कम्प्यूटेशनल मॉडल एट्रियल फाइब्रिलेशन के लिए न्यूरोस्टिम्यूलेशन थेरेपी को वैयक्तिकृत करने में मदद करता है

एट्रियल फाइब्रिलेशन (एएफआईबी) एक हृदय संबंधी विकार है जिसमें हृदय के कक्ष तेजी से और अनियमित रूप से धड़कने लगते हैं। यह अतालता का सबसे आम प्रकार है और स्ट्रोक का प्रमुख हृदय संबंधी कारण है।

जबकि दवा से लेकर सर्जरी तक कई उपचार मौजूद हैं, एएफआईबी को संबोधित करने के लिए बेहतर विकल्पों की खोज जारी है, जिसके बारे में राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (एनआईएच) का अनुमान है कि 2050 तक अमेरिका में 12 मिलियन लोग प्रभावित होंगे।

एक उभरती हुई रणनीति में विद्युत उत्तेजना शामिल है, जिसे न्यूरोस्टिम्यूलेशन के रूप में जाना जाता है, जिसके बारे में शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह संभावित रूप से विकार को दबा सकता है, इलाज कर सकता है या यहां तक ​​कि इसे उलट भी सकता है।

“प्रायोगिक स्तर पर, न्यूरोस्टिम्यूलेशन को न केवल एएफआईबी, बल्कि कम इजेक्शन अंश और उच्च रक्तचाप के साथ दिल की विफलता में मदद करने के लिए पाया गया है,” लेहाई यूनिवर्सिटी के केमिकल और बायोमोलेक्युलर इंजीनियरिंग विभाग में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता ओलुवासनमी एडोडू कहते हैं।

“हालांकि, जब इसे बड़े नैदानिक ​​​​अध्ययनों में लागू किया गया था, तो परिणाम निराशाजनक थे। समस्या का एक हिस्सा खुराक है। शोधकर्ताओं के पास यह जानने का कोई तरीका नहीं था कि कितनी उत्तेजना देनी है। शरीर कैसे प्रतिक्रिया दे रहा है, इस पर वास्तविक समय की प्रतिक्रिया के बिना वे अंधे हो रहे थे।”

एक पेपर में प्रकाशित के नवीनतम अंक (29 अक्टूबर, 2025) में एक औरएडोडु और उनकी टीम एक मॉडल प्रस्तुत करती है जो मानव हृदय प्रणाली, मस्तिष्क में हृदय को नियंत्रित करने वाले प्रसंस्करण केंद्रों और हृदय को मस्तिष्क से जोड़ने वाले सूचना मार्ग को प्रदर्शित करती है।

मॉडल को एएफआईबी की शुरुआत के बाद रोगियों की हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करने के लिए डिज़ाइन किया गया था और अंततः, न्यूरोस्टिम्यूलेशन को कहां और किस स्तर पर लागू किया जाना चाहिए, इस बारे में सवालों के जवाब देने में मदद कर सकता है, जिससे दृष्टिकोण एएफआईबी के लिए वैयक्तिकृत उपचार के स्वीकार्य रूप बनने के करीब पहुंच जाएगा।

“यह एक अनुवादात्मक अभ्यास था,” एडेओडु कहते हैं, जो पेपर के प्रमुख शोधकर्ता थे, जिसके सह-लेखकों में केमिकल और बायोमोलेक्यूलर इंजीनियरिंग के आरएल मैककैन प्रोफेसर और लेहाई के पीसी रॉसिन कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंस में रिसर्च के एसोसिएट डीन मयूरेश कोठारे शामिल हैं।

“इंजीनियरों के रूप में, हमने एएफआईबी के बारे में चिकित्सकों को जो कुछ भी पता है – और रोगियों में होने वाले सभी शारीरिक परिवर्तनों को लिया – और उन तथ्यों को गणित में बदल दिया। हमारा लक्ष्य इस प्रश्न का उत्तर देना था: क्या हमारा मॉडल रक्तचाप और हृदय गति जैसी आसानी से मापी जाने वाली हेमोडायनामिक मात्रा पर एएफआईबी के ज्ञात प्रभावों से मेल खा सकता है? यदि उत्तर हाँ था, तो हम इसका उपयोग नए कनेक्शन का पता लगाने के लिए कर सकते हैं।”

