李冰伟;曹小志;傅晨波 通过异质环境间接耦合的空间扩展混沌振子种群的群体感应。 （英语） Zbl 1381.34076号 非线性科学杂志。 27，第6期，1667-1686（2017）. 摘要：许多生物和化学系统都可以由一群通过动力学环境间接耦合的振荡器来建模。基本上，单个元素相互通信的环境是异质的然而，以前的大多数工作只考虑了同质情况。在这里，我们研究了浸入异质环境中的空间分布混沌振荡器群体的动力学行为。研究了各种动态同步状态（如振荡终止、相位同步和完全同步振荡）及其转换。特别是，我们揭示了一种非传统的群体感应转变：增加人口密度导致从振荡死亡到同步振荡的转变，但进一步增加密度会导致从完全同步到相位同步甚至从相位同步到去同步的退化。这一发现的潜在机制归因于人口密度所起的双重作用。更重要的是，通过将环境视为振荡器的另一个组件，整个系统有效地等效于局部耦合系统。这一事实使我们可以利用主稳定函数方法来预测完全同步振荡的发生，这与系统直接数值积分的结果一致。还讨论了我们模型的实验实现的潜在候选对象。 引用于5文件 MSC公司： 34D06型 常微分方程解的同步 34D20型 常微分方程解的稳定性 34立方厘米 常微分方程的非线性振动和耦合振子 关键词：同步过渡;环境耦合;人口密度;主稳定函数 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{B.-W.Li}等，《非线性科学杂志》。27，第6号，1667--1686（2017；Zbl 1381.34076） 全文： 内政部 arXiv公司 参考文献： [1] Aldridge，J.，Pye，E.K.：振荡代谢的细胞密度依赖性。《自然》（伦敦）259、670（1976）·doi:10.1038/259670a0 [2] Belykh，I.、de Lange，E.、Hasler，M.：突发神经元的同步：网络拓扑中的重要内容。物理学。修订稿。94, 188101 (2005) ·doi:10.1103/PhysRevLett.94.188101 [3] Bers，D.M.：心脏兴奋-收缩耦合。《自然》415198（2002）·doi:10.1038/415198a [4] Boccaletti，S.、Kurths，J.、Osipov，G.、Valladares，D.L.、Zhou，C.S.：混沌系统的同步。物理学。代表366，1（2002）·Zbl 0995.37022号 ·doi:10.1016/S0370-1573（02）00137-0 [5] Bressloff，P.C.：V.harveyi群体感应模型中的超灵敏度和噪声放大。物理学。版本E 93，062418（2016）·doi:10.1103/PhysRevE.93.062418 [6] Bressloff，P.C.，Lawley，S.D.：由随机选通缝隙连接耦合的动态活跃隔间。非线性科学杂志。(2017). doi:10.1007/s00332-017-9374-5·Zbl 1379.35332号 [7] Chandrasekar，V.K.，Gopal，R.，Senthilkumar，D.V.，Lakshmanan，M.：环境非局部耦合诱导的相滑移嵌合体。物理学。版本E 94012208（2016）·doi:10.1103/PhysRevE.94.012208 [8] Danino，T.，Mondragón-Palomino，O.，Tsimring，L.，Hasty，J.：基因时钟的同步法定人数。《自然》（伦敦）463，326（2010）·doi:10.1038/nature08753 [9] De Monte，S.、d'Ovido，F.、Danö，S.和Sörensen，P.G.：动态群体感应：细胞动力学中编码的人口密度。程序。国家。阿卡德。科学。美国104、18377（2007）·doi:10.1073/pnas.0706089104 [10] Dilanji，G.E.，Langebrake，J.B.，De Leenher，P.，Hagen，S.J.：远距离群体激活：自诱导物信号扩散的基因调控时空模式。美国化学杂志。Soc.1345618（2012年）·doi:10.1021/ja211593q [11] Fu，C.，Lin，W.，Huang，L.，Wang，X.：网络混沌振荡器中的同步跃迁：部分同步观点。物理学。修订版E 89052908（2014）·doi:10.1103/PhysRevE.89.052908 [12] Garcia-Ojalvo，J.，Elowitz，M.B.，Strogatz，S.H.：模拟合成多细胞时钟：通过群体感应耦合阻遏物。程序。国家。阿卡德。科学。美国10110955（2004）·Zbl 1064.92019年 ·doi:10.1073/pnas.0307095101 [13] Glass，L.，Mackey，M.C.：从时钟到混沌：生命的节奏。普林斯顿大学，普林斯顿（1988）·Zbl 0705.92004 [14] Goldbeter，A.：《生物化学振荡和细胞节律：周期性和混沌行为的分子基础》。剑桥大学，剑桥（1996）·Zbl 0837.92009号 ·doi:10.1017/CBO9780511608193 [15] Gou，J.、Chiang，W.Y.、Lai，P.K.、Ward，M.J.、Li，Y.X.：通过扩散化学信号耦合的非同步理论。