Applications of a new technique for system identification to dolphin temperature regulation and rabbit intraocular pressure control

Abstract

This study illustrates the application of system identification by linear programming (see page 231) to two diverse biological problems, namely incremental deep body temperature regulation in dolphins, recorded by radio telementry from a swallowed temperature sensitive transmitter, and intraocular pressure control in rabbits. An interesting result of the dolphin experiment is that the animal's internal temperature rises following a transfer from warmer to colder water. The temperature transient indicates an overshoot phenomena followed by a return to the original equilibrium temperature in approximately 1 hr. A theory of the operation of the ‘counter-flow heat exchanger’ of the dolphin is presented in conjunction with a linear model for thermal regulation. The mechanism of intraocular pressure control in a rabbit is also briefly investigated. Pressure transients resulting from injection of small amounts of fluid into a rabbit's eye are presented and a comparison is made between the formulated mathematical model and existing electrical analogs for intraocular pressure regulation. The pressure transient and model for an eye in a recently killed rabbit are significantly different from those of a live rabbit.

Sommaire

Cette étude illustre l'article relatif à l'identification de systèmes physiques par la technique de programmation linéaire (voir pages 231). Deux applications tirées du domain biologique en sont données ici; la régulation incrémentale de la température profonde du dauphin, enregistrée par télémesure à l'aide d'un émetteur thermosensible avalé, et le contrôle de la pression intraoculaire chez le lapin. L'expérimentation sur le dauphin a révélé que sa température interne augmentait quand il passait d'une eau chaude à une eau plus froide. La courbe transitoire présente un overshoot suivi d'un retour à l'équilibre initial au bout d'une heure environ. On établit un parallèle entre un modèle linéaire de régulation thermique et une théorie tirée de ce processus d'échange de chaleu paradoxal du dauphin.

De même on examine brièvement le mécanisme de contrôle de la pression intraoculaire chez le lapin. On présente le réponses transitoires de la pression consécutives à l'injection dans l'oeil du lapin de petites quatités de liquide, et on compare une expression mathématique de le modèle aux analogies électriques existantes relatives à la régulation intraoculaire. Des différences significative apparaissent entre les réponses trasitoires et le modèle d'un oeil de lapin, suivant qu'il a été récemment tué, ou qu'il est vivant.

Zusammenfassung

Diese Untersuchung illustriert die Anwendung des Verfahrens der Systemidentifizierung durch Linearprogrammierung (siehe Seite 231) auf zwei verschiedene biologische Probleme: die inkrementelle Regulation der tiefen Körpertemperatur beim Delphin, welche radiotelemetrisch durch einen verschluckten empfindlichen Temperatursender registriert wird, und die Kontrolle des intraokulären Drucks beim Kaninchen. Ein interessantes Resultat im Delphinexperiment ist der Ansteig der inneren Temperatur des Delphins, wenn das Tier von wärmerem in kälteres Wasser gebracht wird. Der Temperaturübergang zeigt ein Overshootphänomen mit nachfolgender Rückkehr zur ursprünglichen Gleichgewichstemperatur innerhalb etwa einer Stunde. Eine Theorie zur Arbeitsweise des “Gegenstrom-Wärmeaustauschers” des delphins wird im Zusammenhang mit einem linearen Wärmeregulationsmodell vorgelegt. Der Mechanismus der Kontrolle des intraokulären Drucks beim Kaninchen wird ebenfalls kurz untersuchts. Druckübergänge nach Injektion kleiner Flüssigkeitsmengen in ein Kaninchenauge werden dargestellt. Das formulierte mathematische Modell wird verglichen mit elektrischen Analogmodellen für die intraokuläre Druckregulation. Der Druckübergang und das Modell eines Auges von einem frischgetöteten Kaninchen uterscheidet sich signifikant von dem des lebenden Kaninchens.