非线性科学 > 模式形成与孤子
[提交于 2024年9月1日
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标题: 具有同步记忆依赖性细胞内振荡的细胞-块ODE-PDE模型在$\mathbb{R}^2$中
标题: Synchronized Memory-Dependent Intracellular Oscillations for a Cell-Bulk ODE-PDE Model in $\mathbb{R}^2$
摘要: 对于$\mathbb{R}^2$中的细胞-体ODE-PDE模型,开发了一种混合渐近-数值理论,以提供一种新的理论和计算高效的途径,用于研究与空间隔离的动态活跃“单元”或“细胞”相关的振荡动力学如何被由整个细胞种群产生和吸收的PDE体扩散场所调节。 对PDE扩散场中振荡器同步的研究是Yoshiki Kuramoto基础工作的初始目标之一。 对于这个细胞-体模型,强局部扰动理论,如扩展到时间依赖设置,用于推导一个新的积分微分ODE系统,该系统表征了在记忆依赖的体扩散场中的细胞内动力学。 对于这个非局部约化系统,开发了一种新颖的快速时间推进方案,部分依赖于\emph{指数和方法}来数值处理卷积积分,以快速且准确地计算长时间间隔内的积分微分系统的数值解。 对于Sel'kov反应动力学的特殊情况,展示了各种范围的流入和流出渗透率参数、体降解率和体扩散率以及细胞的特定空间配置下,大规模振荡动力学行为,包括相位同步、混合模式振荡和群体感应。 我们快速算法的结果,在笔记本电脑上不到一分钟的CPU时间内获得,与使用商业PDE求解器进行的细胞-体模型PDE模拟进行了基准测试,这些模拟的运行时间要大几个数量级。
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