<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Comput. Neurosci.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Computational Neuroscience</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Comput. Neurosci.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1662-5188</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fncom.2012.00090</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Neuroscience</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research Article</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Traveling pulses in a stochastic neural field model of direction selectivity</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Bressloff</surname> <given-names>Paul C.</given-names></name>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wilkerson</surname> <given-names>Jeremy</given-names></name>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Department of Mathematics, University of Utah</institution> <country>Salt Lake City, UT, USA</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Dimitris Pinotsis, University College London, UK</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Axel Hutt, INRIA CR Nancy, France; Carlo Laing, Massey University, New Zealand</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Paul C. Bressloff, Department of Mathematics, University of Utah, 155 South 1400 East, Salt Lake City, UT 84112, USA. e-mail: <email>bressloff&#x00040;math.utah.edu</email></p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>29</day>
<month>10</month>
<year>2012</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2012</year>
</pub-date>
<volume>6</volume>
<elocation-id>90</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>09</month>
<year>2012</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>10</month>
<year>2012</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2012 Bressloff and Wilkerson.</copyright-statement>
<copyright-year>2012</copyright-year>
<license license-type="open-access" xlink:href="http://www.frontiersin.org/licenseagreement"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the <uri xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">Creative Commons Attribution License</uri>, which permits use, distribution and reproduction in other forums, provided the original authors and source are credited and subject to any copyright notices concerning any third-party graphics etc.</p>
</license>
</permissions>
<abstract><p>We analyze the effects of extrinsic noise on traveling pulses in a neural field model of direction selectivity. The model consists of a one-dimensional scalar neural field with an asymmetric weight distribution consisting of an offset Mexican hat function. We first show how, in the absence of any noise, the system supports spontaneously propagating traveling pulses that can lock to externally moving stimuli. Using a separation of time-scales and perturbation methods previously developed for stochastic reaction-diffusion equations, we then show how extrinsic noise in the activity variables leads to a diffusive-like displacement (wandering) of the wave from its uniformly translating position at long time-scales, and fluctuations in the wave profile around its instantaneous position at short time-scales. In the case of freely propagating pulses, the wandering is characterized by pure Brownian motion, whereas in the case of stimulus-locked pulses, it is given by an Ornstein&#x02013;Uhlenbeck process. This establishes that stimulus-locked pulses are more robust to noise.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>stochastic processes</kwd>
<kwd>traveling waves</kwd>
<kwd>neural field theory</kwd>
<kwd>direction selectivity</kwd>
<kwd>stimulus-driven</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="12"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="119"/>
<ref-count count="68"/>
<page-count count="14"/>
<word-count count="8305"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="introduction" id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Continuum neural field models represent the large-scale dynamics of spatially structured networks of neurons in terms of non-linear integro-differential equations, whose associated integral kernels represent the spatial distribution of neuronal synaptic connections (Wilson and Cowan, <xref ref-type="bibr" rid="B64">1972</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B65">1973</xref>; Amari, <xref ref-type="bibr" rid="B2">1977</xref>). As in the case of non-linear partial differential equation (PDE) models of diffusively coupled excitable systems (Keener, <xref ref-type="bibr" rid="B35">1981</xref>; Kuramoto, <xref ref-type="bibr" rid="B41">1984</xref>), non-local neural fields can exhibit a diverse range of spatiotemporal dynamics, including solitary traveling fronts and pulses, stationary pulses, and spatially localized oscillations (breathers), spiral waves, and Turing-like patterns. See, for example, the reviews Ermentrout (<xref ref-type="bibr" rid="B23">1998</xref>), Coombes (<xref ref-type="bibr" rid="B19">2005</xref>), and Bressloff (<xref ref-type="bibr" rid="B12">2012</xref>). In recent years, neural fields have been used to model a wide range of neurobiological phenomena, including wave propagation in cortical slices (Pinto and Ermentrout, <xref ref-type="bibr" rid="B48">2001</xref>; Richardson et al., <xref ref-type="bibr" rid="B52">2005</xref>) and <italic>in vivo</italic> (Huang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B31">2004</xref>), geometric visual hallucinations (Ermentrout and Cowan, <xref ref-type="bibr" rid="B24">1979</xref>; Bressloff et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2001</xref>), EEG rhythms (Nunez, <xref ref-type="bibr" rid="B47">1995</xref>; Robinson et al., <xref ref-type="bibr" rid="B53">2001</xref>; Liley et al., <xref ref-type="bibr" rid="B43">2002</xref>; Steyn-Ross et al., <xref ref-type="bibr" rid="B61">2003</xref>), orientation tuning in primary visual cortex (V1) (Ben-Yishai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B5">1995</xref>; Somers et al., <xref ref-type="bibr" rid="B60">1995</xref>), short term working memory (Camperi and Wang, <xref ref-type="bibr" rid="B18">1998</xref>; Laing and Chow, <xref ref-type="bibr" rid="B42">2002</xref>), control of head direction (Zhang, <xref ref-type="bibr" rid="B67">1996</xref>), direction selectivity (Xie and Giese, <xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>), motion perception (Giese, <xref ref-type="bibr" rid="B30">1999</xref>), and binocular rivalry waves (Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B14">2012a</xref>). One particularly useful feature of neural fields is that analytical techniques for solving these integro-differential equations can be adapted from previous studies of non-linear PDEs. These include regular and singular perturbation methods, weakly non-linear analysis and pattern formation, symmetric bifurcation theory, Evans functions and wave stability, and homogenization theory (Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2012</xref>). In particular, we have recently shown how perturbation methods for studying fluctuating fronts in reaction-diffusion PDEs (Schimansky-Geier et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">1983</xref>; de Pasquale et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">1992</xref>; Armero et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">1998</xref>; Sagues et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2007</xref>) can be extended to the problem of front propagation in stochastic neural fields (Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>), and have used this to investigate the effects of noise on binocular rivalry waves (Webber and Bressloff, submitted). Such methods exploit a separation of time-scales in which there is a diffusive-like displacement (wandering) of the front from its uniformly translating position at long time-scales, and fluctuations in the front profile around its instantaneous position at short time-scales.</p>
<p>In this paper, we extend our theory of wave propagation in stochastic neural fields to the case of a neural field that supports traveling pulses rather than fronts. A typical mechanism for generating traveling pulses in an excitatory network is to include some form of slow adaptation, such as spike frequency adaptation (Pinto and Ermentrout, <xref ref-type="bibr" rid="B48">2001</xref>; Coombes and Owen, <xref ref-type="bibr" rid="B21">2005</xref>) or synaptic depression (Kilpatrick and Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B36">2010a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B37">b</xref>), which suppresses the trailing edge of the wave. One of the motivations for considering excitatory neural fields is that traveling pulses are observed in <italic>in vitro</italic> cortical slices that have been disinhibited. Here we consider an alternative mechanism for generating pulses, based on asymmetric excitatory/inhibitory synaptic connections. Such a network architecture supports freely propagating pulses without any adaptation, and has been proposed as a simple recurrent mechanism for generating direction selectivity in a network driven by moving stimuli (Mineiro and Zipser, <xref ref-type="bibr" rid="B45">1998</xref>; Xie and Giese, <xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>). Most classical models for the direction selectivity of cortical neurons are based on feedforward mechanisms, namely, the linear or non-linear spatiotemporal filtering of afferent thalamo-cortical inputs (Reichardt, <xref ref-type="bibr" rid="B51">1961</xref>; Adelson and Bergen, <xref ref-type="bibr" rid="B1">1985</xref>; Koch and Poggio, <xref ref-type="bibr" rid="B39">1985</xref>; van Santen and Sperling, <xref ref-type="bibr" rid="B63">1985</xref>). Some of these models also involve a combination of lagged (time-delayed) and non-lagged inputs (Saul and Humphrey, <xref ref-type="bibr" rid="B58">1990</xref>; Baker and Bair, <xref ref-type="bibr" rid="B4">2012</xref>). However, there is now considerable experimental data demonstrating that the response of cortical cells is strongly influenced by intracortical circuitry. This has motivated a number of modeling studies that show how direction selectivity can be reproduced by recurrent neural network models with asymmetric lateral excitatory or inhibitory connections and non-direction-selective inputs (Suarez et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">1995</xref>; Maex and Urban, <xref ref-type="bibr" rid="B44">1996</xref>; Mineiro and Zipser, <xref ref-type="bibr" rid="B45">1998</xref>; Xie and Giese, <xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>). In this paper, we base our investigation of stochastic traveling pulses on the particular version introduced by Xie and Giese (<xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>).</p>
