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神经场方程中的时空鸭解

Spatiotemporal canards in neural field equations.

作者信息

Avitabile D, Desroches M, Knobloch E

机构信息

Centre for Mathematical Medicine and Biology, School of Mathematical Sciences, University of Nottingham, University Park, Nottingham NG9 7RD, United Kingdom.

Inria Sophia Antipolis Méditerranée Research Centre, MathNeuro Team, 2004 route des Lucioles-Boîte Postale 93 06902 Sophia Antipolis, Cedex, France.

出版信息

Phys Rev E. 2017 Apr;95(4-1):042205. doi: 10.1103/PhysRevE.95.042205. Epub 2017 Apr 12.

DOI:10.1103/PhysRevE.95.042205
PMID:28505875
Abstract

Canards are special solutions to ordinary differential equations that follow invariant repelling slow manifolds for long time intervals. In realistic biophysical single-cell models, canards are responsible for several complex neural rhythms observed experimentally, but their existence and role in spatially extended systems is largely unexplored. We identify and describe a type of coherent structure in which a spatial pattern displays temporal canard behavior. Using interfacial dynamics and geometric singular perturbation theory, we classify spatiotemporal canards and give conditions for the existence of folded-saddle and folded-node canards. We find that spatiotemporal canards are robust to changes in the synaptic connectivity and firing rate. The theory correctly predicts the existence of spatiotemporal canards with octahedral symmetry in a neural field model posed on the unit sphere.

摘要

鸭解是常微分方程的特殊解,它们在长时间间隔内遵循不变排斥慢流形。在现实的生物物理单细胞模型中,鸭解是实验中观察到的几种复杂神经节律的原因,但它们在空间扩展系统中的存在和作用在很大程度上尚未得到探索。我们识别并描述了一种相干结构,其中空间模式表现出时间鸭解行为。利用界面动力学和几何奇异摄动理论,我们对时空鸭解进行了分类,并给出了折叠鞍点和折叠节点鸭解存在的条件。我们发现时空鸭解对突触连接性和放电率的变化具有鲁棒性。该理论正确地预测了在单位球面上提出的神经场模型中具有八面体对称性的时空鸭解的存在。

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Spatiotemporal canards in neural field equations.神经场方程中的时空鸭解
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