Джон Виксво

Джон Виксво
Рожденный( 1949-10-06 )6 октября 1949 г. (75 лет)
Линчберг, Вирджиния , США
Научная карьера
ПоляБиологическая физика
УчрежденияУниверситет Вандербильта

Джон Питер Виксво-младший (родился 6 октября 1949 года) — биологический физик в Университете Вандербильта . Он родился в Линчбурге, Вирджиния , США .

Виксво известен своими работами по биомагнетизму и электрофизиологии сердца .

Высшая школа

В 1970-х годах Виксво был аспирантом Стэнфордского университета , где он работал под руководством физика Уильяма М. Фэрбэнка , изучая магнитокардиографию .

Биомагнетизм

В 1977 году он стал доцентом кафедры физики и астрономии в Университете Вандербильта , где он создал лабораторию для изучения физики живого состояния. В 1980 году он провел первое измерение магнитного поля изолированного нерва, пропустив седалищный нерв лягушки через проволочный тороид с ферритовым сердечником и обнаружив индуцированный ток с помощью SQUID- магнитометра . [1] В то же время Виксво и Кен Суинни вычислили магнитное поле нервного аксона. [2] За этой работой несколько лет спустя последовало первое подробное сравнение измеренного и вычисленного магнитного поля, создаваемого одним нервным аксоном. [3]

В смежном направлении исследований Виксво сотрудничал с профессором Джоном Барахом из Университета Вандербильта, чтобы проанализировать информационное содержание биомагнитных и биоэлектрических сигналов. [4] [5] [6]

Электрофизиология сердца

Одним из важнейших вкладов Виксво в науку является его работа в области электрофизиологии сердца. В 1987 году он начал сотрудничать с врачами Медицинской школы Вандербильта, включая Дэна Родена, для изучения распространения электричества в сердце собаки. [7] Эти исследования привели к открытию эффекта виртуального катода в сердечной ткани: во время электрической стимуляции фронт волны потенциала действия возникал дальше от электрода в направлении, перпендикулярном волокнам миокарда, чем в направлении, параллельном им. [8]

Параллельно с этими экспериментальными исследованиями Виксво теоретически анализировал эффект виртуального катода, используя модель бидомена , математическую модель электрических свойств сердечной ткани, которая учитывает анизотропные свойства как внутриклеточного, так и внеклеточного пространства. Впервые он использовал модель бидомена для интерпретации биомагнитных измерений из нитей сердечной ткани. [9] Виксво понял, что свойство неравных отношений анизотропии в сердечной ткани (отношение электропроводности в направлениях, параллельных и перпендикулярных волокнам миокарда, различно во внутриклеточном и внеклеточном пространстве) имеет важные последствия для магнитного поля, связанного с распространяющимся фронтом волны потенциала действия в сердце. Совместно с Нестором Сепульведой Виксво использовал метод конечных элементов для расчета отличительной четырехкратной симметричной картины магнитного поля, создаваемой распространяющимся наружу волновым фронтом. [10]

Неравные коэффициенты анизотропии оказывают еще большее влияние во время электрической стимуляции сердца. Снова используя модель конечных элементов, Виксво, Рот и Сепульведа предсказали распределение трансмембранного потенциала вокруг униполярного электрода, пропускающего ток в пассивный двумерный слой сердечной ткани. [11] Они обнаружили, что область деполяризации под катодом простирается дальше в направлении, перпендикулярном волокнам, чем параллельно волокнам, форма, которую Виксво назвал собачьей костью. Это предсказание немедленно объяснило эффект виртуального катода, обнаруженный экспериментально в собачьем сердце; они наблюдали виртуальный катод в форме собачьей кости. Более поздние моделирования с использованием активной, зависящей от времени бидоменной модели подтвердили этот вывод. [12]

Расчет трансмембранного потенциала с помощью униполярного электрода привел к другому предсказанию: области гиперполяризации, прилегающие к катоду в направлении, параллельном волокнам миокарда. Изменение поляризации стимула обеспечило механизм анодной стимуляции сердечной ткани. Чтобы экспериментально проверить это предсказание, Виксво освоил технику оптического картирования с использованием чувствительных к напряжению красителей , что позволило измерить трансмембранный потенциал с помощью оптических методов. Совместно с Марком Лином Виксво провел высокоточные измерения возбуждения после стимуляции через униполярный электрод в сердце кролика и подтвердил четыре механизма электрической стимуляции — создание катода, разрыв катода, создание анода и разрыв анода, — которые были предсказаны расчетами бидомена. [13] (Катод и анод относятся к полярности стимула, а замыкание и размыкание указывают, произошло ли возбуждение после начала или окончания импульса стимула.) Более поздние эксперименты с использованием этой техники привели к предсказанию нового типа сердечной аритмии , которую Виксво назвал четырехлистным повторным входом . [14]

