迈尔斯·德特里克斯;玛丽恩,杜贝克;杰夫·莫利斯;福雷德里克·吉布 计算高维全球等时线的快速欧拉方法。 (英语) Zbl 1372.65331号 SIAM J.应用。动态。系统。 15,第3期,1501-1527(2016). 摘要:我们提出了一种新的欧拉数值方法来计算高维稳定周期轨道的全局等时线。我们的方法是将渐近相位表示为一阶边值问题的解,并用并行快速扫描方法求解所得的Hamilton-Jacobi方程。然后将所有等时线作为相位的等时线给出。我们将此方法应用于Hodgkin-Huxley方程和显示混合模式振荡的多巴胺能神经元模型。我们的结果表明,这种欧拉格式是计算周期动力系统渐近相位的一种有效、准确的方法。此外,通过在笛卡尔网格上计算相位,很容易计算相位梯度,从而计算出“几乎无相位”的目标集,以实现振荡器系统的去同步。 引用于8文件 MSC公司: 65页40 动力系统的数值非线性稳定性 37N25号 生物学中的动力系统 37立方厘米27 向量场和流的周期轨道 35层21 哈密尔顿-雅可比方程 关键词:等时线;神经元模型;混合模式振荡;去同步;周期轨道;哈密尔顿-雅可比方程;Hodgkin-Huxley方程 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.Detrixhe}等人,SIAM J.Appl。动态。系统。15,第3号,1501--1527(2016;Zbl 1372.65331) 全文: 内政部 链接 参考文献: [1] D.Adalsteinson和J.Sethian,{传播接口的快速水平集方法},J.Compute。物理。,118(1995),第269-277页·Zbl 0823.65137号 [2] P.Ashwin和J.Swift,{弱耦合同振子动力学},J.非线性科学。,2(1992),第69-108页,http://link.springer.com/article/10.1007/BF02429852doi:10.1007/BF02429852·Zbl 0872.58049号 [3] S.Bak、J.McLaughlin和D.Renzi,《快速扫描方法的一些改进》,SIAM J.Sci。计算。,32(2010),第2853-2874页,http://dx.doi.org/10.1137/090749645doi:10.1137/090749645·Zbl 1219.65124号 [4] R.Bellman,《动态编程》,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,1957年·Zbl 0077.13605号 [5] M.Boue和P.Dupuis,{具有仿射动力学和控制中二次成本的确定性控制问题的马尔可夫链近似},第36届IEEE决策与控制会议论文集,4(1997),第667-695页,http://dx.doi.org/10.109/CDC.1997.652377doi:10.1109/CDC.1997.652377·Zbl 0933.65073号 [6] E.Brown、J.Moehlis和P.Holmes,{关于神经振子群的相位减少和响应动力学},神经计算。,16(2004),第673-715页,http://dx.doi.org/10.1162/089976604322860668doi:10.1162/089976604322860668·Zbl 1054.92006年 [7] A.Chacon和A.Vladimirsky,{航程方程的快速双尺度方法},SIAM J.Sci。计算。,34(2012),第A547-A578页,http://dx.doi.org/10.1137/10080909Xdoi:10.1137/10080909X·Zbl 1244.49047号 [8] A.Chacon和A.Vladimirsky,《eikonal方程的平行双尺度方法》,SIAM J.Sci。计算。,37(2015),第A156-A180页,http://epubs.siam.org/doi/10.1137/12088197Xdoi:10.1137/12088197X;预印本可从http://arxiv.org/abs/arxiv:1306.4743v1arXiv:1306.4743v1·Zbl 1348.49025号 [9] E.A.Coddington和N.Levinson,《常微分方程理论》,McGraw-Hill,纽约,1955年·Zbl 0064.33002号 [10] M.Crandall和P.Lions,{哈密尔顿-雅可比方程解的两种近似},数学。公司。,43(1984),第1-19页,http://dx.doi.org/10.2307/2007396doi:10.2307/2007396·Zbl 0556.65076号 [11] P.Danzl、J.Hespanha和J.Moehlis,《振荡神经元模型基于事件的最小时间控制:相位随机化、最大尖峰速率增加和去同步》,生物网络。,101(2009),第387-399页,http://dx.doi.org/10.1007/s00422-009-0344-3doi:10.1007/s00422-009-0344-3·Zbl 1345.92037号 [12] M.Detrixhe和F.Gibou,静态Hamilton-Jacobi方程的混合大规模并行快速扫描方法,J.Compute。物理。,322(2016),第199-223页,http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2016.06.023doi:10.1016/j.jcp.2016.06.023·Zbl 1352.65624号 [13] M.Detrixhe、F.Gibou和C.Min,{一种用于eikonal方程的并行快速扫描方法},J.Compute。物理。,237(2013),第46-55页,http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2012.11.042doi:10.1016/j.jcp.2012.11.042。 [14] J.古根海默,{等时线和无相集},J.数学。