RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 11, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2022

 / 

Май

←  →

Физика наших дней


Сети спайковых осцилляторов и их применение для создания разумных автономных устройств

† 
Центр нелинейной химии, Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, ул. А. Невского, 14, Калининград, 236016, Российская Федерация

Рассмотрены иерархические сети импульсно связанных химических микроосцилляторов (МО). В качестве МО выступает колебательная реакция Белоусова—Жаботинского в микрообъёме. При конструировании рассматриваемых сетей, называемых нами "химическим мозгом", используются биологические принципы работы нейросетей и законы нелинейной динамики. Показано, что "химический мозг" способен к адаптивному поведению и принятию решений.

Текст pdf (382 Кб)
К читателям журнала Успехи физических наук pdf (98 Кб)
To the readers of Physics-Uspekhi pdf (88 Кб)
English fulltext pdf (643 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2021.05.038978
Ключевые слова: сети спайковых микроосцилляторов, реакция Белоусова—Жаботинского, принятие решений, "химический мозг"
PACS: 07.05.Mh, 82.40.−g, 84.35.+i (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2021.05.038978
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/5/b/
001112520100002
2-s2.0-85144439720
2022PhyU...65..440V
Цитата: Ванаг В К "Сети спайковых осцилляторов и их применение для создания разумных автономных устройств" УФН 192 477–490 (2022)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 30 марта 2021, доработана: 13 апреля 2021, 3 мая 2021

English citation: Vanag V K “Networks of spike oscillators and their application for creating autonomous intelligent devices” Phys. Usp. 65 440–452 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2021.05.038978

Список литературы (194) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (3) Похожие статьи (5)

