Cite this article as:

Borovkova E. I., Karavaev A. S., Ponomarenko V. I., Prohorov M. D. Comparison of Methods for Phase Synchronization Diagnostics from Test Data Modeling Nonstationary Signals of Biological Nature. Izvestiya of Saratov University. New series. Series Physics, 2015, vol. 15, iss. 3, pp. 36-42. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2015-15-3-36-42


Heading: 
UDC: 
537.86
Language: 
Russian

Comparison of Methods for Phase Synchronization Diagnostics from Test Data Modeling Nonstationary Signals of Biological Nature

Abstract

Three methods of phase synchronization diagnostics from time series are compared by the analysis of test data. These data reproduce the statistics of experimental temporal realizations recorded from the system of human cardiovascular system autonomic control.

References

1. Pikovsky A., Rosenblum M., Kurths J. Synchronization : A universal concept in nonlinear sciences. Cambridge : Cambridge University Press, 2001. 411 с.

2. Блехман И. И. Синхронизация динамических систем. М. : Наука, 1971.

3. Безручко Б. П., Смирнов Д. А. Математическое моделирование и хаотические временные ряды. Саратов : ГосУНЦ «Колледж», 2005. 299 с.

4. Bezruchko B. P., Smirnov D. A. Extracting Knowledge From Time Series (an Introduction to Nonlinear Empirical Modeling) // Springer, Springer Series in Synergetics. 2010. P. 405.

5. Tallon-Baudry C., Bertrand O., Fischer C. Oscillatory synchrony between human extrastriate areas during visual short-term memory maintenance // J. Neuroscience. Vol. 21. 2001. P. 1–5.

6. Ying-Cheng Lai, Mark G. Frei, Ivan Osorio. Detecting and characterizing phase synchronization in nonstationary dynamical systems // Physical rev. E. Vol. 73. 2006. P. 026214.

7. Karavaev A. S., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Kiselev A. R., Gridnev V. I., Ruban E. I., Bezruchko B. P. Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardiovascular system // Chaos. Vol. 19. 2009. P. 033112.

8. Киселев А. Р., Беспятов А. Б., Посненкова О. М., Гриднев В. И., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Довгалевский П. Я. Внутренняя синхронизация основных 0.1 Гц-частотных ритмов в системе вегетативного управления сердечно-сосудистой системой // Физиология человека. 2007. Т. 33, № 2. С. 69–75.

9. Kiselev A. R., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P. Effects of antihypertensive treatment on cardiovascular autonomic control : a prospective study //The Anatolyan J. of Cardiology. 2014. Vol. 14, № 8. P. 701–710.

10. Безручко Б. П., Гриднев В. И., Караваев А. С., Киселев А. Р., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Рубан Е. И. Методика исследования синхронизации колебательных процессов с частотой 0.1 Гц в сердечно-сосудистой системе человека // Изв. вузов. ПНД. 2009. Т. 17, № 6. С. 44‒56.

11. Kiselev A. R., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., Shvartz V. A. Evaluation of 5-year risk of cardiovascular events in patients after acute myocardial infarction using synchronization of 0.1-Hz rhythms in cardiovascular system // Annals of Noninvasive Electrocardiology. 2012. Vol. 17. P. 204–213.

12. Киселев А. Р., Беспятов А. Б., Колижирина О. М., Гриднев В. И., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Довгалевский П. Я. Внутренняя синхронизация основных 0.1 Гц-частотных ритмов в системе вегетативного управления сердечно-сосудистой системой // Физиология человека. 2007. Т. 33, № 2. C. 69–75.

13. Burgess D. E., Hundley J. C., Brown D. R., Li S.-G., Randal D. C. First-order differential-delay equation for the barorefl ex predicts the 0.4-Hz blood pressure rhythm in rats // Amer. J. of Physiology. Reg. Int. and Camp. Phys. 1997. Vol. 273. P. 1878–1884.

14. Ringwood J. V., Malpas S. C. Slow oscillations in blood pressure via a nonlinear feedback model // Amer. J. of Physiology ‒ Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2001. Vol. 280. P. 1105.2.

15. Ottensen J. T. Modelling the dynamical barorefl ex-feedback control // Mathematical and Computer Modelling. 2000. Vol. 31. P. 167.

16. Флейшман А. Н. Медленные колебания гемодинамики. Теория, практическое применение в клинической медицине. Новосибирск : Наука, 1999. 543 c.

17. Баевский Р. М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л. В., Гаврилушкин А. П., Довгалевский П. Я., Кукушкин Ю. А., Миронов Т. Ф., Прилуцкий Д. А., Семенов А. В., Федоров В. Ф., Флейшман А. Н., Медведев М. М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестн. аритмологии. 2001. Т. 24. С. 66–85.

18. Malpas S. C. Neural infl uences on cardiovascular variability: possibilities and pitfalls // Amer. J. of Physiology Heart Circ Physiol. 2002. № 282(1). P. 6.

19. Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Gridnev V. I., Bodrov M. B., Bespyatov A. B. Synchronization between main rhythmic processes in the human cardiovascular system // Phys. Rev. E. 2003. Vol. 68. P. 041913.

20. Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин Л. Д. Прикладная статистика : Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. М. : Финансы и статистика, 1983. 471 с.

21. Tass P., Smirnov D. A., Karavaev A. S., Barnikol U., Barnikol T., Adamchic I., Hauptmann C., Pawelcyzk N., Maarouf M., Sturm V., Freund H. -J., Bezruchko B. P. The causal relationship between subcortical local fi eld potential oscillations and parkinsonian resting tremor // J. Neural Eng. 2010. Vol 7. P. 016009.

Short text (in English): 
Full text (in Russian):