心房颤动（AFib）是一种心脏疾病，其特征是心脏腔室快速而不规则地跳动。它是心律失常的最常见类型，也是导致中风的主要心脏病因。
尽管已有多种治疗方法——从药物到手术——但针对心房颤动的改进方案仍在探索中。美国国立卫生研究院（NIH）预测，到2050年，美国将有高达1200万人受此疾病影响。
一种新兴策略是电刺激，即神经刺激，研究人员认为它可能抑制、治疗甚至逆转这种疾病。
"在实验层面，神经刺激不仅有助于心房颤动，还能改善射血分数降低的心力衰竭和高血压，"理海大学化学与生物分子工程系博士后研究员Oluwasanmi Adeodu表示。"然而，当在大型临床研究中应用时，结果却不尽如人意。部分问题在于剂量。研究人员无法确定应给予多少刺激量。他们在没有身体反应实时反馈的情况下盲目操作。"
在最新一期《PLOS ONE》（2025年10月29日刊）发表的一篇论文中，Adeodu及其团队提出了一种模型，该模型包含了人体心血管系统、控制心脏的大脑处理中心以及连接心脏与大脑的信息通路。该模型旨在预测心房颤动发作后患者的血流动力学反应，并最终有助于解答神经刺激应施加的位置和强度问题，从而推动这一方法成为心房颤动个性化治疗的可接受形式。
"这是一项转化性研究，"作为该论文的主要研究人员Adeodu表示，论文的合著者包括理海大学P.C. Rossin工程与应用科学学院化学与生物分子工程教授兼研究副院长R.L. McCann教授Mayuresh Kothare。"作为工程师，我们利用临床医生对心房颤动的了解——以及患者体内发生的所有生理变化——将这些事实转化为数学模型。我们的目标是回答这个问题：我们的模型能否匹配心房颤动对易于测量的血流动力学指标（如血压和心率）的已知影响？如果答案是肯定的，我们就可以用它来探索新的联系。"
答案是肯定的。研究团队通过临床数据验证了他们的模型，发现其对心率、每搏输出量和血压的预测与医生在真实患者中观察到的结果一致。一个特别有趣的结果是：模型标记出心脏中的房室结部分作为强有力建议的刺激靶点。同一区域已经是消融治疗的目标，这表明该模型走在了正确的轨道上。
Adeodu表示，现在为进一步研究奠定了基础。研究人员可以利用理海大学团队的模型作为工具，探索神经刺激在何处以及多大程度上可以改变升高且不规则的心率，或改善与心房颤动相关受损的压力感受器反射敏感性。他们可以利用该模型的预测能力，在不依赖动物或人类受试者的情况下，测试刺激心血管系统不同部分的效果。一旦他们使用该模型优化了方法，就可以在患者中测试这些策略。随着临床医生使用该模型，他们的反馈将有助于进一步完善它。
Kothare（通讯作者）认为，这篇论文是合著者——前托马斯·杰斐逊大学现新墨西哥大学的Raj Vadigepalli博士、特拉华大学化学工程研究生Michelle Gee以及埃默里大学的Babak Mahmoudi博士——合作努力的成功结果。该项目是美国国立卫生研究院（NIH）通过"刺激外周活动以缓解病情"（SPARC）计划提供的220万美元资助的成果，该计划专注于开发软件和建模工具，以优化向周围神经输送神经刺激信号，治疗心律失常、高血压以及胃部和膀胱疾病等病症。Kothare和Mahmoudi共同领导了该项目，该项目于2023-2024年完成。
"该模型的主要优势在于其计算可行性，不像更复杂的三维心脏模型需要高性能计算基础设施来求解方程，"Kothare表示。"这种低计算成本使其特别适合快速测试甚至实时使用，允许在患者和患者心脏系统的虚拟表示之间进行数据和信息的双向流动，真正符合'数字孪生'框架。"
Adeodu表示，最终的长期目标是开发一种自动化的可穿戴设备，能够持续监测生理反馈并提供适当的刺激以对抗心房颤动。目前，将严重疾病转化为数学和代码行已经使临床医生更接近真正的个性化心脏护理。
"一旦你拥有了一个好的模型，它就会开启一个充满新见解和联系的全新世界，"Adeodu说。"这经典地证明了当来自不同领域的人们走到一起时，奇迹就会发生。"
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