  1. Raychowdhury A et al Proc. IEEE 107 73 (2019)
  2. Parrilla-Gutierrez J M et al Nat. Commun. 11 1442 (2020)
  3. Жаботинский А М ДАН СССР 157 (2) 392 (1964)
  4. Белоусов Б П Сборник рефератов по радиационной медицине за 1958 г. (Под ред. А В Лебединского) (М.: Медгиз, 1959) с. 145
  5. Nicolis G, Prigogine I Self-Organization in Nonequilibrium Systems (New York: Wiley-Interscience, 1977)
  6. Prigogine I, Lefever R J. Chem. Phys. 48 1695 (1968)
  7. Gray P, Scott S K Chemical Oscillations and Instabilities: Non-linear Chemical Kinetics (Oxford: Clarendon Press, 1990)
  8. Epstein In I R, Pojman J A An Introduction to Nonlinear Chemical Dynamics (New York: Oxford Univ. Press, 1998)
  9. Field R J, Burger M Oscillations and Traveling Waves in Chemical Systems (New York: Wiley, 1985)
  10. Epstein In I R, Showalter K J. Phys. Chem. 100 13132 (1996)
  11. Иваницкий Г Р, Кринский В И, Сельков Е Е Математическая биофизика клетки
  12. Ivanitsky G R, Krinsky V I, Zaikin A N, Zhabotinsky A M Biol. Rev. D 2 279 (1981)
  13. Krinsky V I (Ed.) Self-Organization: Autowaves and Structures Far from Equilibrium: Proc. of an Intern. Symp., Pushchino, USSR, July 18-23, 1983 (Springer Series in Synergetics) Vol. 28 (Berlin: Springer-Verlag, 1984)
  14. Lengyel I, Rábai G, Epstein I R J. Am. Chem. Soc. 112 4606 (1990)
  15. Luo Y, Epstein I R J. Am. Chem. Soc. 113 1518 (1991)
  16. Rábai G, Orban M, Epstein I R J. Phys. Chem. 96 5414 (1992)
  17. Lee K J et al Science 261 192 (1993)
  18. Edblom E C et al J. Am. Chem. Soc. 109 4876 (1987)
  19. Edblom E C et al J. Phys. Chem. 93 2722 (1989)
  20. Boissonade J, De Kepper P J. Phys. Chem. 84 501 (1980)
  21. Field R J, Noyes R M J. Chem. Phys. 60 1877 (1974)
  22. Epstein I R, Luo Y J. Chem. Phys. 95 244 (1991)
  23. Marsden J E, McCracken M The Hopf Bifurcation and its Applications (New York: Springer-Verlag, 1976)
  24. Noszticzius Z e al. Nature 329 619 (1987)
  25. Castets V et al Phys. Rev. Lett. 64 2953 (1990)
  26. Ouyang Q, Swinney H L Nature 352 610 (1991)
  27. Turing A M Philos. Trans. R. Soc. Lond. B 237 37 (1952)
  28. Zaikin A N, Zhabotinsky A M Nature 225 535 (1970)
  29. Perez-Munuzuri V et al Nature 353 740 (1991)
  30. Zhou L, Ouyang Q Phys. Rev. Lett. 85 1650 (2000)
  31. Ouyang Q, Flesselles J M Nature 379 143 (1996)
  32. Ванаг В К УФН 174 991 (2004); Vanag V K Phys. Usp. 47 923 (2004)
  33. Vanag V K, Epstein I R Science 294 835 (2001)
  34. Vanag V K, Epstein I R Phys. Rev. Lett. 88 088303 (2002)
  35. Vanag V K, Epstein I R Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100 14635 (2003)
  36. Vanag V K, Epstein I R Chaos 17 037110 (2007)
  37. Bansagi T, Vanag V K, Epstein I R Science 331 1309 (2011)
  38. Vanag V K, Epstein I R Phys. Rev. Lett. 87 228301 (2001)
  39. Vanag V K, Epstein I R Phys. Rev. E 71 066212 (2005)
  40. Toiya M, Vanag V K, Epstein I R Angew. Chem. Int. Ed. 47 7753 (2008)
  41. Toiya M, Gonzalez-Ochoa H O, Vanag V K, Fraden S, Epstein I R J. Phys. Chem. Lett. 1 1241 (2010)
  42. Maselko J, Showalter K Nature 339 609 (1989)
  43. Totz J F et al Phys. Rev. E 92 022819 (2015)
  44. Totz J F et al Nat. Phys. 14 282 (2018)
  45. Wilson D et al Chaos 28 123114 (2018)
  46. Taylor A F et al Eur. Phys. J. Spec. Top. 165 137 (2008)
  47. Taylor A F et al Science 323 614 (2009)
