噪声下耦合网络谐振稳定性迁移预测和控制
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11765011
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:46.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2503.统计物理与复杂系统
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:张丽萍; 马军; 杜洪梅; 吴富强; 张鬲; 王亚; 郭升莉;
- 关键词:
项目摘要
This project will focus mainly on the goals to detect the synchronization stability of oscillating collective behaviors in network, to predict and control the instability of the network synchronization and pattern formation. The focuses of the research work are to construct networks with different types of topology, which the local kinetics is described by resonance circuit or nonlinear oscillators, predictive control and noise suppression can be carried on these network so that the synchronization instability can be prevented. The contents to be investigated are considered as follows. 1)A feasible and reliable neuronal circuit is designed by using memristive device (memristor) and sensitive inductor (Josephson junction) with the ion channel effect involved, furthermore, the stability and series analysis will be carried out on electronic emulation software and FPGA. 2) Desynchronization induced by collapse in electric device between finite neuronal circuits under coupling is discussed, furthermore, desynchronization and pattern instability in one-layer network are investigated in presence of stochastic diffusive collapse. 3)A cascading collapse on two-layer and multi-layer network is considered to predict and detect the instability of network. 4) Pattern selection, control and diffusive collapse on network with noise being considered. The project could give some important results on information to predictive control of network synchronization, pattern stability and emergence of neuronal diseases.
本项目拟利用斑图动力学理论和复杂网络方法预测网络群体振荡行为的稳定性,开展控制网络同步和斑图失稳问题的研究。工作重点是通过多种谐振电路和振子耦合来构造不同拓扑结构的网络,实现对谐振网络稳定性预测控制和去噪控制,有效地预防同步失稳。课题内容包含:1)利用灵敏电感元件约瑟夫森结、记忆效应的忆阻器等设计神经元电路并考虑离子通道效应和噪声效应;通过电子仿真软件和FPGA进一步测试稳定性。2)有限个神经元电路耦合下核心电路元件崩溃诱发的去同步,单层多节点网络随机扩散性崩溃诱发的网络去同步和斑图失稳。3)双层和多层网络中级联崩溃诱发的网络同步失稳和预测。4)噪声驱动下网络斑图诱发和崩溃扩散问题。通过本项目的研究将为神经元电路网络同步稳定性控制和神经性疾病涌现提供重要参考信息。
结项摘要
非线性谐振子耦合网络的群体动力学模态选择主要取决于其局域动力学、耦合通道链路的属性,外界随机性的刺激如噪声也会影响其群体动力学模态的稳定性。在特定的拓扑结构下,耦合通道的可控性及随机性激励可以影响单层网络,双层网络的同步稳定性及其时空斑图的演化,而局域位置采样点的突变为网络群体行为的模态转移提供了诊断信息。. 主要研究内容:1)非线性振子功能性增强和能量表达。在非线性电路中嵌入约瑟夫森结,忆阻器和热敏电阻等器件来增强其物理功能,分析其能量存储特征,进一步分析无量纲的广义功能非线性振子的能量特征,探索非线性振子的非耦合共振同步、能量平衡问题。2)以功能性神经元电路来构建神经元网络,分析耦合通道物理属性和可控性对网络群体电活动模态选择的影响。3)单层与多层网络中时空斑图的演化,电磁辐射和噪声驱动下神经元及网络的稳定性。. 主要研究结果: 1)构建了包含电磁场效应的神经元模型,解释了外界电磁场辐射如何影响神经元电活动模态的生物和物理机理。2)基于赫姆霍兹定理和标度变换,分析了神经元电路及非线性电路的能量存储和输运,论证了功能性神经元及广义非线性振子的哈密顿能量函数唯一性,指出哈密顿能量函数是动力学系统最恰当的李雅普诺夫函数,对耦合系统的能量操控可以有效实现非线性振子的相位锁定和相位同步。3)论证了基于电容器、感应线圈、热敏电阻、光电管等功能器件耦合神经元电路及混沌电路时物理过程的特征及可控性,解释了神经元化学突触耦合的物理机制及场耦合对神经元同步的影响,混合突触的设计依据。4)论证了噪声对非线性振子和神经元电路作用的物理机制,即能量的注入和吸收问题,噪声可以诱发共振同步和时空斑图迁移,证实了双层网络的斑图同步和稳定性和层与层之间的耦合通道数量及强度有关。. 与本项目相关的研究结果有23篇论文发表并被SCI数据库收录。项目负责人指导的3名硕士研究生毕业并继续攻读博士学位,一篇硕士学位论文获得甘肃省优秀硕士论文。