СКВИД-магнитометры

В 1990-х годах Виксво начал разрабатывать магнитометры SQUID с высоким пространственным разрешением для картирования магнитного поля, которые можно было использовать как в биомагнитных исследованиях, так и в неразрушающем тестировании. [15] [16] [17] Как и характерно для работ Виксво, он одновременно разрабатывал теоретические методы для отображения двумерного распределения плотности тока из измерений магнитного поля. [18]

VIIBRE

В первые два десятилетия 21-го века исследования Виксво были сосредоточены на разработке и применении микро- и наномасштабных устройств для инструментирования и управления отдельными клетками. [19] В 2001 году он основал Институт Вандербильта по исследованиям и образованию в области интегративных биосистем (VIIBRE) для содействия и расширения междисциплинарных исследований в области биофизических наук и биоинженерии в Вандербильте. Виксво переориентировал свои исследования на системную биологию , создавая микроизготовленные устройства для измерения клеточных свойств и разрабатывая математические модели клеточной сигнализации. Он разработал устройства «орган-на-чипе» , содержащие небольшие популяции клеток, чтобы заполнить пробелы между клеточными культурами и животными моделями для использования в фармакологии и токсикологии . Эта работа привела ко второй награде R&D 100 за MultiWell MicroFormulator, который доставляет и удаляет клеточную культуральную среду в каждую из 96 лунок микролуночного планшета для токсикологических исследований.

Другие должности

Он также входит в состав научных консультативных советов Hypres Inc. и CardioMag Imaging Inc. [20]

Краткая биография

Награды

ГодНаграда
1980–1982Научный сотрудник Альфреда П. Слоуна
1984Премия IR-100 за нейромагнитный токовый зонд
1989Член Американского физического общества
1999Член Американского института медицинской и биологической инженерии
2001Член Американской кардиологической ассоциации
2005Член Общества биомедицинской инженерии
2006Член Общества сердечного ритма
2008Член IEEE
2017Награда R&D 100 за MultiWell MicroFormulator

