О краевой задаче для системы дифференциальных уравнений, моделирующей электрическую активность головного мозга
- Авторы: Патрина А.С.1
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина»
- Выпуск: Том 28, № 144 (2023)
- Страницы: 383-394
- Раздел: Научные статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2686-9667/article/view/296474
- DOI: https://doi.org/10.20310/2686-9667-2023-28-144-383-394
- ID: 296474
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследуется модель типа Хопфилда динамики электрической активности головного мозга, представляющая собой систему дифференциальных уравнений вида
\begin{equation*}
\dot{v}_{i}(t)= -\alpha v_{i}(t)+\sum_{j=1}^{n}w_{ji}f_{\delta}\big(v_{j}(t-\tau_{ji})\big)+I_{i}(t), \quad i=\overline{1,n}, \quad t\geq 0.
\end{equation*}
Параметры модели считаются заданными: $\alpha>0,$ $\tau_{ii}=0,$ $w_{ii}= 0,$ $\tau_{ji}\geq 0$ и $w_{ji}>0$ при $i\neq j,$ $I_{i}(t)\geq 0$ при $t\geq 0.$ Функция активации $f_{\delta}$ ($\delta$ --- время перехода нейрона в состояние активности) рассмотрена двух типов:
$$
\delta= 0 \ \Rightarrow \
f_{0}(v)=\left\{
\begin{array}{ll}
0, & v\leq\theta,\\
1, & v>\theta;
\end{array}\right. \ \ \ \ \
\delta> 0 \ \Rightarrow \ f_{\delta}(v)=\left\{
\begin{array}{ll}
0, & v\leq \theta,\\
{\delta}^{-1}( v-\theta), & \theta < v \leq \theta+\delta,\\
1, & v>\theta+\delta.
\end{array}\right.$$
Для рассматриваемой системы дифференциальных уравнений исследуется краевая задача с условиями ${v_{i}(0)-v_{i}(T)=\gamma_{i},}$ $i=\overline{1,n}.$ В обоих случаях $\delta= 0$ (функция $f_{0}$ разрывная) и $\delta > 0$ (функция $f_{0}$ непрерывная) решение существует, а если
то рассматриваемая задача имеет единственное решение. В работе также получены оценки решения и его производной. Используются теоремы о неподвижных точках непрерывных отображений метрических и нормированных пространств и о неподвижных точках монотонных отображений частично упорядоченных пространств. Полученные результаты применены к исследованию периодических решений рассматриваемой дифференциальной системы.
Об авторах
Анастасия Сергеевна Патрина
ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина»
Автор, ответственный за переписку.
Email: lanina.anastasiia5@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8076-5745
магистр, кафедра функционального анализа
Россия, 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33Список литературы
- [1] J.J. Hopfield, “Neural networks and physical systems with emergent collective computational properties”, Proc. Nat. Acad. Sci., 79:8 (1982), 2554–2558.
- [2] В.Л. Быков, Цитология и общая гистология, Сотис, Санкт-Петербург, 2018, 237 с.
- [3] P. Van den Driesche, X. Zou, “Global attractivity in delayed Hopfield neural network models”, SIAM J. Appl. Math., 58 (1998), 1878–1890.
- [4] А.С. Ланина, Е.А. Плужникова, “О свойствах решений дифференциальных систем, моделирующих электрическую активность головного мозга”, Вестник российских университетов. Математика, 27:139 (2022), 270–283.
- [5] Е.С. Жуковский, “Неравенства Вольтерра в функциональных пространствах”, Матем. сб., 195:9 (2004), 3–18.
- [6] Е.С. Жуковский, “Об упорядоченно накрывающих отображениях и неявных дифференциальных неравенствах”, Дифференциальные уравнения, 52:12 (2016), 1610–1627.
- [7] E.O. Burlakov, E.S. Zhukovskiy, “On absrtact Volterra equations in partially ordered spaces and their applications”, CONCORD-90: Mathematical Analysis With Applications. V. 318, International conference in honor of the 90th Birthday of Constantin Corduneanu (2018, Ekaterinburg, Russia), Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, eds. S. Pinelas, A. Kim, V. Vlasov, 2020, 3–11.
- [8] С. Бенараб, З.Т. Жуковская, Е.С. Жуковский, С.Е. Жуковский, “О функциональных и дифференциальных неравенствах и их приложениях к задачам управления”, Дифференциальные уравнения, 56:11 (2020), 1471–1482.
- [9] Л.В. Канторович, Г.П. Акилов, Функциональный анализ, Наука, М., 1984.
- [10] А.Н. Колмогоров, С.В. Фомин, Элементы теории функций и функционального анализа, 5-е изд., Физматлит, М., 2019.
- [11] A.V. Arutyunov, E.S. Zhukovskiy, S.E. Zhukovskiy, “Coincidence points principle for mappings in partially ordered spaces”, Topology and its Applications, 179:1 (2015), 13–33.
- [12] Л.А. Люстерник, В.И. Соболев, Краткий курс функционального анализа, Высшая школа, М., 1982, 271 с.
- [13] Н.В. Азбелев, В.П. Максимов, Л.Ф. Рахматуллина, Введение в теорию функционально-дифференциальных уравнений, Наука, М., 1991.
Дополнительные файлы