项目成果
期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Synchronization in networks of initially independent dynamical systems
最初独立的动力系统网络中的同步
- DOI:10.1016/j.physa.2019.01.030
- 发表时间:2019-04
- 期刊:Physica A
- 影响因子:--
- 作者:Yong Liu;Guodong Ren;Ping Zhou;Tasawar Hayat;Jun Ma
- 通讯作者:Jun Ma
Target wave in the network coupled by thermistors
由热敏电阻耦合的网络中的目标波
- DOI:10.1016/j.chaos.2020.110455
- 发表时间:2020-11
- 期刊:Chaos Solitons & Fractals
- 影响因子:7.8
- 作者:Zhang Xiufang;Yao Zhao;Guo Yeye;Wang Chunni
- 通讯作者:Wang Chunni
Minireview on signal exchange between nonlinear circuits and neurons via field coupling
非线性电路与神经元之间通过场耦合进行信号交换的小综述
- DOI:10.1140/epjst/e2019-800193-8
- 发表时间:2019-10-01
- 期刊:EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL-SPECIAL TOPICS
- 影响因子:2.8
- 作者:Wang,Chunni;Tang,Jun;Ma,Jun
- 通讯作者:Ma,Jun
DEPENDENCE OF HIDDEN ATTRACTORS ON NON-LINEARITY AND HAMILTON ENERGY IN A CLASS OF CHAOTIC SYSTEM
隐藏吸引子对非线性和哈密顿能量的依赖性
- DOI:10.14736/kyb-2018-4-0648
- 发表时间:2018
- 期刊:Kybernetika
- 影响因子:0.5
- 作者:Zhang Ge;Wang Chunni;Alsaedi Ahmed;Ma Jun;Ren Guodong
- 通讯作者:Ren Guodong
A physical view of computational neurodynamics
计算神经动力学的物理观点
- DOI:10.1631/jzus.a1900273
- 发表时间:2019-09-01
- 期刊:JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY-SCIENCE A
- 影响因子:3.2
- 作者:Ma, Jun;Yang, Zhuo-qin;Tang, Jun
- 通讯作者:Tang, Jun
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其他文献
二烯丙三硫对人前列腺癌PC-3细胞生物学行为的影响及与uPA系统关系的初探
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:中国药房
- 影响因子:--
- 作者:张晶;沈承武;王春妮;戚美;周志强;秦晓敏;韩博
- 通讯作者:韩博
机械载荷作用下弹性梁大振幅振动
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:兰州理工大学学报,2007,33(6): 152-156
- 影响因子:--
- 作者:王春妮;李世荣
- 通讯作者:李世荣
SOX4基因在前列腺癌中的表达及二烯丙三硫对其表达的调节作用
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:山东大学学报(医学版)
- 影响因子:--
- 作者:张晶;王林;杨晓庆;王春妮;王妍;张娟;韩博
- 通讯作者:韩博
标度放大和自适应同步识别约瑟夫森结混沌系统中非同阶参数
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:量子电子学报
- 影响因子:--
- 作者:李凡;黄龙;王春妮;马军
- 通讯作者:马军
基于亥姆霍兹定理计算动力学系统的哈密顿能量函数
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:物理学报
- 影响因子:--
- 作者:王春妮;王亚;马军
- 通讯作者:马军
共 7 条
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王春妮的其他基金
功能性神经元网络中能量输运和选频可控性的机制研究
- 批准号:62361037
- 批准年份:2023
- 资助金额:32 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
非均匀的神经元网络簇同步和斑图随机动力学
- 批准号:11365014
- 批准年份:2013
- 资助金额:48.0 万元
- 项目类别:地区科学基金项目