Bursting synchronization in clustered neuronal networks

Neuronal networks in the brain exhibit the modular (clustered) property, i.e., they are composed of certain subnetworks with differential internal and external connectivity. We investigate bursting synchronization in a clustered neuronal network. A transition to mutual-phase synchronization takes place on the bursting time scale of coupled neurons, while on the spiking time scale, they behave asynchronously. This synchronization transition can be induced by the variations of inter- and intra- coupling strengths, as well as the probability of random links between different subnetworks. Considering that some pathological conditions are related with the synchronization of bursting neurons in the brain, we analyze the control of bursting synchronization by using a time-periodic external signal in the clustered neuronal network. Simulation results show a frequency locking tongue in the driving parameter plane, where bursting synchronization is maintained, even in the presence of external driving. Hence, effective synchronization suppression can be realized with the driving parameters outside the frequency locking region.     

刚性杆-弹簧摆模型复杂动力学特性的数值仿真

建立一种刚性杆-弹簧摆刚柔耦合强非线性动力学系统模型,给出了无量纲的动力学微分方程．该模型同时存在小幅度快速振荡和大范围慢速摆动的快、慢双时间尺度变量．针对工程中此类系统数值求解容易产生的刚性问题,采用一种三次Hermite插值精细积分法进行数值计算．将频率比、摆长比和初始摆角作为控制参数,研究刚性杆-弹簧摆刚柔耦合系统快、慢变量的复杂动力学行为．通过数值仿真分析,发现系统在不同的控制参数组合下呈现出混沌运动状态,并给出了与系统运动状态相关的控制参数范围,为复杂的刚柔耦合多体系统的设计与数值分析提供了参考．     

Spectral imaging of time-resolved anisotropy: theory and experiment

Time-resolved fluorescence anisotropy on the nanosecond time scale is useful for the study of the rapid rotation of macromolecules. A system combining the capabilities of fluorescence spectral imaging with time-resolved fluorescence anisotropy and enabling the wide-field measurement of the spectroscopic parameters of fluorophores is discussed. The phasor approach is used to quantitatively analyze the time-resolved fluorescence anisotropy by transforming the polarized parallel and perpendicular components to the phasor space in the frequency domain, respectively, and a unique way to calculate the fluorescence rotational correlation time is put forward. Experimental results prove that the phasor approach is a proper model for the time-resolved fluorescence anisotropy.     

In vivo whole-body imaging of optical agent dynamics using full angle fluorescence diffuse optical tomography

Dynamic fluorescence diffuse optical tomography （FDOT） is important in drug deliver research. In this letter, we first image the metabolic processes of micelles indocyanine green throughout the whole body of a nude mouse using the full-angle FDOT system with line illumination （L-FDOT）. The resolution of L-FDOT is evaluated using phantom experiment. Next, in vivo dynamic tomographic images （100 frames; approximately 170 min） of mouse liver and abdomen are shown and cross-validated by planar fluorescence reflectance imaging in vitro. Results provide evidence on applicability of the tomographic image wholebody biological activities in vivo on minute timescale （approximately 1.7 min） using L-FDOT.     

微纳米尺度下材料性能多尺度模拟方法进展

微纳米材料的力学行为正日益引起研究者的关注.微纳米材料的性能取决于从微观、细观到宏观多个空间、时间尺度上不同物理过程非线性耦合演化的结果,发展相应的多尺度数值模拟方法已成为该领域研究工作的一个热点.本文对微纳米材料模拟中比较典型的几种协同多空间尺度和协同多时间尺度方法进行了介绍,着重介绍这些方法的的基本思想、应用情况, 以及各自的优缺点,并对微纳米材料多尺度方法的发展趋势进行总结和评述.      

PDF方程中小尺度混合模型的研究

１引言用求解速度和化学热力学参数（标量）联合几率密度函数（ＰＤＦ）输运方程的方法计算湍流燃烧问题时,我们无需模拟平均化学速率项,任何复杂的化学反应机理都可以精确求解,并能提供包括自由基在内所有组分的信息,很有发展前途。为减少计算量,国内外不少学者采用用统计矩湍流模型（如ｋ一。模型）计算流场,而用ＰＤＦ方法计算化学热力学参数的方法。当然,用统计矩与求解标量ＰＤＦ方程相结合方法还需对脉动速度引起的ＰＤＦ在物理空间的输运以及分子混合引起的ＰＤＦ在相空间的输运这两项进行模拟。后一项即小尺度混合项的模拟的…     

具有变时滞的三种群捕食与被捕食系统在时间尺度上的周期解

利用重合度理论中的延拓定理,研究了时间尺度上具有变时滞的两个捕食者和一个食饵的共存现象,证明了该捕食与被捕食系统至少一个正周期解.     

含外激励van der Pol-Mathieu方程的非线性动力学特性分析

本文针对含有自激励, 参数激励和外激励等三种激励联合作用下van der Pol-Mathieu方程的周期响应和准周期运动进行分析, 发现其准周期运动的频谱中含有均匀边频带这一新的特性. 首先, 采用传统的增量谐波平衡法(IHB法)分析了van der Pol-Mathieu方程的周期响应, 得到了其非线性频率响应曲线; 再利用Floquet理论对周期解进行稳定性分析, 得到了两种类型的分岔及它们的位置. 然后, 基于van der Pol-Mathieu方程准周期运动的频谱中边频带相邻频率之间是等距的且含有两个不可约的基频的特性(其中一个基频是已知的, 另一个基频事先是未知的), 推导了相应的两时间尺度IHB法, 精确计算出van der Pol-Mathieu方程的准周期运动的另一个未知基频和所有的频率成份及其对应的幅值, 尤其在临界点附近处的准周期运动响应. 得到的准周期运动结果和利用四阶龙格-库塔(RK)数值法得到的结果高度吻合. 最后, 研究发现了含外激励van der Pol-Mathieu方程在不同激励频率时的一些丰富而有趣的非线性动力学现象.      

三时间尺度下非光滑电路中的簇发振荡及机理

实际工程应用中存在着诸如冲击、干摩擦、切换等非光滑因素,以此建立的动力学模型是包含非光滑项的系统. 目前针对非光滑动力系统的研究大多基于单一尺度或者两尺度, 而含有更多尺度的非光滑动力系统可能会存在更复杂的动力学现象. 本论文旨在探讨非光滑动力系统中的多尺度效应及其分岔机制.基于典型的非光滑蔡氏电路, 引入一个与系统固有频率存在量级差的周期变化的激励项, 同时通过选取适当的参数值,建立了一个三时间尺度耦合下的、含有两个分界面的四维分段线性电路系统模型, 研究了该系统存在的簇发振荡行为及其分岔机制. 首先,将对应快尺度与中间尺度的变量合并作为快变量, 将对应慢尺度的变量看作慢变量, 重新划分了快慢子系统,从而将三时间尺度耦合问题转化为两时间尺度耦合问题去分析. 然后根据双参数下的Hopf分岔情况, 对应于慢子流形的不同稳定性,给出了不同参数下系统存在的两种典型的簇发振荡行为. 最后, 基于快慢分析法, 结合转换相图以及慢子流形在非光滑分界面上的非光滑动力学行为的详细讨论, 分析了不同簇发振荡相互转化的分岔机制, 发现了一个新的簇发振荡的演化路径, 即由破坏性的擦边分岔诱导的簇发振荡.