В физических, биологических и технологических системах время, в течение которого компоненты системы влияют друг на друга, может повлиять на переход к синхронизации, что является важным открытием, улучшающим понимание того, как эти системы функционируют, согласно исследованию, проведенному Джорджией. Государственный университет.
Исследователи разработали аналитические формулы, которые помогли им прийти к таким выводам. Их выводы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Синхронизация распространена во многих природных и созданных человеком системах осцилляторов, где значительная функция возникает в результате совместного поведения многих взаимодействующих элементов в системах. Примеры синхронизирующих систем включают нейроны в головном мозге, клетки кардиостимулятора, ритмично чирикающие сверчки, аплодисменты публики в концертных залах и полупроводниковые лазеры. В этих системах взаимодействующие элементы, также называемые осцилляторами, имеют свои собственные ритмы, но взаимодействия могут приводить к общему ритму. Задержки взаимодействия, которые всегда присутствуют в любой реальной системе из-за конечной скорости движения сигналов, времени обработки и других факторов, могут изменить окончательный ритм. В этом исследовании рассматривается, как это происходит.
«Сила взаимодействия и временные задержки могут изменить то, как возникает и развивается синхронизация», - сказал доктор Мукеш Дхамала, доцент кафедры физики, астрономии и Института неврологии в штате Джорджия.«История системы влияет на синхронизацию. В этой статье рассматриваются эффекты временных задержек в критической силе взаимодействия, необходимой для достижения синхронизации связанных осцилляторов. Переходы синхронизации напоминают нам фазовые переходы первого и второго рода, обычно изучаемые в статистическая физика.
Эти результаты могут быть полезны для понимания экспериментально наблюдаемых сетевых колебаний, например, нейронных колебаний в мозге, где временная задержка проводимости между двумя связанными областями колеблется от нескольких до десятков миллисекунд. Плавное или резкое переход к синхронизации может помочь отличить нормальную функцию мозга (например, перцептивное решение) от дисфункции (например, эпилептического припадка)».
В этом исследовании исследователи ввели временные задержки и изменили силу связи между осцилляторами, чтобы понять переходы к резкой синхронизации и ее выход из нее. Они обнаружили, что временная задержка не влияет на точку перехода к резкой синхронизации, когда сила связи уменьшается из синхронизированного состояния, но временная задержка может сместить точку перехода, когда сила связи увеличивается из несинхронизированного состояния.