Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Generalized dynamical phase reduction for stochastic oscillators

Published 5 Feb 2024 in math-ph and math.MP | (2402.02856v2)

Abstract: Phase reduction is an important tool for studying coupled and driven oscillators. The question of how to generalize phase reduction to stochastic oscillators remains actively debated. In this work, we propose a method to derive a self-contained stochastic phase equation of the form !dϕ=a(ϕ)!dt+2D(ϕ)!dW(t)\mathop{}!\mathrm{d} \phi = a(\phi)\mathop{}!\mathrm{d} t + \sqrt{2D(\phi)}\,\mathop{}!\mathrm{d} W(t) that is valid not only for noise-perturbed limit cycles, but also for noise-induced oscillations. We show that our reduction captures the asymptotic statistics of qualitatively different stochastic oscillators, and use it to infer their phase-response properties.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (29)
  1. K. Yoshimura and K. Arai, Phys. Rev. Lett. 101, 154101 (2008).
  2. J.-n. Teramae, H. Nakao, and G. B. Ermentrout, Phys. Rev. Lett. 102, 194102 (2009).
  3. P. C. Bressloff and J. N. MacLaurin, SIAM J. Appl. Dyn. Syst. 17, 2205 (2018).
  4. J. MacLaurin, SIAM J. Appl. Math. 83, 1215 (2023).
  5. J. Guckenheimer, J. Math. Biology 1, 259 (1975).
  6. J. T. C. Schwabedal and A. Pikovsky, Phys. Rev. Lett. 110, 204102 (2013).
  7. A. Cao, B. Lindner, and P. J. Thomas, SIAM J. Appl. Math. 80, 422 (2020).
  8. P. J. Thomas and B. Lindner, Phys. Rev. Lett. 113, 254101 (2014).
  9. A. S. Powanwe and A. Longtin, Phys. Rev. Res. 3, 033040 (2021).
  10. J. Zhu, Y. Kato, and H. Nakao, Phys. Rev. Res. 4, L022041 (2022).
  11. N. Črnjarić Žic, S. Maćešić, and I. Mezić, J. Nonlinear Sci. 30, 2007 (2020).
  12. A. Pérez-Cervera, B. Lindner, and P. J. Thomas, Biol. Cybern. 116, 219 (2022).
  13. Similarly, the SDE for the “variational phase” derived in [8] is not self-contained.
  14. R. Friedrich and J. Peinke, Phys. Rev. Lett. 78, 863 (1997).
  15. C. Touya, T. Schwalger, and B. Lindner, Phys. Rev. E 83, 051913 (2011).
  16. M. Ragwitz and H. Kantz, Phys. Rev. Lett. 87, 254501 (2001).
  17. O. Castejón, A. Guillamon, and G. Huguet, J. Math. Neurosci. 3, 13 (2013).
  18. R. D. Hempstead and M. Lax, Phys. Rev. 161, 350 (1967).
  19. P. J. Thomas and B. Lindner, Phys. Rev. E 99, 062221 (2019).
  20. H. A. Brooks and P. C. Bressloff, Phys. Rev. E 92, 012704 (2015).
  21. B. Lindner and L. Schimansky-Geier, Phys. Rev. Lett. 89, 230602 (2002).
  22. K. V. Mardia and P. E. Jupp, Directional statistics, new ed. ed., Wiley series in probability and statistics (Wiley, Chichester, 2000).
  23. A. Guillamon and G. Huguet, SIAM J. Appl. Dyn. Syst. 8, 1005 (2009).
  24. J. M. Newby and M. A. Schwemmer, Phys. Rev. Lett. 112, 114101 (2014).
  25. A. Pérez-Cervera, T. M-Seara, and G. Huguet, Chaos 30, 083117 (2020).
  26. A. Pérez-Cervera, B. Lindner, and P. J. Thomas, Phys. Rev. Lett. 127, 254101 (2021).
  27. R. Nicks, R. Allen, and S. Coombes, Chaos 34, 013141 (2024).
  28. J. A. Freund, L. Schimansky-Geier, and P. Hänggi, Chaos 13, 225 (2003).
  29. Z. P. Adams and J. MacLaurin, arXiv preprint arXiv:2210.10681  (2023).

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Tweets

Sign up for free to view the 2 tweets with 3 likes about this paper.