《生物学》,273(1975),第259-273页,http://link.springer.com/article/10.1007/BF01273747doi:10.1007/BF01273747·Zbl 0345.92001号 [15] A.Guillamon和G.Huguet,{相位重置曲线和曲面的计算和几何方法},SIAM J.Appl。动态。系统。,8(2009),第1005-1042页,http://dx.doi.org/10.1137/080737666doi:10.1137/080737666·兹比尔1216.34030 [16] D.Hansel、G.Mato和C.Meunier,弱耦合霍奇金-赫胥黎神经元的相动力学,Europhys。莱特。,367(1993),第367-372页,http://iopscience.iop.org/0295-5075/23/5/011doi:0295-5075/23/5/011。 [17] A.Hodgkin和A.Huxley,《膜电流的定量描述及其在神经传导和兴奋中的应用》,J.Physiol。,117(1952),第500-544页,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc1392413/。 [18] F.C.Hoppenstead和E.M.Izhikevich,{弱连接神经网络},Springer-Verlag,纽约,1997年·Zbl 0887.92003号 [19] G.Huguet和R.de la Llave,《极限环及其等时线的计算:快速算法及其收敛性》,SIAM J.Appl。动态。系统。,12(2013),第1763-1802页,http://dx.doi.org/10.1137/120901210doi:10.1137/120901210·Zbl 1291.37108号 [20] E.M.Izhikevich,《神经科学中的动力学系统:兴奋性和爆发的几何学》,麻省理工学院出版社,马萨诸塞州剑桥,2007年,http://cns-pc62.bu.edu/cn510/Papers/Izhikevich_Ch8.pdf。 [21] W.-K.Jeong和R.T.Whitaker,{航程方程的快速迭代法},SIAM J.Sci。计算。,30(2008),第2512-2534页,http://dx.doi.org/10.1137/060670298doi:10.1137/060670298·Zbl 1246.70003号 [22] G.-S.Jiang和D.Peng,{哈密顿-雅可比方程的加权ENO格式},SIAM J.Sci。计算。,21(2000),第2126-2143页,http://dx.doi.org/10.1137/S106482759732455Xdoi:10.1137/S106482759732455X·Zbl 0957.35014号 [23] G.-S.Jiang和C.-W.Shu,{加权ENO格式的有效实现},J.Compute。物理。,126(1996),第202-228页·Zbl 0877.65065号 [24] C.Y.Kao、S.Osher和Y.-H.Tsai,{静态哈密顿-雅可比方程的快速扫描方法},SIAM J.Numer。分析。,42(2005),第2612-2632页,http://dx.doi.org/10.1137/S003614290241960doi:10.1137/S003614290241960·邮编1090.35016 [25] J.P.Keener和J.Sneyd,《数学生理学》,纽约斯普林格出版社,1998年·兹比尔0913.92009 [26] N.Kopell和G.B.Ermentrout,{耦合振荡器链中的相变和其他现象},SIAM J.Appl。数学。,50(1990),第1014-1052页,http://dx.doi.org/10.1137/0150062doi:10.1137/0150062·Zbl 0711.34029号 [27] M.Krupa、N.Popović、N.Kopell和H.G.Rotstein,多巴胺能神经元三时间尺度模型中的混合模式振荡,Chaos,18(2008),015106,http://dx.doi.org/10.1063/1.2779859doi:10.1063/1.2779859·Zbl 1306.34057号 [28] Y.Kuramoto,《化学振荡、波浪和湍流》,施普林格,柏林,1984年,http://link.springer.com/book/10.1007 ·Zbl 0558.76051号 [29] P.Lesaint和P.-A.Raviart,{关于求解中子输运方程的有限元方法},《偏微分方程中有限元的数学方面》,学术出版社,纽约,1974年,第89-123页·Zbl 0341.65076号 [30] A.Mauroy和I.Mezicć,{\it关于使用傅里叶平均值计算(准)周期动力学的全球等时线},Chaos,22(2012),033112,http://dx.doi.org/10.1063/1.4736859doi:10.1063/1.4736859·Zbl 1319.70024号 [31] G.S.Medvedev和J.E.Cisternas,《多巴胺神经元房室模型中的多模状态》,Phys。D、 194(2004),第333-356页,http://dx.doi.org/10.1016/j.physd.2004.02.006doi:10.1016/j.physd.2004.02.006·Zbl 1055.92012年 [32] J.Moehlis,{提高噪声振荡器的精度},《物理学》。D、 272(2014),第8-17页,http://dx.doi.org/10.1016/j.physd.2014.01.001doi:10.1016/j.physd.2014.01.001·Zbl 1288.34052号 [33] J.Moehlis、E.Shea-Brown和H.Rabitz,《尖峰神经元相位模型的最佳输入》,J.Compute。非线性动力学。,1(2006),第358-367页,http://dx.doi.org/10.1115/1.2338654doi:10.115/12.338654。 [34] C.Morris和H.Lecar,藤壶巨肌纤维中的电压振荡,生物物理学。