A homeostasis criterion for limit cycle systems based on infinitesimal shape response curves
A homeostasis criterion for limit cycle systems based on infinitesimal shape response curves
复制标题
基于无穷小形状响应曲线的极限循环系统稳态准则
DOI：
10.1007/s00285-022-01724-4
复制
发表时间：
2022
影响因子：
1.9
通讯作者：
Thomas, Peter J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yu, Zhuojun;Thomas, Peter J.
稳态发生在控制系统中，当一个数量保持近似恒定的参数，代表外部扰动，在一定范围内变化。Golubitsky和Stewart（J Math Biol 74（1-2）：387-407，2017）使用奇点理论开发了平衡系统的无穷小稳态概念。节律性生理系统（呼吸、运动、进食）通过控制大振幅极限环而不是平衡点来维持体内平衡。在这里，我们采取了初步的步骤来研究（无穷小）稳态的极限环系统的平均量的极限环。我们应用Wang等人（SIAM J Appl Dyn Syst 82（7）：1-43，2021）引入的“无穷小形状响应曲线”（iSRC）来研究极限环系统的无穷小稳态，即在极限环周围平均的感兴趣的量的平均值。使用iSRC，它捕获的linearizedshapedplacement的振荡器后的静态扰动，我们提供了一个公式的导数的平均量相对于控制参数。我们的表达式允许一个确定稳态点的极限环系统的平均意义。我们在Hodgkin-Huxley模型和代谢调控网络模型中证明，基于iSRC的方法提供了平均量灵敏度的准确表示。
Homeostasis occurs in a control system when a quantity remains approximately constant as a parameter, representing an external perturbation, varies over some range. Golubitsky and Stewart (J Math Biol 74(1–2):387–407, 2017) developed a notion of infinitesimal homeostasis for equilibrium systems using singularity theory. Rhythmic physiological systems (breathing, locomotion, feeding) maintain homeostasis through control of large-amplitude limit cycles rather than equilibrium points. Here we take an initial step to study (infinitesimal) homeostasis for limit-cycle systems in terms of theaverageof a quantity taken around the limit cycle. We apply the “infinitesimal shape response curve” (iSRC) introduced by Wang et al. (SIAM J Appl Dyn Syst 82(7):1–43, 2021) to study infinitesimal homeostasis for limit-cycle systems in terms of themeanvalue of a quantity of interest, averaged around the limit cycle. Using the iSRC, which captures the linearizedshapedisplacement of an oscillator upon a static perturbation, we provide a formula for the derivative of the averaged quantity with respect to the control parameter. Our expression allows one to identify homeostasis points for limit cycle systems in the averaging sense. We demonstrate in the Hodgkin–Huxley model and in a metabolic regulatory network model that the iSRC-based method provides an accurate representation of the sensitivity of averaged quantities.
登录
查看更多内容
影响因子：
1.9
作者：
Wang Y;Huang Z;Antoneli F;Golubitsky M
通讯作者：
Golubitsky M
动力学、优化和计算方面的进展
DOI：
--
发表时间：
2020
期刊：
Studies in Systems, Decision and Control
影响因子：
--
作者：
Gaurav Singh;M. Ghosh
通讯作者：
M. Ghosh
影响因子：
2.1
作者：
Yangyang Wang;Jeffrey P. Gill;H. Chiel;P. Thomas
通讯作者：
Yangyang Wang;Jeffrey P. Gill;H. Chiel;P. Thomas
影响因子：
2.3
作者：
Snyder AC;Rubin JE
通讯作者：
Rubin JE
尽管不稳定，但仍保持稳态。
影响因子：
4.3
作者：
Duncan,W;Best,J;Golubitsky,M;Nijhout,HF;Reed,M
通讯作者：
Reed,M