×

随机分段线性系统中的混合模式振荡。 (英语) Zbl 1219.37061号

小结:我们分析了一个分段线性的FitzHugh-Nagumo模型。该系统表现出鸭式布局,鸭式布局附近既有小振幅周期轨道,也有大振幅周期轨道。小噪声的加入在鸭点附近诱发了混合模式振荡(MMO)。我们确定了每个模型参数对随机驱动MMO的影响。特别地,我们表明,任何参数变化(如模型中分段线性函数的修改)都会使噪声幅度与时间尺度分离的比率保持不变,通常对MMO发生的主要分岔参数的间隔宽度影响不大。从这个意义上说,MMO是稳健的。此外,我们还表明,分段线性模型比经典的FitzHugh-Nagumo模型更容易表现出MMO,其中三次多项式是唯一的非线性。通过研究分段线性模型,我们能够使用解析表达式解释结果,并将其与数值研究进行比较。

MSC公司:

37N25号 生物学中的动力系统
92立方厘米20 神经生物学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 埃尔乔娃,I。;McGonigle,D.J.,《大脑节律:神经生理数据分析中混合模式振荡方法的检查》,Chaos,18,015115(2008)
[2] Barkley,D.,Belousov-Zhabotinskii反应中的慢流形和混合模振荡,J.Chem。物理。,895547-5559(1988年)
[3] 彼得罗夫。;斯科特·S·K。;Showalter,K.,《化学系统中的混合模式振荡》,J.Chem。物理。,97, 9, 6191-6198 (1992)
[4] M.Desroches、J.Guckenheimer、B.Krauskopf、C.Kuehn、H.M.Osinga、M.Wechselberger,《多时间尺度的混合模式振荡》,SIAM Rev.(2011)(出版中)。;M.Desroches、J.Guckenheimer、B.Krauskopf、C.Kuehn、H.M.Osinga、M.Wechselberger,《多时间尺度的混合模式振荡》,SIAM Rev.(2011)(出版中)·Zbl 1250.34001号
[5] FitzHugh,R.,神经膜理论模型中的冲动和生理状态,生物物理学。J.,1,6,445-466(1961)
[6] Nagumo,J。;Arimoto,S。;Yoshizawa,S.,模拟神经轴突的主动脉冲传输线,Proc。无线电工程研究所,50,10,2061-2070(1962)
[7] Rocsoreanu,C。;乔治斯库,A。;Giurgiteanu,N.,《FitzHugh-Nagumo模型:分叉和动力学》(2000),Kluwer:Kluwer-Norwell,MA·Zbl 0959.34031号
[8] Keener,J。;Sneyd,J.,《数学生理学》(1998),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 0913.92009号
[9] 穆拉托夫,C.B。;Vanden-Eijnden,E.,极限环开始附近弛豫振荡器中噪声诱导的混合模振荡,混沌,1801511(2008)
[10] Makarov,V.A。;尼科尔金,V.I。;Velarde,M.G.,噪声驱动系统中结合振荡和兴奋特性的尖峰行为,物理学。E版,86、15、3431-3434(2001)
[11] 贝尼特,E。;Callot,J.-L。;Diener,F。;M.Diener、Chasse au canard、Collect。数学。,32、1-2、37-119(1981),(法语)·兹伯利0529.34046
[12] Eckhaus,W.,《松弛振荡,包括对法国鸭子的标准追逐》,(渐近分析II.渐近分析II,数学课堂讲稿,第985卷(1983年),Springer-Verlag:Springer-Verlag New York),449-494·Zbl 0509.34037号
[13] Baer,S.M。;Erneux,T.,松弛振荡的奇异Hopf分岔,SIAM J.Appl。数学。,46, 5, 721-739 (1986) ·Zbl 0614.92008号
[14] 贝尔,S.M。;Erneux,T.,松弛振荡的奇异Hopf分岔。二、 SIAM J.应用。数学。,52, 6, 1651-1664 (1992) ·Zbl 0782.34040号
[15] Krupa,M。;Szmolyan,P.,《弛豫振荡与鸭式爆炸》,《微分方程》,174,312-368(2001)·Zbl 0994.34032号
