som skjer er at i stedet for å bruke pikslene du brukte til å plotte det på skjermen for å fargelegge, kan du bruke dem til å gjøre rede for variablene for modellen du vil gjøre. Så du kan bruke pikslenes informasjon for hver variabel i systemet. Og så er flere variabler cellene i GPUen og kjører den veldig, veldig raskt parallelt.
Strogatz (37:33): Jeg vil understreke det poenget. Jeg synes det er bemerkelsesverdig for folk som ikke har tenkt på det at du tenker på videospill som morsomme, men litt useriøse. Du vet, dette er som at barn kaster bort tiden sin eller bare tuller rundt, eller voksne også. Men de har kommet opp med en teknologi for å få spillene til å spille veldig raskt som kan være nyttig for folk som deg som prøver å beregne ting veldig raskt om hjerteceller spredt ut i verdensrommet. Det er bare ikke noe du kanskje hadde forestilt deg som veien videre, men det viste seg å være veldig verdifullt og en veldig kreativ bruk av denne teknologien utviklet for videospill.
Fenton (38:08): Ja, mange mennesker har brukt dem til høyytelses databehandling siden de siste 15 årene. Og så utviklet Nvidia sitt eget språk for å gjøre det, dette CUDA-språket. Det kan være en C-kompilator i CUDA eller til og med en Fortran-kompilator i CUDA. Ja, min gamle rådgiver Robert Gilmour pleide å si "Før du brukte mye penger på datamaskinene. Nå må du bruke mye penger på menneskene som koder programvaren til datamaskinene.» For nå er det, du trenger ikke å bruke penger på superdatamaskinen – du kan bruke pengene på en billig GPU-datamaskin. Men nå er det mer komplisert å skrive kodene for å gjøre det.
(38:41) Men det er mange forskjellige språk der ute. Og vi begynte å jobbe med en som heter WebGL som lar deg kjøre koder direkte gjennom nettleseren. Så du kan faktisk kjøre simuleringene i en nettleser. Så de er uavhengige av operativsystemet og uavhengige av enheten. Så så lenge GPU-en kan håndtere minnet til programmet du vil kjøre, kan du til og med kjøre det på mobiltelefonen. Mobiltelefonen er så kraftig. Mobiltelefonene dine nå, de er mye kraftigere enn all beregningen som var på månemodulene vi sendte. Det er bare utrolig hvor mye makt de har. Så du kan faktisk gjøre en simulering av et 3D-hjerte - et lite 3D-hjerte, som et kaninhjerte - på en avansert mobiltelefon. Vi kan gjøre simuleringer i sanntid.
(39:23) Det fine er også at de kan, fordi de bruker pikslene du viser på skjermen for å gjøre simuleringene, kan du interaktivt stimulere vevet direkte eller endre parametere i simuleringen og se hva som skjer mens du undersøker dynamikken i systemet. Og det kan gjøres for ethvert reaksjonsdiffusjonssystem eller partielle differensialligninger. Så du kan gjøre det for væskedynamikk, du kan gjøre det for krystallvekst. Så dette er det fine med GPUer, grafikkort. Det er så mektig nå. Vi kan gjøre slike simuleringer nå.
Strogatz (39:52): Så la meg avslutte med deg ved å bare ta opp spørsmålet om eksperimentene. Du nevnte dem. Men i introduksjonen min nevnte jeg at du har brukt, i tillegg til dyrehjerter... Det virkelig dramatiske er selvfølgelig å bruke faktiske menneskehjerter. Og så jeg forstår at du har fått tilgang til menneskelige hjerter fra donorer, organdonorer. Kan du fortelle litt om det og hva de har lært deg?
Fenton (40:15): Ja, så i mange år har vi alltid brukt dyrehjerter - kaniner, marsvin, griser noen ganger. Og da jeg var på Cornell, brukte vi faktisk til og med hestehjerter, og et hestehjerte er enormt. Det er større enn to basketballer sammen. De er laget for å løpe. Så når du åpner en hest, er innsiden du kan se for det meste lunger og hjertet.
