局部激励法产生靶波来消除螺旋波

提出采用局部激励方法产生靶波来消除抑制激发介质中的漂移(和稳定的)螺旋波．通过在系统中任意选择一个格点进行采样，将采样格点信号反馈到系统局部区域可产生一个稳定的靶波．数值计算表明：该方法可以消除均匀和非均匀介质(扩散系数随时间或空间变化)中的螺旋波(稳定旋转的螺旋波和漂移的螺旋波)，并且对于时空噪声具有一定的抗干扰性．     

线性反馈抑制螺旋波

研究了激发介质FitzhughNagumo方程中螺旋波的控制问题.基于稳定性和自适应理论,对系统格点变量进行采样,将采样变量与外界标准的周期信号和稳定信号进行线性作差,进一步将误差线性反馈到系统(局部反馈和全局反馈)中,当系统达到稳定均匀态,控制器自动关闭.并研究了噪声对该方法的影响.数值计算表明,选择不同的控制区域和外部标准信号,可将螺旋波抑制,系统很快达到均匀态,螺旋波转化成靶波或者形成新的斑图,控制器对噪声有一定鲁棒性.     

时空调制引起的漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象

以Barkley模型为研究对象, 研究了在时空调制作用下螺旋波时空动力学行为特性. 发现在适当的调制参数的作用下, 能够在同一系统中同时观察到漫游螺旋波与旅行螺旋波. 通过数值模拟研究分析, 给出了能产生漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象的潜在机理, 并详细讨论了在Barkley 模型中要产生这种共存现象的两个必要条件. 关键词： 时空调制 漫游螺旋波 旅行螺旋波     

非均匀可激介质中的螺旋波

以Barkley模型为对象,研究了可激介质的非均匀性对螺旋波斑图形成的影响.该模型中各参数与可激介质的属性密切相关,通过参数涨落的正态分布来刻画非均匀性,数值研究了单参数以及多参数涨落的正态分布情形下螺旋波斑图的形成.研究表明,可激介质的非均匀性对于螺旋波波纹的粗细及疏密程度有较大影响.参数涨落分布的方差越大,形成的螺旋波波纹越粗糙.对于两参数均匀分布的极端情形,当参数分布大于某一范围,无法形成螺旋波.这些都与螺旋波旋转的角频率密切相关.螺旋波旋转的角频率越大,螺旋波波纹越粗,同时波纹越密集;反之,螺旋波 关键词： 螺旋波 非均匀介质 Barkley模型     

反应扩散系统中反螺旋波与反靶波的数值研究

采用三变量Brusselator扩展模型在二维空间对反应扩散系统中反螺旋波和反靶波进行了数值模拟,利用色散关系和参量的时空变化研究了反螺旋波与反靶波的形成机制和时空特性,分析了方程参数对反螺旋波与反靶波的影响,获得了多种不同臂数的反螺旋波.模拟结果表明：反螺旋波源于波失稳、霍普失稳,或两种失稳的共同作用,而在反靶波中除上述两种失稳外还同时存在图灵失稳,波的传播方向均由外向内;反螺旋波波头的相位运动方向与波的走向相同,且旋转周期随臂数的增加逐渐增大;多臂数的反螺旋波由于受微扰及边界条件的影响,在波头的持续旋转运动中可以向臂数少的反螺旋波发生转变,并且在一定条件下单臂反螺旋波可实现到反靶波的转变;当不活跃中间物质的浓度的扩散系数超过临界值时,波的传播方向发生改变,系统可以实现反螺旋波到螺旋波以及反靶波到靶波的转变.     

非均匀可激发介质中的稀密螺旋波

在非均匀可激发介质中,采用Barkley模型数值模拟了稀螺旋波和密螺旋波, 并对二者的动力学行为随参数的变化进行了研究. 结果发现:稀螺旋波的旋转频率随参数b的增加迅速减小,之后趋于饱和, 显示出不同于密螺旋波的行为;两种螺旋波的周期和波长随参数ε 和非均匀区域尺寸R的增加而增加,相对稀螺旋波而言,密螺旋波的性质对R的依赖更为敏感; 稀螺旋波端点的波速随R的增加而减小,与密螺旋波波速变化趋势相反. 另外,由于非均匀区域的影响,当ε 或b 超过某一临界值时,螺旋波臂上出现缺陷点.     

