We propose a boundary element method for the accurate solution of the cell-by-cell bidomain model of electrophysiology. The cell-by-cell model, also called Extracellular-Membrane-Intracellular (EMI) model, is a system of reaction-diffusion equations describing the evolution of the electric potential within each domain: intra- and extra-cellular space and the cellular membrane. The system is parabolic but degenerate because the time derivative is only in the membrane domain. In this work, we adopt a boundary-integral formulation for removing the degeneracy in the system and recast it to a parabolic equation on the membrane. The formulation is also numerically advantageous since the number of degrees of freedom is sensibly reduced compared to the original model. Specifically, we prove that the boundary-element discretization of the EMI model is equivalent to a system of ordinary differential equations, and we consider a time discretization based on the multirate explicit stabilized Runge-Kutta method. We numerically show that our scheme convergences exponentially in space for the single-cell case. We finally provide several numerical experiments of biological interest.
翻译:我们建议了一种精确解决细胞-细胞间地貌模型的边界要素方法。 细胞间地貌模型(也称为外细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 模型( EMI) 模型, 是一种反应- 扩散方程式的系统, 描述每个领域内电源- 和外细胞- 细胞- 膜- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 细胞- 模型- 模型- 细胞- 模型- 细胞- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型( 模型( 模型) 模型) 模型( 模型) 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型- 模型) 模型- 模型- 模型- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 反应- 系统