o:1322 Višeskalni računarski model mišića zasnovan na makromodelu konačnih elemenata i Hakslijevom mikromodelu Multiscale computer muscle model based on finite element macromodel and Huxley's micromodel: doctoral dissertation : doctoral dissertation sr Izučavanje ponašanja mišića na osnovu precizno definisanih računarskih modela predstavlja jedan od najvećih izazova u oblasti primenjene nauke i inženjerstva. Promene u strukturalnim i funkcionalnim karakteristikama mišića usled nekih bolesti ili poremećaja u radu mišića, zahtevaju modelovanje biofizičkih procesa na više prostornih i vremenskih skala. Višeskalni modeli mišića mogu implementirati različite fenomenološke ili biofizičke modele mišića u okviru mikroskale. Implementacija fenomenoloških mikromodela doprinosi manjoj složenosti višeskalnog modela, ali takvi modeli nisu u stanju da precizno predvide prelazna ponašanja mišića pri neizometrijskim uslovima. Da bi se poboljšali ovi nedostaci, u okviru disertacije razvijen je višeskalni model mišića zasnovan na makromodelu konačnih elemenata i Hakslijevom mikromodelu (KEHaksli). Metod konačnih elemenata (MKE) integriše aktivne i pasivne materijalne karakteristike mišića u mehaniku kontinuuma na makroskali, dok se na mikroskali koristi modifikovana verzija Hakslijevog modela poprečnih mostova kako bi se izračunao aktivni napon i trenutna krutost u mišićnim vlaknima. Sva predviđanja dobijena KE-Haksli višeskalnim modelom su verifikovana poređenjem sa eksperimentalnim rezultatima i sa rezultatima dobijenim prostorno eksplicitnim simulacijama molekularnog modela (MUSICO). Mogućnosti korišćenja KE-Haksli modela u simulacijama složenih mišića, prikazane su na 2D modelu ljudskog jezika. Takođe, prikazana je upotreba KE-Haksli modela i u simulacijama određenih bolesti mišića. Zahvaljujući Mexie platformi za paralelna izvršavanja simulacija višeskalnih modela mišića, računski zahtevne simulacije KE-Haksli modela se izvode u razumnom vremenskom okviru, što model čini upotrebljivim za razne istraživačke i kliničke primene. ID=32680201 , D-3407 91552101 7926 91552100 32680201 2021-02-24T11:13:33.053Z 45 no 46 mentor Marina, 1985-, 65195017 Svičević 2020 63 mentor Boban, 1977-, 9667943 Stojanović 2020 63 predsednik komisije Nenad, 1970-, 13546343 Filipović 2020 63 član komisije Marko, 1984-, 7704935 Petković 2020 63 član komisije Miloš, 1978-, 14773095 Ivanović 2020 63 član komisije Ana, 1974-, 4249703 Kaplarević-Mališić 2020 63 član komisije Srboljub, 65197577 Mijailović 2020 97 listova 6790776 http://phaidrabg.bg.ac.rs/o:1322 no yes 4 2021-02-24T11:13:33.320Z 70 modelovanje mišića, višeskalni modeli mišića, metod konačnih elemenata, metodkarakteristika, Hakslijev model, Hilov model, MUSICO, MPI-CUDA računarskookruženje, Mexie. Abstract:The study of the muscle behavior based on precisely defined computer models is one of thegreatest challenges in the field of applied science and engineering. Changes in the structuraland functional characteristics of muscles during some diseases or disorders, require modelingof biophysical processes on several spatial and temporal scales. Multiscale muscle models canimplement different phenomenological or biophysical muscle models within a microscale. Theimplementation of phenomenological micromodels contributes to the lower complexity of themultiscale model, but such models are not able to accurately predict transient muscle behaviorunder non-isometric conditions.To improve these shortcomings, a multiscale muscle model based on the finite elementmacromodel and the Huxley micromodel was developed as part of the thesis. The finite elementmethod (FEM) integrates the active and passive material characteristics of the muscles into acontinuum mechanics on the macroscale, while a modified Huxley’s cross-bridge model is usedto calculate active muscle tension and instantaneous stiffnessin muscle fibers on the microscale.All predictions generated by the FE-Huxley multiscale model were verified by comparison withexperimental results and with simulation results obtained by spatially explicit molecular model(MUSICO).The possibilities of using the FE-Huxley model in simulations of complex muscles arepresented on a 2D model of the human tongue. Also, the use of the FE-Huxley model insimulations of certain muscle diseases is presented. Thanks to the Mexie platform for parallelexecution simulations of multiscale muscle models, computationally demanding simulations ofthe FE-Huxley model are performed in a reasonable time frame, which makes the model usablefor a variety of research and clinical applications. 004.94:612.74(043.3) 1738 34A08 2020