《物理》D 339，1-17（2017）·Zbl 1376.92020号 ·doi:10.1016/j.physd.2016.08.004 [16] Gou，J.，Ward，M.J.：由体扩散耦合的动态活动隔间的二维模型的渐近分析。非线性科学杂志。26, 979 (2016) ·兹比尔1439.92024 ·doi:10.1007/s00332-016-9296-7 [17] Gray，R.A.，Pertsov，A.M.，Jalife，J.：心脏颤动期间的时空组织。《自然》（伦敦）392，75（1998）·数字对象标识代码：10.1038/32164 [18] Gregor，T.，Fujimoto，K.，Masaki，N.，Sawai，S.：社会变形虫中集体行为的开始。科学3281021（2010）·doi:10.1126/science.1183415 [19] Hammond，C.、Bergman，H.、Brown，P.：帕金森病的病理同步：网络、模型和治疗。《神经科学趋势》。30, 357 (2007) ·doi:10.1016/j.tins.2007.05.004 [20] Heagy，J.F.，Carroll，T.L.，Pecora，L.M.：耦合振荡器系统中的同步混沌。物理学。E 50版，1874年（1994年）·doi:10.1103/PhysRevE.50.1874 [21] Huang，L.，Chen，Q.，Lai，Y.C.，Pecora，L.M.：耦合非线性动力系统中主稳定函数的一般行为。物理学。版本E 80，036204（2009）·doi:10.1103/PhysRevE.80.036204 [22] Kaneko，K.：混沌元素网络中的分区复杂性。《物理学杂志》。数学。Gen.24，2107（1991）·Zbl 0733.58039号 ·doi:10.1088/0305-4470/24/9/020 [23] Kuramoto，Y.：化学振荡、波和湍流。柏林施普林格（1984）·Zbl 0558.76051号 ·doi:10.1007/978-3-642-69689-3 [24] Li，B.W.，Fu，C.，Zhang，H.，Wang，X.G.：间接耦合混沌振荡器系综中的同步和群体感应。物理学。版本E 86，046207（2012）·doi:10.1103/PhysRevE.86.046207 [25] Miller，M.B.，Bassler，B.L.：细菌群体感应。年。微生物评论。55, 165 (2001) ·doi:10.1146/annurev.micro.55.1.165 [26] Mindlin，G.B.，Solari，H.G.，Natiello，M.A.，Gilmore，R.，Hou，X.J.：Belousov-Zhabotinskii反应混沌时间序列数据的拓扑分析。非线性科学杂志。1, 147 (1991) ·Zbl 0797.58057号 ·doi:10.1007/BF01209064 [27] Mormann，F.、Kreuz，T.、Andrzejak，R.G.、David，P.、Lehnertz，K.、Elger，C.E.：癫痫发作之前同步性降低。《癫痫研究》53、173（2003）·doi:10.1016/S0920-1211（03）00002-0 [28] Nielsen，K.，Sörensen，P.G.，Hynne，F.：糖酵解中的混沌。J.西奥。生物学186，303（1997）·doi:10.1006/jtbi.1996.0366 [29] Noorbakhsh，J.，Schwab，D.J.，Sgro，A.E.，Gregor，T.，Mehta，P.：模拟盘基网柄菌种群中的振荡和螺旋波。物理学。版本E 91，062711（2015）·doi:10.103/物理版本E.91.062711 [30] Panfilov，A.V.，Hogeweg，P.：心肌纤维化的机制。《科学》2701223（1995） [31] Pecora，L.M.：耦合极限循环和混沌系统中的同步条件和去同步模式。物理学。修订版E 58347（1998）·doi:10.1103/PhysRevE.58.347 [32] Pecora，L.M.，Carroll，T.L.：混沌系统的同步。《混沌》25，097611（2015）·Zbl 1374.34002号 ·doi:10.1063/1.4917383 [33] Pecora，L.M.，Carroll，T.L.：混沌系统中的同步。物理学。修订稿。64, 821 (1990) ·Zbl 0938.37019号 ·doi:10.1103/PhysRevLett.64.821 [34] Pecora，L.M.，Carroll，T.L.：同步耦合系统的主稳定性函数。物理学。修订稿。80, 2109 (1998) ·doi:10.1103/PhysRevLett.80.2109 [35] Pikovsky，A.S.、Rosenblum，M.、Kurths，J.：同步：非线性科学中的一个普遍概念。剑桥大学出版社，剑桥（2001）·Zbl 0993.37002号 ·doi:10.1017/CBO9780511755743 [36] Resmi，V.，Ambika，G.，Amritkar，R.E.：通过动态环境间接耦合的混沌系统中的同步状态。物理学。版本E 81，046216（2010）·doi:10.1103/PhysRevE.81.046216 [37] Rosenblum，M.G.