  48. Taylor A F et al Angew. Chem. Int. Ed. 50 10161 (2011)
  49. Tompkins N et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111 4397 (2014)
  50. Vanag V K, Epstein I R Engineering of Chemical Complexity II (Singapore: World Scientific, 2014), Ch. 10
  51. Litschel T et al Lab Chip 18 714 (2018)
  52. Norton M M et al Phys. Rev. Lett. 123 148301 (2019)
  53. Gorecki J, Gorecka J N, Adamatzky A Phys. Rev. E 89 042910 (2014)
  54. Gorecki J Entropy 22 313 (2020)
  55. Adamatzky A Philos. Trans. R. Soc. B 374 20180372 (2019)
  56. Torbensen K et al J. Phys. Chem. C 121 13256 (2017)
  57. Budroni M A et al J. Phys. Chem. Lett. 11 2014 (2020)
  58. Yoshikawa K, Aihara R, Agladze K J. Phys. Chem. A 102 7649 (1998)
  59. Gorecki J, Yoshikawa K, Igarashi Y J. Phys. Chem. A 107 1664 (2003)
  60. Hamada T e al. Langmuir 21 7626 (2005)
  61. Smelov P S, Proskurkin I S, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 21 3033 (2019)
  62. Proskurkin I S, Smelov P S, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 22 19359 (2020)
  63. Мальфанов И Л, Ванаг В К Успехи химии 90 1263 (2021); Mallphanov I L, Vanag V K Russ. Chem. Rev. 90 1263 (2021)
  64. Horvath Vet al Angew. Chem. Int. Ed. 51 6878 (2012)
  65. Horvath V et al Phys. Chem. Chem. Phys. 17 4664 (2015)
  66. Ke H et al Phys. Rev. E 89 052712 (2014)
  67. Kuramoto Y Int. J. Bifurcat. Chaos 7 789 (1997)
  68. Kuramoto Y Physica D 50 15 (1991)
  69. Kuramoto Y, Battogtokh D Nonlin. Phenom. Complex Syst. 5 380 (2002)
  70. Winfree A T J. Theor. Biol. 16 15 (1967)
  71. Kuramoto Y Intern. Symp. on Mathematical Problems in Theoretical Physics, January 23-29, 1975, Kyoto Univ., Kyoto, Japan (Lecture Notes Physics) Vol. 39 (Ed. H Araki) (Berlin: Springer, 1975) p. 420
  72. Hubel D H, Wiesel T N J. Physiol. 148 574 (1959)
  73. Hodgkin A L, Huxley A F Proc. R. Soc. Lond. B 140 177 (1952)
  74. Sakaguchi H, Kuramoto Y Prog. Theor. Phys. 76 576 (1986)
  75. Vanag V K, Smelov P S, Klinshov V V Phys. Chem. Chem. Phys. 18 5509 (2016)
  76. Watts D J, Strogatz S H Nature 393 440 (1998)
  77. Vanag V K Chaos 29 083104 (2019)
  78. Bargmann C I, Marder E Nat. Meth. 10 483 (2013)
  79. Bargmann C I Bioessays 34 458 (2012)
  80. Vanag V K, Epstein I R Phys. Rev. E 84 066209 (2011)
  81. Клиньшов В В, Некоркин В И УФН 183 1323 (2013); Klinshov V V, Nekorkin V I Phys. Usp. 56 1217 (2013)
  82. Масленников О В, Некоркин В И УФН 187 745 (2017); Maslennikov O V, Nekorkin V I Phys. Usp. 60 694 (2017)
  83. Gencay R, Liu T Physica D 108 119 (1997)
  84. Rosenblatt F "The perceptron — a perceiving and recognizing automaton" Report 85-460-1 (Buffalo, NY: Cornell Aeronautical Laboratory, 1957)
  85. Rosenblatt F Psycholog. Rev. 65 386 (1958)
  86. Ermentrout B, Park Y, Wilson D Philos. Trans. R. Soc. A 377 20190092 (2019)
  87. Bassett D S, Sporns O Nat. Neurosci. 20 353 (2017)
  88. Bassett D S, Zurn P, Gold J I Nat. Rev. Neurosci. 19 566 (2018)
  89. Bassett D S, Khambhati A N, Grafton S T Annu. Rev. Biomed. Eng. 19 327 (2017)
  90. Markram H Sci. Am. 306 (5) 50 (2012)
  91. Sporns O Neuroimage 80 53 (2013)
  92. Alivisatos A P et al Neuron 74 970 (2012)
  93. White J G et al Philos. Trans. R. Soc. B 314 1 (1986)
  94. Marder E, Taylor A L Nat. Neurosci. 14 133 (2011)
  95. Milo R et al Science 298 824 (2002)