[16] Krupa,M。;Szmolyan,P.,将几何奇异摄动理论推广到二维非双曲点——折叠点和鸭点,SIAM J.Math。分析。,33, 2, 286-314 (2001) ·Zbl 1002.34046号
[17] Coombes,S.,《带缝隙连接的神经网络:分段线性平面神经元模型的研究》,SIAM J.Appl。动态。系统。,7, 3, 1101-1129 (2008) ·Zbl 1159.92008年
[18] Tonnelier,A。;Gerstner,W.,《分段线性微分方程和积分与核神经元:二维膜模型的见解》,Phys。E版,67,021908(2003)
[19] (Banerjee,S.;Verghese,G.C.,《电力电子中的非线性现象》(2001),IEEE出版社:IEEE出版社,纽约)
[20] Z.T.朱苏巴利耶夫。;Mosekilde,E.,《分段平滑动力系统中的分岔和混沌》(2003),《世界科学:世界科学新加坡》·Zbl 1047.34048号
[21] Tse,C.K.,《开关功率转换器的复杂行为》(2003),CRC出版社:CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿·Zbl 1017.94535号
[22] Sekikawa,M。;Inaba,N。;Tsubuchi,T.,由极小的周期扰动驱动的分段线性范德波尔振荡器中通过鸭解分解的混沌,Physica D,194227-249(2004)·Zbl 1098.34546号
[23] 林德纳,B。;Garcia-Ojalvo,J。;奈曼,A。;Schimansky Geier,L.,《可兴奋系统中噪声的影响》,物理学。众议员,392,321-424(2004)
[24] Lee DeVille,R.E。;Vanden-Eijnden,E。;Muratov,C.B.,随机扰动动力系统中两种不同的相干机制,物理学。E版,72,031105(2005)
[25] Pikovsky,A.S。;Kurths,J.,噪声驱动可兴奋系统中的相干共振,Phys。修订稿。,78, 5, 775-778 (1997) ·Zbl 0961.70506号
[26] Gammaitoni,L。;哈恩吉,P。;Jung,P。;Marchesoni,F.,《随机共振》,《现代物理学评论》。,70, 1, 223-287 (1998)
[27] 哈恩,H.-S。;Nitzan,A。;奥托列娃,P。;Ross,J.,阈值兴奋、弛豫振荡和酶反应中的噪声效应,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,71、10、4067-4071(1974)
[28] 胡,G。;Ditzinger,T。;宁,C.Z。;Haken,H.,无外周期力的随机共振,物理学。修订稿。,71, 6, 807-810 (1993)
[29] 穆拉托夫,C.B。;Vanden-Eijnden,E。;Weinan,E.,可激发系统中的自诱导随机共振,Physica D,210,227-240(2005)·Zbl 1109.34040号
[30] Freidlin,M.I.,《关于小噪声诱导的稳定振荡和平衡》,J.Stat.Phys。,103, 283-300 (2001) ·Zbl 1019.82008年
[31] 达勒姆,J。;Moehlis,J.,金丝雀的反馈控制,混沌,181015110(2008)
[32] 李,X。;Wang,J。;Hu,W.,化学突触对鸭翼区附近耦合神经元信号传播增强的影响,Phys。E版,76041902(2007)
[33] 赵,G。;Hou,Z。;Xin,H.,Canard爆炸和铂表面CO氧化速率振荡中的相干双共振,J.Phys。化学。A、 1098515-8519(2005年)
[34] Yu,N。;库斯克,R。;Li,Y.X.,耦合振荡器中的随机相位动力学和噪声诱导的混合模式振荡,混沌,18,015112(2008)
[35] 希琴科,P。;梅德韦杰夫,G.S.,小噪声诱发的突发振荡,SIAM J.Appl。数学。,69, 5, 1359-1392 (2009) ·兹比尔1176.60044
[36] Desroches,M。;Krauskopf,B。;Osinga,H.M.,自耦合Fitzhugh-Nagumo系统中的混合模振荡和慢流形,混沌,18,015107(2008)·Zbl 1306.34050号
[37] Rotstein,H.G。;Wechselberger,M。;Kopell,N.,Canard在内侧内嗅皮层第二层星状细胞模型中诱导混合模式振荡,SIAM J.Appl。动态。系统。,7, 4, 1582-1611 (2008) ·Zbl 1167.34353号