，Pikovsky，A.S.，Kurths，J.：混沌振荡器的相位同步。物理学。修订稿。76, 1804 (1996) ·Zbl 0896.60090号 ·doi:10.1103/PhysRevLett.76.1804 [38] Rossi，F.等人：非共振亚铁催化的Belousov-Zhabotinsky反应中的混沌动力学。化学。物理学。莱特。480, 322 (2009) ·doi:10.1016/j.cplett.2009.09.018 [39] Rulkov，N.F.、Sushchik，M.M.、Tsimring，L.S.、Abarbanel，H.D.：定向耦合混沌系统中混沌的广义同步。物理学。E 51980版（1995年）·doi:10.1103/PhysRevE.51.980 [40] Sakaguchi，H.：全局耦合Rössler振荡器的相变。物理学。版本E 61，7212（2000）·doi:10.1103/PhysRevE.61.7212 [41] Sakaguchi，H.，Maeyama，S.：空间分布主动旋转体种群中的动态群体感应和集群动力学。物理学。版本E 87，024901（2013）·doi:10.1103/PhysRevE.87.024901 [42] Schmitz，R.A.、Graziani，K.R.、Hudson，J.L.：Belousov-Zhabotinskii反应中混沌状态的实验证据。化学杂志。物理学。67, 3040 (1977) ·doi:10.1063/1.435267 [43] Schütze，J.、Mair，T.、Hauser，M.J.、Falcke，M.、Wolf，J.：通过酵母细胞层中的行波进行代谢同步。生物物理学。J.100809（2011）·doi:10.1016/j.bpj.2010.12.3704 [44] Schwaba，D.J.，Baeticab，A.，Mehta，P.：通过外部介质耦合的振荡器中的动态quorum-sensing。《物理学D》2411782（2012）·Zbl 1401.92014年 ·doi:10.1016/j.physd.2012.08.05 [45] Shinomoto，S.，Kuramoto，Y.：主动旋转系统中的相变。掠夺。西奥。物理学。75, 1105 (1986) ·doi:10.1143/PTP.75.1105 [46] Singer，W.，Gray，C.M.：视觉特征整合和时间相关性假设。每年。神经科学评论。18, 555 (1995) ·doi:10.1146/annurev.ne.18.030195.003011 [47] Singh，H.，Parmananda，P.：混沌振荡器中的群同步。非线性动力学。80, 767 (2015) ·doi:10.1007/s11071-015-1904-9 [48] Strogatz，S.：同步：自发秩序的新兴科学。Hyperion，纽约（2003） [49] Taylor，A.F.，Tinsley，M.R.，Wang，F.，Huang，Z.，Showalter，K.：大量化学振荡器中的动态群体感应和同步。《科学》323614（2009）·doi:10.1126/science.1166253 [50] Toiya，M.，Vanag，V.K.，Epstein，I.R.：微流体组件中的扩散耦合化学振荡器。安圭。化学。国际编辑477753（2008）·doi:10.1002/anie.200802339 [51] Toth，R.，Taylor，A.F.，Tinsley，M.R.：化学耦合振荡器群体的集体行为。《物理学杂志》。化学。B 110、10170（2006）·doi:10.1021/jp060732z [52] Vincent，U.E.、Nana-Nbendjo，B.R.、McClintock，P.V.E.：通过随机动力学环境耦合的棘轮网络的集体动力学。物理学。版本E 87，022913（2013）·doi:10.1103/PhysRevE.87.022913 [53] Vladimirov，A.G.，Kozyreff，G.，Mandel，P.：弱稳定振荡器和半导体激光阵列的同步。EPL 61、613（2003）·doi:10.1209/epl/i2003-00115-8 [54] Wiesenfeld，K.，Colet，P.，Strogatz，S.：无序Josephson系列阵列中的同步跃迁。物理学。修订稿。76, 404 (1996) ·doi:10.1103/PhysRevLett.76.404 [55] 温弗里，A.T.：《生物时间的几何》。施普林格，纽约（2001）·Zbl 1014.92001号 ·doi:10.1007/978-1-4757-3484-3 [56] Witkowski，F.X.等人：心室颤动的时空演变。《自然》（伦敦）392，78（1998）·doi:10.1038/32170 [57] Zamora-Mount，J.、Masoller，C.、Garcia-Ojalvo，J.和Roy，R.：延迟耦合激光器中的群体同步和群体感应。物理学。修订稿。105, 264101 (2010) ·doi:10.1103/PhysRevLett.105.264101 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。