  96. Kopell N J et al Neuron 83 1319 (2014)
  97. Calhoun V D et al Neuron 84 262 (2014)
  98. Marder E Neuron 76 1 (2012)
  99. Касаткин Д В, Некоркин В И Изв. вузов. Радиофизика 58 981 (2015); Kasatkin D V, Nekorkin V I Radiophys. Quantum Electron. 58 877 (2016)
  100. Botella-Soler V, Glendinning P Phys. Rev. E 89 062809 (2014)
  101. Maistrenko Y L et al Phys. Rev. E 75 066207 (2007)
  102. van den Heuvel M P, Sporns O Trends Cognitive Sci. 17 683 (2013)
  103. Chaudhuri R et al Neuron 88 419 (2015)
  104. Hernandez A, Amigo J M Eur. Phys. J. Spec. Top. 227 1039 (2018)
  105. Ashwin P, Coombes S, Nicks R J. Math. Neurosci. 6 2 (2016)
  106. Maass W Neural Networks 10 1659 (1997)
  107. Клиньшов В В Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика 28 (5) 465 (2020)
  108. Tan C, Sarlija M, Kasabov N Neural Proc. Lett. 52 1675 (2020)
  109. Kiselev M V Comput. Res. Model. 12 401 (2020)
  110. TrueNorth, (2021) https://www.research.ibm.com/articles/brainchip.shtml
  111. Kuramoto Y, Nakao H Philos. Trans. R. Soc. A 377 20190041 (2019)
  112. Pietras B, Daffertshofer A Phys. Rep. 819 1 (2019)
  113. Majhi S et al Phys. Life Rev. 28 100 (2019)
  114. Kim R, Sejnowski T J Nat. Neurosci. 24 129 (2021)
  115. Stockel A, Eliasmith C Neural Computat. 33 96 (2021)
  116. Kim J et al Neurocomputing 428 153 (2021)
  117. Demin V A et al Neural Networks 134 64 (2021)
  118. She X Y et al Front. Neurosci. 14 615756 (2021)
  119. Xing Y N, Di Caterina G, Soraghan J Front. Neurosci. 14 590164 (2020)
  120. Li X M, Yi H, Luo S Y Neural Plasticity 2020 8851351 (2020)
  121. Lu S, Sengupta A Front. Neurosci. 14 535 (2020)
  122. Field R J, Körös E, Noyes R M J. Am. Chem. Soc. 94 8649 (1972)
  123. Kuhnert L Nature 319 393 (1986)
  124. Kádár S, Amemiya T, Showalter K J. Phys. Chem. A 101 8200 (1997)
  125. Kaminaga A, Mori Y, Hanazaki I Chem. Phys. Lett. 279 339 (1997)
  126. Ванаг В К Диссипативные структуры в реакционно-диффузионных системах (М.: RandC Dynamics, 2008)
  127. Taylor A F Prog. React. Kinet. Mec. 27 247 (2002)
  128. Hudson J L, Hart M, Marinko D J. Chem. Phys. 71 1601 (1979)
  129. Marchettini N et al Phys. Chem. Chem. Phys. 12 11062 (2010)
  130. Turner J S et al Phys. Lett. A 85 9 (1981)
  131. Nkomo S, Tinsley M R, Showalter K Phys. Rev. Lett. 110 244102 (2013)
  132. Tinsley M et al Physica D 239 785 (2010)
  133. Taylor A F, Tinsley M R, Wang F, Huang Z, Showalter K Science 323 614 (2009)
  134. Taylor A F, Tinsley M R, Showalter K Phys. Chem. Chem. Phys. 17 20047 (2015)
  135. Markovic V M et al Chaos 29 033130 (2019)
  136. Mallphanov I L, Vanag V K J. Phys. Chem. A 124 272 (2020)
  137. Delgado J et al Soft Matter 7 3155 (2011)
  138. Lavrova A I, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 16 6764 (2014)
  139. Проскуркин И C, Ванаг В К Журн. физ. химии 89 340 (2015); Proskurkin I S, Vanag V K Russ. J. Phys. Chem. A 89 331 (2015)
  140. Смелов П С, Ванаг В К Журн. физ. химии 91 963 (2017); Smelov P S, Vanag V K Russ. J. Phys. Chem. A 91 1015 (2017)
  141. Safonov D A, Klinshov V, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 19 12490 (2017)
  142. Horvath V, Epstein I R Chaos 28 045108 (2018)
  143. Proskurkin I S, Smelov P S, Vanag V K Chemphyschem 20 2162 (2019)
  144. Murray J D Mathematical Biology I. An Introduction (New York: Springer, 2002)
