Hunt for chimeras in fully coupled networks of nonlinear oscillators

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of this work is to study the dynamic properties of solutions to special systems of ordinary differential equations, called fully connected networks of nonlinear oscillators. Methods. A new approach to obtain periodic regimes of the chimeric type in these systems is proposed, the essence of which is as follows. First, in the case of a symmetric network, a simpler problem is solved of the existence and stability of quasi-chimeric solutions — periodic regimes of two-cluster synchronization. For each of these modes, the set of oscillators falls into two disjoint classes. Within these classes, full synchronization of oscillations is observed, and every two oscillators from different classes oscillate asynchronously. Results. On the basis of the proposed methods, it is separately established that in the transition from a symmetric system to a general network, the periodic regimes of two-cluster synchronization can be transformed into chimeras. Conclusion. The main statements of the work concerning the emergence of chimeras were obtained analytically on the basis of an asymptotic study of a model example. For this example, the notion of a canonical chimera is introduced and the statement about the existence and stability of solutions of chimeric type in the case of asymmetry of the network is proved. All the results presented are extended to a continuous analogue of the corresponding system. The obtained results are illustrated numerically.

About the authors

Dmitriy Sergeyevich Glyzin

P. G. Demidov Yaroslavl State University; National Research University Higher School of Economics

150000 Yaroslavl, Sovetskaya str., 14

Sergey Dmitrievich Glyzin

P. G. Demidov Yaroslavl State University

150000 Yaroslavl, Sovetskaya str., 14

A. Yu. Kolesov

P. G. Demidov Yaroslavl State University

150000 Yaroslavl, Sovetskaya str., 14

References

  1. Kuramoto Y., Battogtokh D. Coexistence of coherence and incoherence in nonlocally coupled phase oscillators // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2002. Vol. 5, no. 4. P. 380-385.
  2. Abrams D. M., Strogatz S. H. Chimera states for coupled oscillators // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93, no. 17. P. 174102. doi: 10.1103/PhysRevLett.93.174102.
  3. Panaggio M. J., Abrams D. M. Chimera states: coexistence of coherence and incoherence in networks of coupled oscillators // Nonlinearity. 2015. Vol. 28, no. 3. P. R67. doi: 10.1088/0951-7715/28/3/R67.
  4. Sethia G. C., Sen A. Chimera states: The existence criteria revisited // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, no. 14. P. 144101. doi: 10.1103/PhysRevLett.112.144101.
  5. Schmidt L., Krischer K. Clustering as a prerequisite for chimera states in globally coupled systems // Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 114, no. 3. P. 034101. doi: 10.1103/PhysRevLett.114.034101.
  6. Laing C. R. Chimeras in networks with purely local coupling // Phys. Rev. E. 2015. Vol. 92, no. 5. P. 050904. doi: 10.1103/PhysRevE.92.050904.
  7. Laing C. R. Chimeras in networks of planar oscillators // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 81, no. 6. P. 066221. doi: 10.1103/PhysRevE.81.066221.
  8. Zakharova A., Kapeller M., Scholl E. Chimera death: Symmetry breaking in dynamical networks // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, no. 15. P. 154101. doi: 10.1103/PhysRevLett.112.154101.
  9. Omelchenko I., Zakharova A., Hovel P., Siebert J., Scholl E. Nonlinearity of local dynamics promotes multi-chimeras // Chaos. 2015. Vol. 25, no. 8. P. 083104. doi: 10.1063/1.4927829.
  10. Omelchenko I., Omelchenko O. E., Hovel P., Scholl E. When nonlocal coupling between oscillators becomes stronger: Patched synchrony or multichimera states // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 110, no. 22. P. 224101. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.224101.
  11. Sakaguchi H. Instability of synchronized motion in nonlocally coupled neural oscillators // Phys. Rev. E. 2006. Vol. 73, no. 3. P. 031907. doi: 10.1103/PhysRevE.73.031907.
  12. Hizanidis J., Kanas V., Bezerianos A., Bountis T. Chimera states in networks of nonlocally coupled Hindmarsh-Rose neuron models // International Journal of Bifurcation and Chaos. 2014. Vol. 24, no. 3. P. 1450030. doi: 10.1142/S0218127414500308.
  13. Zakharova A. Chimera Patterns in Networks: Interplay between Dynamics, Structure, Noise, and Delay. Berlin: Springer, 2020. 233 p. doi: 10.1007/978-3-030-21714-3.
  14. Глызин С. Д., Колесов А.Ю., Розов Н. Х. Релаксационные автоколебания в сетях импульсных нейронов // УМН. 2015. Т. 70, № 3(423). С. 3-76. doi: 10.4213/rm9659.
  15. Глызин С. Д., Колесов А.Ю., Розов Н. Х. Периодические режимы двухкластерной синхронизации в полносвязных генных сетях // Дифференциальные уравнения. 2016. Т. 52, № 2. С. 157-176. doi: 10.1134/S0374064116020035.
  16. Колесов А.Ю., Розов Н. Х. Инвариантные торы нелинейных волновых уравнений. М.: Физматлит, 2004. 408 с.
  17. Мищенко Е. Ф., Садовничий В. А., Колесов А.Ю., Розов Н. Х. Автоволновые процессы в нелинейных средах с диффузией. М.: Физматлит, 2010. 400 с.
  18. Далецкий Ю. Л., Крейн М. Г. Устойчивость решений дифференциальных уравнений в банаховом пространстве. М.: Наука, 1970. 535 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».