非连续反馈控制激发介质中的螺旋波

采用非连续反馈方法来控制Fitz-Hugh-Nagumo方程描述的激发介质中的螺旋波. 在控制过程中,对于系统各个格点快变量的幅值进行观测并和设定的阈值进行比较,当采样格点的快变量的值大于这个阈值时,则对系统进行直接小幅度的负反馈. 研究发现：在对系统所有格点快变量幅值观测时选择比较小的阈值则更容易将系统的螺旋波消除掉并使系统达到稳定均匀态. 在比较大的阈值下,系统的螺旋波则变得稀疏,也可以导致螺旋波的破裂. 在任意选择单个格点的快变量观测下,比较小的反馈强度仍然可以消除螺旋波,系统也达到稳定均匀态. 当 关键词： 螺旋波 Fitz-Hugh-Nagumo方程 反馈控制     

Elimination of Anti-spiral Waves by Local Inhomogeneity in Oscillatory Systems

采用系统中的局部不均匀性消除振荡系统中的反螺旋波. 该不均匀性在系统中成为一个波源,不断产生稳定的相波. 研究结果发现,不均匀性的尺寸大小存在一个临界值,如果低于此临界值,则系统将无法激发任何相波. 根据不均匀性形状的不同,系统分别产生靶波和行波. 此外,实验还发现靶波与反螺旋波之间以及行波与反螺旋波之间存在着不同的动态竞争. 数值计算表明,对于行波,无论是低频行波还是高频行波,都可以成功地消除系统中的反螺旋波;而对于靶波,只有低频靶波才可以消除反螺旋波. 此控制方法简单易行,且同样适用于消除向外传播的螺旋波     

局部不均匀性对时空系统振荡频率的影响

以复金兹堡一朗道方程为模型,利用数值实验方法观察了时空系统中螺旋波斑图的演化行为,发现在局域非均匀参数条件下,系统的螺旋波可以受到该杂质区域的影响而演化成为稳定的靶波.研究表明,内传的螺旋波转换为稳定靶波的必要条件是非杂质系统和杂质系统的振荡频率相等且小于系统的固有频率,并在参数一频率空间形成一个特殊的V形区域,进一步分析表明,该V形区域具有左右对称、两侧靶波传播方向相反以及随杂质区域参数α_2的增大而向参数β_2减小方向平移等性质.     

旋转中心力场消除螺旋波和时空混沌

研究了中心力场中螺旋波和时空混沌的控制问题.通过外界机械力旋转系统来产生中心力场，数值计算表明：该方案可以很好消除Fitzhugh-Nagumo 和Panfilov系统的螺旋波和时空混沌，即使在外部力场作用一小段时间 (大约20到50时间单位)后，系统也将很快达到均匀稳定态. 而且该方案对于噪声具有一定的鲁棒性，与所选择的模型无关. 关键词： 螺旋波 Fitzhugh-Nagumo Panfilov     

Autapse-induced target wave,spiral wave in regular network of neurons

Autapse is a type of synapse that connects axon and dendrites of the same neuron, and the effect is often detected by close-loop feedback in axonal action potentials to the owned dendritic tree. An artificial autapse was introduced into the Hindmarsh-Rose neuron model, and a regular network was designed to detect the regular pattern formation induced by autapse. It was found that target wave emerged in the network even when only a single autapse was considered. By increasing the(autapse density) number of neurons with autapse, for example, a regular area(2×2, 3×3, 4×4, 5×5 neurons) under autapse induced target wave by selecting the feedback gain and time-delay in autapse. Spiral waves were also observed under optimized feedback gain and time delay in autapses because of coherence-like resonance in the network induced by some electric autapses connected to some neurons. This confirmed that the electric autapse has a critical role in exciting and regulating the collective behaviors of neurons by generating stable regular waves(target waves, spiral waves) in the network. The wave length of the induced travelling wave(target wave, spiral wave), because of local effect of autapse, was also calculated to understand the waveprofile in the network of neurons.     

Controlling intracellular Ca2+ spiral waves by the local agonist in the cell membrane

A modified spatially extended Tang-Othmer Ca2+ model is used to study intracellular Ca2+ spiral waves numerically.It is found that,as a local stimulation,the local agonist-binding on the cell membrane,which enhances the local concentration of the messenger molecule inositol 1,4,5-trisphosphate(IP 3),can influence the dynamics of the spiral waves.1) Strong enough stimuli can change the spiral wave from a meandering to a rigidly rotating one.2) On the other hand,strong enough stimuli can suppress the spiral wave from the system.It provides the theoretical clue for controlling the spiral waves by stimulating the cell membrane.     