(40:35) Hovedideen er å prøve å minimere bruken av dyr. Og også, viktigst av alt, hovedsaken, det vi ønsket å studere er det menneskelige hjertet. Så da jeg kom hit til Georgia Tech, prøvde jeg å samarbeide, jeg samarbeidet med kardiologer ved Emory, ved universitetet i Emory på sykehuset. Og til slutt, etter noen år, i samarbeid med et par kardiologer, kunne vi skrive noen av protokollene med advokatene og tillatelser med pasientene. Svært ofte når en pasient får en hjertetransplantasjon, kan vi få hjertene fra pasienten. De ringer oss og vi venter utenfor operasjonssalen. Så snart det nye hjertet kommer og de tar ut hjertet til pasienten, gir de det til oss. Så jeg kan forberede den og bringe den til Georgia Tech, som ligger 10 minutter fra Emory, fra sykehuset. Så jeg tar det med inn i laboratoriet vårt, og jeg kan fylle det med noe som ligner på blod. Du kan bruke det som kalles Tyrodes løsning, det er en løsning som har alle ionene som er nødvendige for å holde hjertet i live. Og vi kan gjenopplive hjertet. Det er litt som en - virkelig som en Frankenstein. Virkelig er. Det er bare, det er levende! Det er bare, ta med hjertet, bare begynn å perfuse det, som kommer tilbake i live. Og det begynner å trekke seg sammen. Og så kan vi gjøre eksperimenter der.
(40:40) For å visualisere elektriske signaler bruker vi noe som kalles optisk kartlegging. Du legger et fargestoff som er et spenningsfargestoff som går inn i hjertemembranen. Og disse fargestoffene absorberer lys ved én frekvens og sender ut med en annen frekvens. At toppemisjonen er en funksjon av spenningen. Så når spenningen endres, endres emisjonsspektrene. Så mengden lys du får ved en gitt frekvens endres. Så du kan sette noen filtre inn i kameraet og deretter visualisere det elektriske signalet direkte i hele rommet som en endring i lysets intensitet. Og så kan vi visualisere spiralbølgene den formen. Vi kan se spiralbølgene faktisk i det virkelige liv, vi kan se spiralbølgene rotere, spiralbølger bryte, hvordan de starter og hvordan kan faktisk når vi gjør stimulansen, hvordan forstyrrer vi dem slik at de enten kan fortsette eller avsluttes. Så det er ganske utrolig at vi faktisk nå kan gjøre disse eksperimentene i de virkelige hjertene, i de virkelige menneskehjerter.
Strogatz (42:38): Det er virkelig fantastisk. Jeg mener, fordi dette er noe, vet du, jeg personlig har vært interessert i denne typen spørsmål om eksitable medier og hjertearytmier helt siden jeg jobbet med en gentleman ved navn Art Winfree for lenge siden, tidlig på 1980-tallet. Og i disse dager var det bare begynnelsen på visualisering av bølger på hjerter. Men mest var det teoretisk. Vi så for oss spiralbølger. Våre matematiske og kjemiske analoger fortalte oss at det skulle være spiralbølger eller deres tredimensjonale generalisering, rullebølger. Men ideen om at du faktisk kunne se en på et menneskehjerte var ganske fantastisk. Og nå gjør du det. Vi bør nok avslutte med å prøve å tenke på fremtiden. Hva ser du for deg nedover veien, det teoretiske og eksperimentelle arbeidet du og gruppen din har gjort? Hva drømmer du om hvor dette kan føre?
Fenton (43:27): Jeg tror, det vi alle ser etter, er at vi kan defibrillere hjerter før de starter og vite når noe kommer til å utvikle defibrillering og hvordan vi kan avslutte dem med svært lave energipulser. Det viser seg at det nå er en annen måte å prøve å defibrillere på - er å bruke lys. Så det er noen grupper som har jobbet med å legge ionekanaler inn i cellene til hjerteceller som kan bli opphisset med lys. Så du kan faktisk stimulere eller avstimulere med lys, avhengig av intensiteten og bølgelengden. Det virker som det er mulig i fremtiden at du kan lage denne applikasjonen for å gjøre celler eksiterbare med lys. Og så på et tidspunkt, kanskje du til og med kan defibrillere ved å bare sette inn et lys internt i systemet og defibrillere på den måten uten å måtte bruke elektrisk støt. Dette kalles optogenetikk. Og det er mange grupper i USA og i Europa som jobber med det.