  145. DDE, http://www.scholarpedia.org/article/Delay-differential_equations
  146. Ванаг В К "Связанные химические осцилляторы" Нелинейные волны 2016 (Под. ред. А М Сергеева, А В Слюняева) (Н. Новгород: ИПФ РАН, 2017) с. 263
  147. Achuthan S, Canavier C C J. Neurosci. 29 5218 (2009)
  148. Canavier C C, Achuthan S Math. Biosci. 226 77 (2010)
  149. Proskurkin I S, Lavrova A I, Vanag V K Chaos 25 064601 (2015)
  150. Proskurkin I S, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 17 17906 (2015)
  151. Crowley M F, Epstein I R J. Phys. Chem. 93 2496 (1989)
  152. Safonov D A, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 20 11888 (2018)
  153. Abrams D M, Pecora L M, Motter A E Chaos 26 094601 (2016)
  154. Feudel U, Pisarchik A N, Showalter K Chaos 28 033501 (2018)
  155. Рабинович М И, Мюезинолу М К УФН 180 371 (2010); Rabinovich M I, Muezzinoglu M K Phys. Usp. 53 357 (2010)
  156. Rabinovich M I, Afraimovich V S, Varona P Dyn. Syst. Int. J. 25 433 (2010)
  157. Rabinovich M I et al Front. Computat. Neurosci. 8 22 (2014)
  158. Rabinovich M I et al Phys. Life Rev. 9 51 (2012)
  159. Rabinovich M I, Varona P Front. Computat. Neurosci. 5 24 (2011)
  160. Neves F S, Timme M J. Phys. A 42 345103 (2009)
  161. Neves F S, Timme M Phys. Rev. Lett. 109 018701 (2012)
  162. Kirst C, Timme M, Battaglia D Nat. Commun. 7 11061 (2016)
  163. Smelov P S, Vanag V K R. Soc. Open Sci. 5 171495 (2018)
  164. Vanag V K, Yasuk V O Chaos 28 033105 (2018)
  165. Vanag V K Chaos 29 033106 (2019)
  166. Vanag V K Chaos 30 013112 (2020)
  167. Saha A, Feudel U Chaos 28 033610 (2018)
  168. Ryczko D, Simon A, Ijspeert A J Trends Neurosci. 43 916 (2020)
  169. Sanders R H, Levitin D J Brain Sci. 10 215 (2020)
  170. Mantziaris C, Bockemuehl T, Bueschges A Develop. Neurobiol. 80 16 (2020)
  171. Hachoumi L, Sillar K T Develop. Neurobiol. 80 42 (2020)
  172. Klinshov V, Nekorkin V Commun. Nonlin. Sci. Num. Sim. 83 105067 (2020)
  173. Buzsaki G Neuron 68 362 (2010)
  174. Brette R Front. Syst. Neurosci. 9 151 (2015)
  175. Buzsáki G, Freeman W Current Opin. Neurobiol. 31 v-ix (2015)
  176. Asl M M, Valizadeh A, Tass P A Sci. Rep. 8 12068 (2018)
  177. ter Wal M et al Nat. Commun. 11 3075 (2020)
  178. Mysore S P, Kothari N B Elife 9 e51473 (2020)
  179. Busemeyer J R et al Trends Cognitive Sci. 23 251 (2019)
  180. Bielczyk N Z et al Plos One 14 e0211885 (2019)
  181. Cheong H S J, Siwanowicz I, Card G M Current Opin. Neurobiol. 65 77 (2020)
  182. Monosov I E Trends Neurosci. 43 795 (2020)
  183. Yang G R, Wang X J Neuron 107 1048 (2020)
  184. Badman R P, Hills T T, Akaishi R Brain Sci. 10 396 (2020)
  185. Mendl M, Paul E S Neurosci. Biobehavioral Rev. 112 144 (2020)
  186. Tekulve J et al Front. Neurorobotics 13 95 (2019)
  187. Ma W J Neuron 104 164 (2019)
  188. Soltani A, Izquierdo A Nat. Rev. Neurosci. 20 635 (2019)
  189. Cox J, Witten I B Nat. Rev. Neurosci. 20 482 (2019)
  190. Bolam F C et al Biol. Rev. 94 629 (2019)
  191. Zhdanov A et al J. Comput. Syst. Sci. Int. 47 907 (2008)
  192. Zhdanov A A J. Comput. Syst. Sci. Int. 38 792 (1999)
  193. Жданов А А Автономный искусственный интеллект (М.: Бином. Лаборатория знаний, 2020)
  194. Proskurkin I S, Vanag V K Phys. Chem. Chem. Phys. 20 16126 (2018)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение