Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Еремеев В. П., Осипов Г. В. Четыре сценария перехода к спайковой активности в новой модели нейрона // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 19-30. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-1-19-30, EDN: CPXIFD

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.03.2026
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 4)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
517.938:530.182
EDN: 
CPXIFD

Четыре сценария перехода к спайковой активности в новой модели нейрона

Авторы: 
Еремеев Владимир Петрович, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Осипов Григорий Владимирович, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Аннотация: 

В работе представлена новая двумерная модель нейрона, описывающая переход от состояния покоя к режиму регулярной спайковой активности. Предложенная система уравнений включает одну быструю и одну медленную переменную и позволяет в едином параметрическом пространстве воспроизвести четыре ключевых сценария возбуждения, известных в теории динамических систем. Проведён аналитический и численный бифуркационный анализ поведения системы. Показано, что при изменении параметров система реализует бифуркацию Андронова–Хопфа, бифуркацию инвариантной кривой седло-узла, гомоклиническую бифуркацию и бифуркацию двукратного предельного цикла. Каждый из сценариев сопровождается изменением топологии фазовых траекторий и характером перехода от стационарного состояния к устойчивому предельному циклу, что определяет различные типы нейронного возбуждения. Для каждого механизма перехода приведены фазовые портреты и временные реализации, демонстрирующие динамику переменных модели вблизи критических значений параметров.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 22-12-00348-П).
Список источников: 
  1. Dayan P., Abbott L. F. Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems. Cambridge : MIT Press, 2001. 548 p.
  2. Koch C. Biophysics of Computation: Information Processing in Single Neurons. New York : Oxford University Press, 1999. 562 p. https://doi.org/10.1093/oso/9780195104912.001.0001
  3. Дмитричев А. С., Касаткин Д. В., Клиньшов В. В., Кириллов С. Ю., Масленников О. В., Щапин Д. С., Некоркин В. И. Нелинейные динамические модели нейронов: обзор // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2018. Т. 26, № 4. С. 5–58. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2018-26-4-5-58
  4. Ermentrout G. B., Terman D. H. Mathematical Foundations of Neuroscience. Springer : New York, NY, 2010. xiii+421 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-87708-2
  5. Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний / перераб. и доп. Н. А. Железцова. 2-е изд. М. : Физматгиз, 1959. 915 с.
  6. Арнольд В. И., Афраймович В. С., Ильяшенко Ю. С., Шильников Л. П. Теория бифуркаций. Теория катастроф // Итоги науки и техники. Современные проблемы математики. Фундаментальные направления. М. : ВИНИТИ, 1986. Т. 5. Динамические системы. С. 5–277.
  7. Hodgkin A. L., Huxley A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve // J. Physiol. 1952. Vol. 117, iss. 4. P. 500–544. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1952.sp004764
  8. FitzHugh R. Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane // Biophys. J. 1961. Vol. 1, iss. 6. P. 445–466. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(61)86902-6
  9. Morris C., Lecar H. Voltage oscillations in the barnacle giant muscle fiber // Biophys J. 1981. Vol. 35, iss. 1. P. 193–213. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(81)84782-0
  10. Izhikevich E. M. Simple model of spiking neurons // IEEE Trans. Neural Netw. 2003. Vol. 14, iss. 6. P. 1569–1572. https://doi.org/10.1109/TNN.2003.820440
Поступила в редакцию: 
21.10.2025
Принята к публикации: 
21.11.2025
Опубликована: 
31.03.2026