Strogatz (44:19): Wow. Det, det er virkelig futuristisk tenkning. Fantastisk! La meg bare si tusen takk, Flavio, for at du ble med oss i dag. Dette har vært en fascinerende samtale. Så, vi har snakket her med Flavio Fenton, som studerer hjertedynamikk ved School of Physics ved Georgia Tech. Takk igjen så mye for at du ble med oss, Flavio.
Fenton (44:37): Å, Steve. Dette har vært min glede. Tusen takk for at jeg fikk komme.
Hallo (44:44): Romfart avhenger av smart matematikk. Finn uutforskede solsystemer i Quanta Magazinesitt nye daglige matematikkspill, Hyperjumps. Hyperjumps utfordrer deg til å finne enkle tallkombinasjoner for å få raketten din fra en eksoplanet til den neste. Spoilervarsel: Det er alltid mer enn én måte å vinne på. Test din astrale aritmetikk kl hyperjumps.quantamagazine.org.
Strogatz (45: 16): Gleden over hvorfor er en podcast fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon støttet av Simons Foundation. Finansieringsbeslutninger fra Simons Foundation har ingen innflytelse på valg av emner, gjester eller andre redaksjonelle beslutninger i denne podcasten eller i Quanta Magazine. Gleden over hvorfor er produsert av Susan Valot og Polly Stryker. Redaktørene våre er John Rennie og Thomas Lin, med støtte fra Matt Carlstrom og Zach Savitsky [samt Nona McKenna og Saugat Bolakhe]. Temamusikken vår ble komponert av Richie Johnson. Julian Lin kom opp med podcastnavnet. Episoden er av Peter Greenwood og logoen vår er av Jaki King. Spesiell takk til Bert Odom-Reed ved Cornell Broadcast Studios. Jeg er verten din, Steve Strogatz. Hvis du har spørsmål eller kommentarer til oss, vennligst send oss en e-post på Takk for at du lyttet.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
- kilde: https://www.quantamagazine.org/can-math-and-physics-save-an-arrhythmic-heart-20230712/
- : har
- :er
- :ikke
- :hvor
- ][s
- $OPP
- 10
- 100
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15 år
- 15%
- 16
- 17
- 19
- 1998
- 20
- 200
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 28
- 2D
- 30
- 31
- 32
- 33
- 36
- 39
- 3d
- 40
- 50
- 51
- 75
- 80
- a
- I stand
- Om oss
- om det
- ovenfor
- akselerere
- adgang
- Logg inn
- tvers
- aktive
- Aktivering
- aktiveringer
- aktivitet
- faktiske
- faktisk
- legge
- tillegg
- rådgiver
- påvirke
- Etter
- en gang til
- siden
- Varsle
- algoritme
- Alle
- tillate
- tillatt
- tillater
- langs
- allerede
- også
- alternativ
- alltid
- am
- utrolig
- beløp
- an
- og
- dyr
- dyr
- En annen
- noen
- app
- vises
- vises
- vises
- eple
- aktuelt
- Søknad
- anvendt
- Påfør
- tilnærminger
- ER
- AREA
- Arizona
- armer
- rundt
- arrestere
- ankommer
- Kunst
- AS
- aspekter
- anta
- At
- angripe
- Angrep
- oppmerksomhet
- AV
- borte
- tilbake
- bakgrunn
- ball
- basen
- baseball
- I utgangspunktet
- BE
- fordi
- blir
- vært
- før du
- begynne
- Begynnelsen
- bak
- være
- Bedre
- mellom
- Stor
- større
- Biggest
- Sedler
- biomedisinsk
- Bit
- Blokker
- blokkert
- Blocks
- blod
- kroppen
- både
- Bunn
- Eske
- Brain
- grener
- Break
- Breaking
- pauser
- bringe
- Bringe
- kringkaste
- nett~~POS=TRUNC leseren~~POS=HEADCOMP
- brenne
- men
- by
- Kalsium
- beregne
- ring
- som heter
- kom
- rom
- CAN
- Kan få
- kan ikke
- Kort
- saken
- saker
- forårsaket
- årsaker
- forårsaker
- mobil
- Celler
- sentrum
- viss
- utfordringer
- sjansene
- endring
- Endringer
- kanaler
- billig
- kjemisk
- chris
- omstendigheter
- Classic
- fjerne
- Lukke
- kode
- koder
- Mynter
- samarbeide
- samarbeider
- Kollapse
- kollapset
- kollegaer
- kolliderer
- kombinasjoner
- kombinere
- Kom
- kommer
- kommentarer
- sammenligning
- fullføre
- helt
- komplekse
- kompleksitet
- komplisert
- komponert
- beregningen
- beregninger
- datamaskin
- datamaskiner
- databehandling
- konsepter
- tilstand
- dirigerer
- tilkoblet
- Tilkobling
- tilkobling
- forbinder
- Bevissthet
- kontakt
- fortsette
- kontinuerlig
- Kontinuum
- kontrakt
- entreprenør
- sammentrekning
- kontrakter
- kontroll
- Samtale
- cornell
- Corner
- kunne
- motstykke
- Par
- Kurs
- skape
- Kreativ
- Krystall
- daglig
- skade
- Dangerous
- dato
- Dager
- avtale
- Død
- avgjørelser
- definert
- avhengig
- avhenger
- beskrive
- designet
- detaljer
- utvikle
- utviklet
- utvikle
- Utvikling
- utvikler
- enhet
- gJORDE
- Die
- forskjellig
- kringkasting
- retning
- direkte
- forsvinne
- frakoblet
- oppdaget
- diskusjon
- forstyrret
- skillet
- nød
- do
- leger
- gjør
- ikke
- gjør
- domene
- gjort
- ikke
- ned
- dramatisk
- drøm
- drevet
- kjøring
- under
- dynamikk
- hver enkelt
- Tidligere
- Tidlig
- enklere
- enkleste
- lett
- Edge
- Redaksjonell
- effektivt
- enten
- eldre
- Elektrisk
- elektrisitet
- ellers
- emalje
- utslipp
- understreket
- slutt
- energi
- Ingeniørarbeid
- Ingeniører
- nok
- Hele
- episode
- ligninger
- Europa
- Selv
- hendelser
- etter hvert
- NOEN GANG
- Hver
- alle
- evolusjon
- nøyaktig
- eksempel
- Unntatt
- opphisset
- spent
- spennende
- eksisterer
- eksistens
- eksisterende
- finnes
- exoplanet
- erfaring
- eksperimenter
- forklaring
- utvendig
- ekstremt
- FAIL
- mislykkes
- Failure
- fantasi
- langt
- fascinerende
- FAST
- raskere
- Favoritt
- føler
- Noen få
- felt
- Felt
- slåss
- slåss
- Figur
- Film
- filtre
- slutt~~POS=TRUNC
- Endelig
- Finn
- Brann
- brannmenn
- Først
- første gang
- væske
- Væskedynamikk
- Fokus
- fotball
- Til
- Tving
- skog
- for alltid
- skjema
- dannet
- skjemaer
- Forward
- Fundament
- fire
- brøkdel
- Frekvens
- venn
- fra
- foran
- moro
- funksjon
- finansiering
- framtid
- futuristiske
- spill
- Games
- gaming
- general
- George
- Georgia
- få
- få
- Gi
- gitt
- gir
- Global
- Go
- mål
- Går
- skal
- borte
- god
- GPU
- GPU
- oppgradere
- Grafisk
- grafikk
- gress
- flott
- Greenwood
- Grid
- Ground
- Gruppe
- Gruppens
- Grow
- Vokser
- gjester
- HAD
- Halvparten
- hånd
- håndtere
- hender
- skje
- skjedde
- Skjer
- skjer
- Hard
- hardere
- Ha
- å ha
- he
- høre
- hørsel
- Hjerte
- Heart Attack
- Hjertefeil
- hjelpe
- her.