Ссылки

  1. ^ Wikswo JP Jr; Barach JP; Freeman JA (1980). «Магнитное поле нервного импульса: первые измерения». Science . 208 (4439): 53– 55. Bibcode :1980Sci...208...53W. doi :10.1126/science.7361105. PMID  7361105.
  2. ^ Суинни KR, Виксво JP Jr (1980). «Расчет магнитного поля потенциала действия нерва». Biophysical Journal . 32 (2): 719– 732. Bibcode : 1980BpJ....32..719S. doi : 10.1016/S0006-3495(80)85012-0. PMC 1327234. PMID  7260298 . 
  3. ^ Roth BJ, Wikswo JP Jr (1985). «Магнитное поле одиночного аксона: сравнение теории и эксперимента». Biophysical Journal . 48 (1): 93– 109. Bibcode : 1985BpJ....48...93R. doi : 10.1016/S0006-3495(85)83763-2. PMC 1329380. PMID  4016213 . 
  4. ^ Wikswo JP Jr; Barach JP (1982). «Возможные источники новой информации в магнитокардиограмме». Журнал теоретической биологии . 95 (4): 721– 729. Bibcode : 1982JThBi..95..721W. doi : 10.1016/0022-5193(82)90350-2. PMID  7109652.
  5. ^ Roth BJ, Wikswo JP Jr (1986). «Электрически-тихие магнитные поля». Biophysical Journal . 50 (4): 739– 745. Bibcode : 1986BpJ....50..739R. doi : 10.1016/S0006-3495(86)83513-5. PMC 1329851. PMID  3779008 . 
  6. ^ Roth BJ, Guo WQ, Wikswo JP Jr (1988). «Влияние спиральной анизотропии на электрический потенциал и магнитное поле на верхушке сердца». Mathematical Biosciences . 88 (2): 191– 221. doi :10.1016/0025-5564(88)90042-9.
  7. ^ Bajaj AK, Kopelman HA, ((Wikswo JP Jr)), Cassidy F, Woosley RL , Roden DM (1987). «Частотно- и ориентационно-зависимые эффекты мексилетина и хинидина на проводимость в неповрежденном сердце собаки». Circulation . 75 (5): 1065–1073 . doi : 10.1161/01.cir.75.5.1065 . PMID  2436827.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Wikswo JP Jr; Altemeier W; Balser JR; Kopelman HA; Wisialowski T; Roden DM (1991). «Виртуальные катодные эффекты во время стимуляции сердечной мышцы: двумерные измерения in vivo». Circulation Research . 68 (2): 513–530 . doi : 10.1161/01.res.68.2.513 . PMID  1991354.
  9. ^ Roth BJ, Wikswo JP Jr (1986). «Двухдоменная модель внеклеточного потенциала и магнитного поля сердечной ткани». Труды IEEE по биомедицинской инженерии . 33 (4): 467– 469. doi :10.1109/TBME.1986.325804. PMID  3957401. S2CID  30462160.
  10. ^ Sepulveda NG, Wikswo JP Jr (1987). «Электрические и магнитные поля из двумерных анизотропных бисинцитиев». Biophysical Journal . 51 (4): 557– 568. Bibcode : 1987BpJ....51..557S. doi : 10.1016/S0006-3495(87)83381-7. PMC 1329928. PMID  3580484 . 
  11. ^ Sepulveda NG, Roth BJ, Wikswo JP Jr (1989). «Впрыск тока в двумерный анизотропный бидомен». Biophysical Journal . 55 (5): 987– 999. Bibcode :1989BpJ....55..987S. doi :10.1016/S0006-3495(89)82897-8. PMC 1330535 . PMID  2720084. 
  12. ^ Roth BJ, Wikswo JP Jr (1994). «Электрическая стимуляция сердечной ткани: модель бидомена с активными свойствами мембраны». IEEE Transactions on Biomedical Engineering . 41 (3): 232– 240. doi :10.1109/10.284941. PMID  8045575. S2CID  12706791.
  13. ^ Wikswo JP Jr; Lin SF; Abbas RA (1995). «Виртуальные электроды в сердечной ткани: общий механизм анодной и катодной стимуляции». Biophysical Journal . 69 (6): 2195– 2210. Bibcode :1995BpJ....69.2195W. doi :10.1016/S0006-3495(95)80115-3. PMC 1236459 . PMID  8599628. 
  14. ^ Lin SF, Roth BJ, Wikswo JP Jr (1999). «Повторный вход четырехлистника в миокарде: исследование механизма индукции с помощью оптической визуализации». Журнал кардиоваскулярной электрофизиологии . 10 (4): 574–586 . doi :10.1111/j.1540-8167.1999.tb00715.x. PMID  10355700. S2CID  8440276.
  15. ^ Staton DJ, Ma YP, Sepulveda NG, Wikswo JP (1991). «Магнитное картирование высокого разрешения с использованием массива магнитометров SQUID». IEEE Transactions on Magnetics . 27 (2): 3237– 3240. Bibcode : 1991ITM....27.3237S. doi : 10.1109/20.133901.
  16. ^ Wikswo JP Jr (1995). "SQUID-магнитометры для биомагнетизма и неразрушающего контроля: важные вопросы и первые ответы". IEEE Transactions on Applied Superconductivity . 5 (2): 74– 120. Bibcode : 1995ITAS....5...74W. doi : 10.1109/77.402511. S2CID  13145015.
  17. ^ Jenks WG, Sadeghi SS, Wikswo JP Jr (1997). "SQUIDs for non-destructive evaluation". Journal of Physics D: Applied Physics . 30 (3): 293– 323. Bibcode :1997JPhD...30..293J. doi :10.1088/0022-3727/30/3/002. S2CID  250886288.
  18. ^ Roth BJ, Sepulveda NG, Wikswo JP Jr (1989). «Использование магнитометра для отображения двумерного распределения тока». Журнал прикладной физики . 65 (1): 361– 372. Bibcode : 1989JAP....65..361R. doi : 10.1063/1.342549.
  19. ^ Walker GM, Sai JG, Richmond A, Chung CY, Stremler MA, Wikswo JP (2005). «Влияние потока и диффузии на исследования хемотаксиса в микроизготовленном генераторе градиента». Lab on a Chip . 5 (6): 611– 618. doi :10.1039/b417245k. PMC 2665276. PMID  15915253 . 
  20. ^ «Профиль руководителя: Джон П. Виксво, доктор философии» [ неактивная ссылка ‍ ] , Bloomberg Businessweek, дата обращения 21 января 2014 г.

Дальнейшее чтение

  • Bluestein, Adam (лето 2013 г.). «От органов к целостным людям». proto . Архивировано из оригинала 14 марта 2014 г. . Получено 14 марта 2014 г. .
  • Горман, Джессика (13 марта 2013 г.). «SQUID может улавливать скрытую коррозию». ScienceNews . Получено 14 марта 2014 г. .
  • Грохол, Джон М. (1 октября 2005 г.). «Разработка портативного детектора инфекционных заболеваний». Psych Central . Архивировано из оригинала 10 сентября 2015 г. Получено 14 марта 2014 г.
  • Шеве, Филлип Ф.; Стайн, Бенджамин П. (май 2001 г.). «Детективы-кальмары могли бы сэкономить миллиарды долларов США». APS News . Получено 14 марта 2014 г.
  • Университет Вандербильта (9 декабря 2003 г.). «Малоизученные волны в сердце могут быть причиной отказа дефибрилляции». ScienceDaily . Получено 14 марта 2014 г.
  • «Малоизученные волны в сердце могут быть причиной неудачной дефибрилляции».
  • Сайт VIIBRE
  • Список публикаций Wikswo
  • TEDx рассказывает о системной биологии
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=John_Wikswo&oldid=1273563158"