Refine
Document Type
- Article (3)
- Doctoral Thesis (1)
Is part of the Bibliography
- yes (4)
Keywords
- Invariance (1)
- Invarianz (1)
- Phase (1)
- Protophase (1)
- nichtlineare Dynamik (1)
- nonlinear Dynamics (1)
- selbsterhaltende Oszillatoren (1)
- self-sustained Oscillators (1)
Institute
Ziel dieser Arbeit ist die Überwindung einer Differenz, die zwischen der Theorie der Phase bzw. der Phasendynamik und ihrer Anwendung in der Zeitreihenanalyse besteht: Während die theoretische Phase eindeutig bestimmt und invariant unter Koordinatentransformationen bzw. gegenüber der jeweils gewählten Observable ist, führen die Standardmethoden zur Abschätzung der Phase aus gegebenen Zeitreihen zu Resultaten, die einerseits von den gewählten Observablen abhängen und so andererseits das jeweilige System keineswegs in eindeutiger und invarianter Weise beschreiben. Um diese Differenz deutlich zu machen, wird die terminologische Unterscheidung von Phase und Protophase eingeführt: Der Terminus Phase wird nur für Variablen verwendet, die dem theoretischen Konzept der Phase entsprechen und daher das jeweilige System in invarianter Weise charakterisieren, während die observablen-abhängigen Abschätzungen der Phase aus Zeitreihen als Protophasen bezeichnet werden. Der zentrale Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer deterministischen Transformation, die von jeder Protophase eines selbsterhaltenden Oszillators zur eindeutig bestimmten Phase führt. Dies ermöglicht dann die invariante Beschreibung gekoppelter Oszillatoren und ihrer Wechselwirkung. Die Anwendung der Transformation bzw. ihr Effekt wird sowohl an numerischen Beispielen demonstriert - insbesondere wird die Phasentransformation in einem Beispiel auf den Fall von drei gekoppelten Oszillatoren erweitert - als auch an multivariaten Messungen des EKGs, des Pulses und der Atmung, aus denen Phasenmodelle der kardiorespiratorischen Wechselwirkung rekonstruiert werden. Abschließend wird die Phasentransformation für autonome Oszillatoren auf den Fall einer nicht vernachlässigbaren Amplitudenabhängigkeit der Protophase erweitert, was beispielsweise die numerischen Bestimmung der Isochronen des chaotischen Rössler Systems ermöglicht.
We discuss the effect of triplet synchrony in oscillatory networks. In this state the phases and the frequencies of three coupled oscillators fulfill the conditions of a triplet locking, whereas every pair of systems remains asynchronous. We suggest an easy to compute measure, a triplet synchronization index, which can be used to detect such states from experimental data.
We generalize our recent approach to the reconstruction of phase dynamics of coupled oscillators from data [B. Kralemann et al., Phys. Rev. E 77, 066205 (2008)] to cover the case of small networks of coupled periodic units. Starting from a multivariate time series, we first reconstruct genuine phases and then obtain the coupling functions in terms of these phases. Partial norms of these coupling functions quantify directed coupling between oscillators. We illustrate the method by different network motifs for three coupled oscillators and for random networks of five and nine units. We also discuss nonlinear effects in coupling.
We introduce an optimal phase description of chaotic oscillations by generalizing the concept of isochrones. On chaotic attractors possessing a general phase description, we define the optimal isophases as Poincare surfaces showing return times as constant as possible. The dynamics of the resultant optimal phase is maximally decoupled from the amplitude dynamics and provides a proper description of the phase response of chaotic oscillations. The method is illustrated with the Rossler and Lorenz systems.