- Høy
- High-End
- høyere
- ham
- hans
- hit
- håper
- forferdelig
- Hest
- vert
- TIMER
- Hvordan
- Hvordan
- Men
- HTTPS
- stort
- menneskelig
- Hundrevis
- i
- JEG VIL
- Tanken
- Ideer
- if
- forestille
- trodd
- viktig
- forbedre
- in
- inkludere
- Inkludert
- øker
- uavhengig
- påvirke
- informasjon
- initiere
- initiert
- Starter
- injisere
- innsiden
- instant
- øyeblikkelig
- i stedet
- instruksjoner
- interessert
- interessant
- intern
- internt
- inn
- Introduksjon
- undersøke
- ionic
- IT
- DET ER
- selv
- John
- Johnson
- bli medlem
- sammenføyning
- blir med oss
- bare
- bare én
- Hold
- holde
- kids
- Drepe
- Type
- konge
- Vet
- kjent
- lab
- Språk
- språk
- laptop
- stor
- større
- Siste
- seinere
- advokater
- føre
- League
- venstre
- mindre
- la
- Life
- lett
- i likhet med
- Sannsynlig
- lin
- linje
- LINK
- Lytting
- litteratur
- lite
- leve
- lokal
- logo
- Lang
- lang tid
- lenger
- Se
- så
- ser
- UTSEENDE
- taper
- taper
- tapte
- Lot
- Lav
- lavere
- lavest
- Lunar
- laget
- magazine
- Hoved
- gjøre
- GJØR AT
- Making
- Produsenter
- mange
- kart
- kartlegging
- massive
- matchende
- math
- matematiske
- matematikk
- Saken
- Kan..
- kan være
- me
- bety
- midler
- måling
- målinger
- målinger
- mekanisk
- mekanisme
- mekanismer
- Media
- medisinsk
- medisin
- Møt
- Minne
- nevnt
- metode
- metoder
- Middle
- kunne
- mike
- Mike Tyson
- millioner
- millioner
- tankene
- minimum
- minutter
- modell
- modellering
- modeller
- Moduler
- øyeblikk
- penger
- mer
- mest
- for det meste
- bevegelse
- flytte
- Filmer
- flytting
- mye
- flere
- musikk
- my
- navn
- oppkalt
- nasjonal
- Naturlig
- nødvendig
- Trenger
- behov
- naboer
- aldri
- Ny
- neste
- NHL
- fint
- Nei.
- node
- normal
- normalt
- Merknader
- ingenting
- nå
- Antall
- Nvidia
- forekom
- of
- off
- ofte
- oh
- Gammel
- on
- gang
- ONE
- seg
- bare
- åpen
- drift
- operativsystem
- motsatt
- or
- rekkefølge
- Annen
- andre
- vår
- ut
- utenfor
- enn
- egen
- Oksygen
- Fred
- smertefullt
- par
- Parallel
- parametere
- del
- Spesielt
- passere
- bestått
- passerer
- Passerer
- pasient
- pasienter
- mønstre
- betalende
- PC
- Topp
- Ansatte
- perfekt
- ytelse
- perioden
- periodisk
- tillatelser
- person
- personlig
- ansatte
- Peter
- fase
- telefon
- telefoner
- fysisk
- fysisk
- Fysikk
- bilde
- brikke
- Sted
- steder
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Spille
- spiller
- spiller
- sluttspillet
- vær så snill
- glede
- podcast
- Podcasting
- Point
- Synspunkt
- mulig
- muligens
- postdoktorer
- potensielt
- makt
- kraftig
- presis
- nettopp
- trekker
- Forbered
- president
- trykk
- press
- pen
- pro
- sannsynligvis
- Problem
- problemer
- prosessorer
- produsere
- produsert
- produserer
- produserende
- Professor
- program
- programmer
- riktig
- eiendom
- beskyttet
- protokoller
- Psykologi