非对称耦合两层可激发介质中的螺旋波动力学

本文采用Bär-Eiswirth模型研究了两层可激发介质中螺旋波的动力学, 两层介质采用抑制和兴奋性非对称耦合. 数值模拟结果表明: 兴奋性非对称耦合可以促进两个不同频率的螺旋波锁频, 即使初始频率相差大, 两螺旋波也能实现锁频, 这种耦合使两个螺旋波具有最强的锁频能力; 当两层介质采用抑制性非对称耦合时, 只有当两个初始螺旋波的频率差比较小才能实现锁频, 而且比一般扩散耦合的锁频范围窄, 两螺旋波锁频能力达到最低水平; 当耦合强度和控制参数适当选取时, 抑制性和兴奋性非对称耦合既可以使其中一层介质维持螺旋波态, 使另一层介质中的螺旋波演化到静息态或低频靶波态, 也可以使两层介质中的螺旋波都漫游, 或都转变成靶波, 最后这两个靶波要么消失, 要么转变成平面波状的振荡斑图, 而且两层介质振荡是反相的, 此外在模拟中还观察到两螺旋波局部间歇锁频现象, 这些结果有助于人们理解在心脏系统中出现的复杂现象.     

Suppression of spiral waves using intermittent local electric shock

In this paper, an intermittent local electric shock scheme is proposed to suppress stable spiral waves in the Barkley model by a weak electric shock (about 0.4 to 0.7) imposed on a random selected n×n grids (n=1-5, compared with the original 256×256 lattice) and monitored synchronically the evolutions of the activator on the grids as the sampled signal of the activator steps out a given threshold (i.e., the electric shock works on the n×n grids if the activator u\leq0.4 or u \geq 0.8). The numerical simulations show that a breakup of spiral is observed in the media state evolution to finally obtain homogeneous states if the electric shock with appropriate intensity is imposed.     

时空调制对可激发介质螺旋波波头动力学行为影响及控制研究

本文首先研究了时空调制对可激发介质中周期螺旋波波头动力学行为的影响. 随着时空调制的增大, 螺旋波经历了周期螺旋波、外滚螺旋波、旅行螺旋波和内滚螺旋波的显著变化. 通过定义序参量来定量的描述由时空调制引起的螺旋波在不同态之间非平衡跃迁的临界条件, 及漫游螺旋波波头圆滚圆半径随调制参数的变化情况. 当时空调制增大到某个临界值时, 螺旋波发生了破碎; 再增加时空调制, 螺旋波则发生了衰减, 系统最终演化为空间均匀静息态. 在文中给出了螺旋波发生破碎和衰减的机理和原因. 最后将时空调制方法运用于漫游螺旋波, 实现了将漫游螺旋波控制成周期螺旋波, 或将其控制为空间均匀静息态.     

Stabilization of spiral wave and turbulence in the excitable media using parameter perturbation scheme

This paper proposes a scheme of parameter perturbation to suppress the stable rotating spiral wave, meandering spiral wave and turbulence in the excitable media, which is described by the modified Fitzhug-Nagumo （MFHN） model. The controllable parameter in the MFHN model is perturbed with a weak pulse and the pulse period is decided by the rotating period of the spiral wave approximatively. It is confirmed that the spiral wave and spiral turbulence can be suppressed greatly. Drift and instability of spiral wave can be observed in the numerical simulation tests before the whole media become homogeneous finally.     

三层弱循环耦合可激发介质中螺旋波动力学

采用Bär模型研究了具有循环反馈耦合的三层可激发介质中的螺旋波动力学行为,数值模拟结果显示: 在耦合强度较小时, 在各子系统中可观察到螺旋波漂移或漫游; 当耦合强度稍大时, 相互作用既可以使螺旋波漫游或漂移出系统边界而使子系统回到静息态,还可以使子系统的螺旋波态转变为靶波或湍流态, 并观察到子系统的渐近态依赖初值现象; 继续增大耦合强度, 三个子系统的螺旋波可达到近似广义同步; 当耦合强度更大时, 螺旋波演化为湍流态.     

两层耦合可激发介质中螺旋波转变为平面波

采用Br-Eiswirth模型研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合.数值模拟结果表明:通过这种局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象.在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象.对产生这些现象的物理机理做了讨论.