Heart rate variability results from the combined activity of several physiological systems, including the cardiac, vascular, and respiratory systems which have their own internal regulation, but also interact with each other to preserve the homeostatic function. These control mechanisms operate across multiple temporal scales, resulting in the simultaneous presence of short-term dynamics and long-range correlations. The Network Physiology framework provides statistical tools based on information theory able to quantify structural aspects of multivariate and multiscale interconnected mechanisms driving the dynamics of complex physiological networks. In this work, the multiscale representation of Transfer Entropy from Systolic Arterial Pressure (S) and Respiration (R) to Heart Period (H) and of its decomposition into unique, redundant and synergistic contributions is obtained using a Vector AutoRegressive Fractionally Integrated (VARFI) framework for Gaussian processes. This novel approach allows to quantify the directed information flow accounting for the simultaneous presence of short-term dynamics and long-range correlations among the analyzed processes. The approach is first illustrated in simulated VARFI processes and then applied to H, S and R time series measured in healthy subjects monitored at rest and during mental and postural stress. Our results highlight the dependence of the information transfer on the balance between short-term and long-range correlations in coupled dynamical systems, which cannot be observed using standard methods that do not consider long-range correlations. The proposed methodology shows that postural stress induces larger redundant effects at short time scales and mental stress induces larger cardiovascular information transfer at longer time scales.


翻译:包括心脏、血管和呼吸系统在内的若干生理系统的综合活动导致心脏、血管和呼吸系统的心率变化,这些系统有自己的内部调控,但也彼此互动,以维护内脏功能。这些控制机制在多个时间尺度上运作,导致同时存在短期动态和长距离关联。网络生理框架提供基于信息理论的统计工具,能够量化多种变异和多尺度相互关联的机制的结构方面,驱动复杂的生理网络的动态。在这项工作中,从心血管压力(S)和呼吸(R)转移到心脏时期(H)的多比例化导体向心血管时期(R)的转移,以及将其分解成独特、冗余和协同贡献的多比例化。这些控制机制在多个时间尺度上运作,同时存在短期动态和多尺度的相互关联机制。这一方法首先在模拟VARFI(S)进程和呼吸(R)向心脏时期(H、S)转移)的多尺度内,其分解成独特、冗余和协同贡献。在高尺度上,在健康主体的递增后反应中,无法用长期的递变压法方法来量化定向信息流流动。在动态压力和后,在动态压力体系中考虑短期和后变压中测算。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
专知会员服务
159+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月15日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员