ON WELL-POSEDNESS OF GENERALIZED NEURAL FIELD EQUATIONS WITH IMPULSIVE CONTROL


Cite item

Full Text

Abstract

We formulate and prove the theorem on well-posedness of abstract Volterra equations in metric spaces. We consider nonlinear nonlocal integral Volterra equation involving generalizing equations typically used in mathematical neuroscience. We investigate solutions that tend to zero at any moment with unbounded growth of the spatial variable. In the literature such solutions are called «spatially localized solutions» or «bumps». They correspond to normal brain functioning. For the main equation, we consider an impulsive control problem, where the control parameters are moments, when the solution discontinue, and corresponding jumps’ values. Such control systems model electrical stimulation used in the presence of various diseases of central nervous system. We define suitable complete metric (not linear) space. Using the aforementioned theorem, we obtain conditions for existence and uniqueness of solution to this equation and continuous dependence of this solution on the control.

About the authors

Evgeniy Olegovich Burlakov

Norwegian University of Life Sciences

Email: eb_@bk.ru
Post-graduate Student As, Norwegian

Evgeny Semenovich Zhukovskiy

Tambov State University named after G.R. Derzhavin

Email: zukovskys@mail.ru
Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Director of the Research Institute of Mathematics, Physics and Informatics Tambov, the Russian Federation

References

  1. Vainikko G.M. Regular convergence of operators and approximate solution of equations // Science and Technics Totals, Journal of Soviet Mathematics, 1981. V. 6. P. 675-705.
  2. Azbelev N.V., Maksimov V.P. and Rakhmatullina L.F. Introduction to the Theory of Functional Differential Equations: Methods and Applications // Hindawi Publishing Corporation, N.Y., 2007.
  3. Amari S. Dynamics of Pattern Formation in Lateral-Inhibition Type Neural Fields // Biol. Cybern, 1977. V. 27. P. 77-87.
  4. Coombes S. Waves, bumps, and patterns in neural field theories // Biol. Cybern, 2005. V. 93. P. 91-108.
  5. Blomquist P., Wyller J. and Einevoll G.T. Localized activity patterns in two-population neuronal networks // Physica D, 2005. V. 206. P. 180-212.
  6. Faye G. and Faugeras O. Some theoretical and numerical results for delayed neural field equations // Physica D, 2010. V. 239. P. 561-578.
  7. Malyutina E., Wyller J. and Ponosov A. Two bump solutions of a homogenized Wilson - Cowan model with periodic microstructure // Physica D, 2014. V. 271. P. 19-31.
  8. Sompolinsky H., Shapley R. New perspectives on the mechanisms for orientation selectivity // Curr. Opin. Neurobiol, 1997. V. 5. P. 514-522.
  9. Taube J.S., Bassett J.P. Persistent neural activity in head direction cells // Cereb. Cortex, 2003. V. 13. P. 1162-1172.
  10. Fuster J.M., Alexander G. Neuron activity related to short-term memory // Science, 1971. V. 173. P. 652.
  11. Wang X-J. Synaptic reverberation underlying mnemonic persistent activity // Trends Neurosci, 2001. V. 24. P. 455-463.
  12. Pinotsis D.A., Leite M. and Friston K.J. On conductance-based neural field models // Frontiers in Computational Neuroscience, 2013. V. 7. P. 158.
  13. Tass P.A. A model of desynchronizing deep brain stimulation with a demand-controlled coordinated reset of neural subpopulations // Biological cybernetics, 2003. V. 89. P. 81-88.
  14. Suffczynski P., Kalitzin S. and Lopes Da Silva F.H. Dynamics of non-convulsive epileptic phenomena modeled by a bistable neuronal network // Neuroscience, 2004. V. 126. P. 467-484.
  15. Kramer M.A., Lopour B.A., Kirsch H.E. and Szeri A.J. Bifurcation control of a seizing human cortex // Physical Review E, 2006. V. 73. P. 419-428.
  16. Schiff S.J. Towards model-based control of Parkinson’s disease // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2010. V. 368. P. 2269-2308.
  17. Ruths J., Taylor P., Dauwels J. Optimal Control of an Epileptic Neural Population Model // Proceedings of the International Federation of Automatic Control, Cape Town, 2014.
  18. Zhukovskiy E.S. Continuous dependence on parameters of solutions to Volterra’s equations // Sbornik: Mathematics, 2006. V. 10. P. 1435-1457.
  19. Burlakov E., Zhukovskiy E., Ponosov A. and Wyller J. On wellposedness of generalized neural field equations with delay // Journal of Abstract Differential Equations and Applications, 2015. V. 6. P. 51-80.
  20. Burlakov E., Zhukovskiy E.S. Existence, uniqueness and continuous dependence on control of solutions to generalized neural field equations // Tambov University Reports. Series: Natural and Technical sciences, 2015. V. 20. Issue 1. P. 9-16.
  21. Zhukovskiy E.S. Generalized Volterra operators in metric spaces // Tambov University Reports. Series: Natural and Technical sciences, 2009. V. 14. Issue 3. P. 501-508 (In Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».