जवाब हाँ था. टीम ने क्लिनिकल डेटा के आधार पर अपने मॉडल की पुष्टि की और पाया कि उसकी हृदय गति, स्ट्रोक की मात्रा और रक्तचाप की भविष्यवाणियां वास्तविक रोगियों में डॉक्टरों द्वारा देखी गई बातों से मेल खाती हैं। एक विशेष रूप से दिलचस्प परिणाम: मॉडल ने एट्रियोवेंट्रिकुलर नोड के एक हिस्से – हृदय में एक संरचना – को उत्तेजना के लिए एक मजबूत उम्मीदवार के रूप में चिह्नित किया। वही क्षेत्र पहले से ही एब्लेशन थेरेपी के लिए एक लक्ष्य है, यह सुझाव देता है कि मॉडल सही रास्ते पर है।

अब, एडोडु कहते हैं, आगे के अध्ययन के लिए मंच तैयार है। शोधकर्ता लेहाई टीम के मॉडल का उपयोग एक उपकरण के रूप में यह पता लगाने के लिए कर सकते हैं कि न्यूरोस्टिम्यूलेशन कहां और कितना-ऊंची और अनियमित हृदय गति को बदल सकता है, या एएफआईब से जुड़ी समझौता बैरोफ़्लेक्स संवेदनशीलता में सुधार कर सकता है। वे पशु या मानव विषयों पर भरोसा किए बिना, हृदय प्रणाली के विभिन्न हिस्सों को उत्तेजित करने के प्रभावों का परीक्षण करने के लिए मॉडल की पूर्वानुमानित शक्ति का लाभ उठा सकते हैं।

एक बार जब वे मॉडल का उपयोग करके अपने दृष्टिकोण को अनुकूलित करते हैं, तो वे रोगियों में उन रणनीतियों का परीक्षण कर सकते हैं। जैसे-जैसे चिकित्सक मॉडल का उपयोग करते हैं, उनकी प्रतिक्रिया इसे और परिष्कृत करने में मदद करेगी।

कोठारे (संबंधित लेखक) इस पेपर को सह-लेखक डॉ. राज वाडिगेपल्ली, जो पहले थॉमस जेफरसन विश्वविद्यालय के थे, और अब न्यू मैक्सिको विश्वविद्यालय में हैं, के सहयोगात्मक प्रयास के सफल परिणाम के रूप में देखते हैं; डेलावेयर विश्वविद्यालय में केमिकल इंजीनियरिंग स्नातक छात्र मिशेल जी; और एमोरी विश्वविद्यालय के डॉ. बाबक महमौदी।

परियोजना ने कार्डियक अतालता, उच्च रक्तचाप और पेट और मूत्राशय विकारों जैसी स्थितियों के इलाज के लिए परिधीय तंत्रिकाओं को न्यूरोस्टिम्यूलेशन संकेतों के वितरण को अनुकूलित करने के लिए सॉफ्टवेयर और मॉडलिंग टूल विकसित करने पर ध्यान केंद्रित किया। कोठारे और महमूदी ने इस परियोजना का सह-नेतृत्व किया, जो 2023-2024 में समाप्त हुई।

कोठारे कहते हैं, “इस मॉडल का मुख्य लाभ यह है कि यह अधिक जटिल त्रि-आयामी कार्डियक मॉडल के विपरीत, कम्प्यूटेशनल रूप से ट्रैक्टेबल है, जिसके परिणामस्वरूप समीकरणों को हल करने के लिए उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है।”

“यह कम कम्प्यूटेशनल लागत इसे तेजी से परीक्षण और यहां तक ​​​​कि वास्तविक समय के उपयोग के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाती है, जो ‘डिजिटल ट्विन’ के वास्तविक ढांचे में रोगी और रोगी की हृदय प्रणाली के आभासी प्रतिनिधित्व के बीच डेटा और सूचना के द्विदिश प्रवाह की अनुमति देती है।”

अंततः, एडेओडु कहते हैं, दीर्घकालिक लक्ष्य एक स्वचालित, पहनने योग्य उपकरण है जो लगातार शारीरिक प्रतिक्रिया की निगरानी करता है और एएफआईबी का मुकाबला करने के लिए उचित उत्तेजना प्रदान करता है। अभी के लिए, एक गंभीर स्थिति को गणित और कोड की पंक्तियों में अनुवाद करने से चिकित्सकों को वास्तव में व्यक्तिगत हृदय देखभाल के करीब लाया गया है।

एडोडु कहते हैं, “एक बार जब आपके पास एक अच्छा मॉडल हो, तो यह अंतर्दृष्टि और कनेक्शन की एक पूरी नई दुनिया खोलता है।” “यह उत्कृष्ट प्रमाण है कि जब विभिन्न क्षेत्रों से लोग एक साथ आते हैं, तो आश्चर्यजनक चीजें हो सकती हैं।”