[38] 林德纳,B。;Schimansky-Geier,L.,两态系统中的相干和随机共振,Phys。E版,61、6、6103-6110(2000)
[39] McKean,H.P.,Nagumo方程,高级数学。,4, 209-223 (1970) ·Zbl 0202.16203号
[40] 伊藤,M。;Murakami,H.,具有周期强迫的van der Pol方程中的混沌和鸭形波,国际分岔混沌,4,4,1023-1029(1994)·Zbl 0900.70309号
[41] Arima,N。;冈崎,H。;Nakano,H.,分段线性系统中鸭翼的生成机制,IEICE Trans。基础,E80A,3447-453(1997)
[42] Rotstein,H.G。;库姆斯,S。;A.Gheorghe。
[43] 迪贝尔纳多,M。;巴德·C·J。;Champneys,A.R。;Kowalczyk,P.,分段平滑动力系统。理论与应用(2008),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·兹比尔1146.37003
[44] 莱恩,R.I。;Nijmeijer,H.,(非光滑机械系统的动力学和分岔。非光滑力学系统的动力学与分岔,应用和计算数学讲义,第18卷(2004),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin)·Zbl 1068.7003号
[45] Simpson,D.J.W.,(分段-光滑连续系统中的分歧。分段-光滑持续系统中的分岔,非线性科学,第70卷(2010年),《世界科学:世界科学新加坡》)·Zbl 1205.37004号
[46] Freire,E。;庞塞,E。;罗德里戈,F。;Torres,F.,具有两个区域的连续分段线性系统的分岔集,国际分岔混沌,8,11,2073-2097(1998)·Zbl 0996.37065号
[47] 林德纳,B。;Schimansky-Geier,L.,随机FitzHugh-Nagumo系统和相干共振的分析方法,Phys。E版,60、6、7270-7276(1999)
[48] Schuss,Z.,《随机微分方程的理论与应用》(1980),威利出版社,威利纽约·Zbl 0439.60002号
[49] Gardiner,C.W.,《物理、化学和自然科学随机方法手册》(1985),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 0862.60050号
[50] 帕莱斯基,V。;de Rosa,M.,福克-普朗克方程的数值解。二、。多维案例,物理。莱特。A、 163、381-391(1992)
[51] 道格拉斯,J。;Russell,T.F.,基于特征线法与有限元或有限差分程序相结合的对流主导扩散问题的数值方法,SIAM J.Numer。分析。,19, 5 (1982) ·Zbl 0492.65051号
[52] Knabner,P。;Angermann,L.,(椭圆和抛物型偏微分方程的数值方法。椭圆和抛物线型偏微分方程式的数值方法,应用数学文本(2003),Springer-Verlag:Springer-Verlag New York)·Zbl 1034.65086号
[53] Alili,A。;佩蒂,P。;Pedersen,J.L.,Ornstein-Uhlenbeck过程第一次击中时间密度的表示,Stoch。型号,21、4、967-980(2005)·Zbl 1083.60064号
[54] 格拉奇克,P。;Jakubowski,T.,Ornstein-Uhlenbeck扩散的退出时间和泊松核,Stoch。模型,24,2,314-337(2008)·Zbl 1148.60058号
[55] Siegert,A.J.,关于首次通过时间概率问题,Phys。修订版,81,4167-623(1951年)·Zbl 0045.28504号
[56] Redner,S.,《首次通过过程指南》(2001),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社纽约·Zbl 0980.60006号
[57] 本德,C.M。;Orszag,S.A.,(科学家和工程师的高级数学方法。科学家和工程师高级数学方法,国际纯数学和应用数学丛书(1978),McGraw-Hill:McGraw-Hill纽约)·Zbl 0417.34001号
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。