Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 1(17). C. 33-43. ISSN 2079-6641
DOI: 10.18454/2079-6641-2017-17-1-33-43
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
УДК 517.938
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА С УЧЕТОМ ЭРЕДИТАРНОСТИ
О. Д. Липко
Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга, 683032, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Пограничная, 4
E-mail: lipko_95@list.ru
В работе предложена математическая модель распространения нервного импульса ФитцХью-Нагумо, которая учитывает эффект эредитарности. Эта эредитарная модель описывается интегро-дифференциальным уравнением со степенным ядром – функцией памяти. Алгоритм численного решения этой модели, реализован в компьютерной программе в среде символьной математики Maple. С помощью этой программы были построены расчетные кривые — осциллограммы, а также фазовые траектории в зависимости от различных значений управляющих параметров.
Ключевые слова: эредитарность, модель ФитцХью-Нагумо, конечно-разностная схема.
© Липко О. Д., 2017
MATHEMATICAL MODELING
MSC 34A08
MATHEMATICAL MODEL OF PROPAGATION OF NERVE IMPULSES WITH REGARD HEREDITARITY
O. D. Lipko
Vitus Bering Kamchatka State University, 683032, Petropavlovsk-Kamchatsky, Pogranichnaya st., 4, Russia
E-mail: lipko_95@list.ru
A mathematical model of the propagation of the nervous pulse of FitzHugh-Nagumo is proposed, which takes into account the effect of heredity. This hereditary model is described by an integro-differential equation with a power kernel — a function of memory. The algorithm for the numerical solution of this model is implemented in a computer program in the environment of symbolic mathematics Maple. With the help of this program, calculated curves — oscillograms, and also phase trajectories were constructed depending on various values of control parameters.
Keywords: hereditarity Model FitzHugh-Nagumo, finite-difference scheme.
© Lipko O. D., 2017
Работа выполнена по госзаданию, НИР «Применение дробного исчисления в теории колебательных процессов»№AAAA-A17-117031050058-9.
Список литературы/References
- Volterra V., “Sur les ’equations int’egro-diff’erentielles et leurs applications”, Acta Mathematica, 35:1 (1912), 295–356.
- Учайкин В. В., Метод дробных производных, Артишок, Ульяновск, 2008, 512 с. [Uchajkin V. V., Metod drobnyh proizvodnyh, Artishok, Ul’janovsk, 2008, 512]
- Паровик Р. И., Математическое моделирование линейных эредитарных осцилляторов, КамГУ им. Витуса Беринга, Петропавловск-Камчатский, 2015, 178 с. [Parovik R. I., Matematicheskoe modelirovanie linejnyh jereditarnyh oscilljatorov, KamGU im. Vitusa Beringa, Petropavlovsk-Kamchatskij, 2015, 178]
- Petras I., Fractional-Order Nonlinear Systems. Modeling, Analysis and Simulation, Springer, Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011, 218 с.
- FitzHugh R., “Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane”, Biophysical Journal, 1 (1961), 446–446.
- Nagumo J., Arimoto S., Yoshizawa S., “An active pulse transmission line simulating nerve axon”, Proc. IRE, 50 (1962), 2061–2070.
- Липко О. Д., “Эредитарное модельное уравнение ФитцХью-Нагумо”, Международный студенческий научный вестник, 2017, №2, 43-43 [Lipko O. D., “Jereditarnoe model’noe uravnenie FitcH’ju-Nagumo”, Mezhdunarodnyj studencheskij nauchnyj vestnik, 2017, №2, 43-43] https://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=16890 (дата обращения: 22.04.2017).
- Паровик Р. И., “Математическое моделирование нелокальной колебательной системы Дуффинга с фрактальным трением”, Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки, 2015, №1(10), 18–24.[Parovik R.I. Mathematical modeling of nonlocal oscillatory Duffing system with fractal friction. Bulletin KRASEC. Physical and Mathematical Sciences. 2015. vol. 10. no 1. С. 16-21.]
- Паровик Р. И., “Об исследовании устойчивости эредитарного осциллятора Ван дер Поля”, Фундаментальные исследования, 2016, №3(2), 283–287. [Parovik R. I., “Ob issledovanii ustojchivosti jereditarnogo oscilljatora Van der Polja”, Fundamental’nye issledovanija, 2016, №3(2), 283–287]
- Parovik R. I., “Explicit finite-difference scheme for the numerical solution of the model equation of nonlinear hereditary oscillator with variable order fractional derivatives”, Archives of Control Sciences, 26:3 (2016), 429–435.
- Паровик Р. И., “Конечно-разностные схемы для фрактального осциллятора с переменными дробными порядками”, Вестник КРАУНЦ. Физико-математический, 2015, №2(11), 88–85. [Parovik R.I. Finite-difference schemes for fractal oscillator with a variable fractional order. Bulletin KRASEC. Physical and Mathematical Sciences. 2015. vol. 11. no 2. С. 85-92].
Список литературы (ГОСТ)
- Volterra V. Sur les ’equations int’egro-diff’erentielles et leurs applications // Acta Mathematica. 1912. vol. 35. issue 1. pp. 295–356.
- Учайкин В. В. Метод дробных производных. Ульяновск: Артишок, 2008. 512 c.
- Паровик Р. И. Математическое моделирование линейных эредитарных осцилляторов. Петропавловск-Камчатский. КамГУ им. Витуса Беринга. 2015. 178 c.
- Petras I. Fractional-Order Nonlinear Systems. Modeling, Analysis and Simulation. Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Springer, 2011. 218 p.
- FitzHugh R. Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane // Biophysical Journal. 1961. vol. 1. pp. 446–446.
- Nagumo J., Arimoto S., Yoshizawa S. An active pulse transmission line simulating nerve axon. Proc. IRE. 1962. vol. 50. pp. 2061–2070.
- Липко О. Д. Эредитарное модельное уравнение ФитцХью-Нагумо // Международный студенческий научный вестник. 2017. № 2. С. 43-43. url: https://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=16890 (дата обращения: 22.04.2017)
- Паровик Р. И. Математическое моделирование нелокальной колебательной системы Дуффинга с фрактальным трением // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2015. №1(10). С.18–24.
- Паровик Р. И. Об исследовании устойчивости эредитарного осциллятора Ван дер Поля // Фундаментальные исследования. 2016. № 3(2). C. 283–287.
- Parovik R. I. Explicit finite-difference scheme for the numerical solution of the model equation of nonlinear hereditary oscillator with variable order fractional derivatives. Archives of Control Sciences. 2016. vol. 26. issue 3. pp. 429–435.
- Паровик Р. И. Конечно-разностные схемы для фрактального осциллятора с переменными дробными порядками // Вестник КРАУНЦ. Физико-математический. 2015. №2(11). С. 88–85.
Для цитирования: Липко О. Д. Математическая модель распространения нервного импульса с учетом эредитарности // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 1(17). C. 33-43. DOI: 10.18454/2079-6641-2017-17-1-33-43.
For citation: Lipko O. D. Mathematical model of propagation of nerve impulses with regard hereditarity, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2017, 17:1, 33-43. DOI: 10.18454/2079 6641-2017-17-1-33-43.
Поступила в редакцию / Original article submitted: 22.03.2017
Липко Ольга Дмитриевна – студентка 4 курса направления подготовки «Прикладная математика и информатика»Камчатского государственного университета имени Витуса Беринга.
Lipko Olga Dmitrievna – a student of the 4th year of training «Applied Mathematics and Informatics Vitus Bering Kamchatka State University.
Скачать статью Липко О.Д