J.,35(1981),第193-213页,http://dx.doi.org/10.1016/S0006-3495(81)84782-0网址:10.1016/S0006-3495(81)84 782-0。 [35] A.Nabi、M.Mirzadeh、F.Gibou和J.Moehlis,《耦合神经元的最小能量去同步控制》,J.Compute。神经科学。,34(2013),第259-271页,http://dx.doi.org/10.1007/s10827-012-0419-3doi:10.1007/s10827-012-0419-3·Zbl 1276.92017号 [36] S.Osher和C.-W.Shu,{哈密尔顿-雅可比方程的高阶本质非振荡格式},SIAM J.Numer。分析。,28(1991),第907-922页,http://dx.doi.org/10.1137/0728049doi:10.1137/0728049·Zbl 0736.65066号 [37] H.M.Osinga和J.Moehlis,{全球等时线的基于连续性的计算},SIAM J.Appl。动态。系统。,9(2010年),第1201-1228页,http://dx.doi.org/10.1137/09077244doi:10.1137/09077244·Zbl 1232.37014号 [38] J.Qian,Y.-T.Zhang,和H.K.Zhao,{静态凸Hamilton-Jacobi方程的快速扫描方法},J.Sci。计算。,31(2007),第237-271页,http://dx.doi.org/10.1007/s10915-006-9124-6doi:10.1007/s10915-006-9124-6·Zbl 1115.70005号 [39] J.Rinzel和G.B.Ermentrout,《神经兴奋性和振荡的分析》,摘自《神经建模方法》,C.Koch和I.Segev主编,麻省理工学院出版社,马萨诸塞州剑桥,1989年,第135-169页。 [40] J.A.Sethian,{一种用于单调前进前沿的快速行进水平集方法},Proc。国家。阿卡德。科学。美国,93(1996),第1591-1595页,http://www.pnas.org/content/93/4/1591.abstract。 ·Zbl 0852.65055号 [41] J.A.Sethian和A.Vladimirsky,静态Hamilton-Jacobi方程的有序迎风方法,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,98(2001),第11069-11074页,http://dx.doi.org/10.1073/pnas.201222998doi:10.1073/pnas.201222998·Zbl 1002.65112号 [42] J.A.Sethian和A.Vladimirsky,《静态Hamilton-Jacobi方程的有序迎风方法:理论和算法》,SIAM J.Numer。分析。,41(2003),第325-363页,http://dx.doi.org/10.1137/S0036142901392742doi:10.137/S0036142901392742·兹比尔1040.65088 [43] P.A.Tass,《医学和生物学中的阶段重置》,纽约斯普林格,1999年·Zbl 0935.92014号 [44] Y.-H.R.Tsai、L.-T.Cheng、S.Osher和H.K.Zhao,{一类Hamilton-Jacobi方程的快速扫描算法},SIAM J.Numer。分析。,41(2003),第673-694页,http://dx.doi.org/10.1137/S0036142901396533doi:10.1137/S0036142901396533·兹比尔1049.35020 [45] J.N.Tsitsiklis,{全局最优轨迹的高效算法},IEEE Trans。自动化。控制,40(1995),第1528-1538页·Zbl 0831.93028号 [46] S.Wiggins,{动力系统中的正常双曲不变流形},Springer,纽约,1994·Zbl 0812.58001号 [47] C.J.Wilson和J.C.Callaway,黑质多巴胺能神经元的耦合振子模型,神经生理学杂志。,83(2000),第3084-3100页,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10805703公共医学:10805703。 [48] D.Wilson和J.Moehlis,{神经种群的最优混沌去同步},SIAM J.Appl。动态。系统。,13(2014),第276-305页,http://epubs.siam.org/doi/abs/10.1137/120901702doi:10.1137/120901702·Zbl 1301.92010 [49] A.Winfree,《生物循环中的阶段妥协模式》,J.Math。生物学,95(1974),http://link.springer.com/article/10.1007/BF02339491doi:10.1007/BF02339491·Zbl 0402.92004年 [50] A.Winfree,《生物时间的几何》,第二版,纽约斯普林格出版社,2001年·Zbl 1014.92001号 [51] Y.-T.Zhang,H.-K.Zhao,and J.Qian,{静态哈密顿-雅可比方程的高阶快速扫描方法},J.Sci。计算。,29(2005),第25-56页,http://dx.doi.org/10.1007/s10915-005-9014-3doi:10.1007/s10915-005-9014-3·Zbl 1149.70302号 [52] 赵浩,{一种快速扫掠法解程函方程},数学。公司。,74(2004),第603-627页·兹比尔1070.65113 [53] H.Zhao,{快速扫描方法的并行实现},J.Compute。数学。,25(2007年),第421-429页。 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。