- Utgivelse
- pumpe
- pumping
- pumps
- Skyv
- sette
- Sette
- kvalitet
- Quantamagazin
- spørsmål
- spørsmål
- raskt
- Kanin
- hever
- tilfeldig
- Lese
- ekte
- ekte liv
- sanntids
- realistisk
- virkelig
- grunner
- mottar
- mottak
- nylig
- nylig
- Gjenopprette
- Uansett
- region
- regelmessig
- slektning
- relativt
- slipp
- utgitt
- pålitelig
- forbli
- bemerkelsesverdig
- husker
- huske
- krever
- påkrevd
- behov
- Krever
- redde
- forskning
- Svare
- REST
- resulterende
- Gjenopplive
- ikke sant
- vei
- ROBERT
- Rocket
- rom
- Kjør
- rennende
- s
- trygge
- Sikkerhet
- Sa
- samme
- Spar
- så
- sier
- sier
- sier
- scenario
- scene
- Skole
- Vitenskap
- skrikende
- Skjerm
- bla
- Sekund
- sekunder
- Seksjon
- seksjoner
- se
- synes
- syntes
- synes
- utvalg
- SELV
- send
- sender
- sendt
- separat
- sett
- bør
- Vis
- vist
- Viser
- shuffle
- side
- Signal
- signaler
- lignende
- Enkelt
- enklere
- simulering
- siden
- enkelt
- singularitet
- sitte
- Sakte
- liten
- mindre
- So
- så langt
- Software
- solenergi
- løsning
- noen
- Noen
- noe
- et sted
- snart
- Lyd
- Rom
- Romfart
- snakke
- spesiell
- Spesialitet
- bruke
- spike
- Sports
- Spotify
- spre
- kvadrat
- stabil
- stadioner
- stå
- Begynn
- startet
- Start
- starter
- statistikk
- Steve
- Still
- stimulus
- Stopp
- Stopper
- styrke
- sterk
- struktur
- Student
- Studenter
- studier
- studioer
- Studer
- lykkes
- vellykket
- vellykket
- slik
- plutselig
- superdatamaskin
- støtte
- Støttes
- sikker
- Susan
- synk.
- system
- Systemer
- Ta
- tar
- ta
- Snakk
- snakker
- Snakker
- undervist
- lag
- tech
- teknikker
- Teknologi
- fortelle
- forteller
- test
- enn
- takk
- Takk
- Det
- De
- Blokken
- Myntene
- Fremtiden
- deres
- Dem
- tema
- deretter
- teoretiske
- teori
- Der.
- Disse
- de
- ting
- ting
- tror
- tenker
- denne
- De
- selv om?
- trodde
- tusener
- tre
- tredimensjonal
- terskel
- begeistret
- Gjennom
- tid
- Tidsbestemt
- ganger
- timing
- trøtt
- til
- i dag
- sammen
- også
- tok
- topp
- temaer
- HELT KLART
- berøre
- berørt
- berøre
- spor
- tradisjonelle
- reiser
- behandle
- behandling
- prøvd
- prøve
- SVING
- snudde
- snur
- tutorial
- tv
- to
- typer
- oss
- etter
- Underliggende
- understreke
- forstå
- uforglemmelig
- universitet
- til
- us
- bruke
- brukt
- ved hjelp av
- vanligvis
- Verdifull
- Versus
- veldig
- Vessel
- video
- videospill
- Se
- seere
- visualisering
- Spenning
- Sårbar
- W
- vente
- venter
- ønsker
- ønsket
- var
- Se
- Vann
- Wave
- bølger
- Vei..
- måter
- we
- web
- nettleser
- webp
- vekt
- VI VIL
- gikk
- var
- Hva
- Hva er
- når
- hvilken
- HVEM
- hele
- hvorfor
- bredde
- vil
- villig
- vinne
- vindu
- med
- innenfor
- uten
- ord
- Arbeid
- arbeide sammen
- arbeidet
- arbeid
- virker
- orm
- verste
- ville
- skrive
- Feil
- år
- ja
- Du
- Younger
- Din
- deg selv
- youtube
- zephyrnet