<p>The main results of the paper are as follows. We first analyze freely propagating pulses and stimulus-locked pulses in the deterministic case, expanding the analysis of Xie and Giese (<xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>). In particular, we construct a stability diagram showing the existence and stability of stimulus-locked pulses as a function of stimulus velocity and amplitude. We then turn to a corresponding stochastic version of the model. We show how extrinsic noise in the activity variable leads to a diffusive-like displacement (wandering) of the wave from its uniformly translating position at long time-scales, and fluctuations in the wave profile around its instantaneous position at short time-scales. In the case of freely propagating pulses, the wandering is characterized by pure Brownian motion, whereas in the case of stimulus-locked pulses, it is given by an Ornstein&#x02013;Uhlenbeck process. This establishes that stimulus-locked pulses are more robust to noise. One major difference between pulses and fronts is that, in principle, noise could significantly affect both the location (center-of-mass) and width of the pulse. We find that fluctuations in the width can be neglected in the case of freely propagating pulses, whereas the saturation of the mean-square displacement of the center-of-mass of the pulse for stimulus-locked pulses means that fluctuations in pulse width can no longer be ignored.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials and methods" id="s2">
<title>Materials and methods</title>
<sec>
<title>Neural field model of direction selectivity</title>
<p>In this paper we consider a scalar neural field equation of the form
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Here <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) is a measure of activity (current or voltage) within a local population of excitatory and inhibitory neurons at position <italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D; and time <italic>t</italic>, &#x003C4; is a membrane time constant (of order 10 msec), <italic>w</italic>(<italic>x</italic>) denotes the spatial distribution of synaptic connections between local populations, <italic>F</italic>(<italic>u</italic>) is a non-linear firing rate function and <italic>h</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) is an external input. (We fix the time-scale by setting &#x003C4; &#x0003D; 1). <italic>F</italic> is usually taken to be a sigmoid function
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with gain &#x003B3; and threshold &#x003BA;. In the high-gain limit &#x003B3; &#x02192; &#x0221E;, this reduces to the Heaviside function
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The function <italic>w</italic>(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>x</italic>&#x00027;) represents the distribution of synaptic weights from the local population at <italic>x</italic>&#x00027; to the population at <italic>x</italic>. Usually, <italic>w</italic> is taken to be a symmetric or even function such that <italic>w</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; w(&#x02212;x). A common choice for the weight distribution is a &#x0201C;Mexican hat&#x0201D; function, with a center excitatory region surrounded by flanking inhibitory regions. As originally shown by Amari (<xref ref-type="bibr" rid="B2">1977</xref>), symmetric Mexican hat functions tend to support stationary activity &#x0201C;bumps.&#x0201D; Following Xie and Giese (<xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>), however, we will use an asymmetric Mexican hat function whose maximum is offset by an amount <italic>x</italic><sub>0</sub>, that is <italic>w</italic>(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>x</italic><sub>0</sub>) &#x0003D; w(&#x02212;[<italic>x</italic> &#x02212; <italic>x</italic><sub>0</sub>]); the resulting neural field then supports freely propagating pulses that depend on the degree of offset. Note that such a choice should be contrasted with a symmetric function <italic>w</italic> with peaks offset from zero see e.g., (Hutt and Atay, <xref ref-type="bibr" rid="B32">2005</xref>). In the case of exponential functions, <italic>w</italic> takes the form (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>)
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p><bold>Plot of weight distribution for various values of the shift <italic>x</italic><sub>0</sub>.</bold> Here <italic>a</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 5, <italic>a</italic><sub>i</sub> &#x0003D; 1, &#x003C3;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 0.42, and &#x003C3;<sub>i</sub> &#x0003D; 0.1.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0001.tif"/>
</fig>
where <italic>a</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003E; a<sub><italic>i</italic></sub> and &#x003C3;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003E; &#x003C3;<sub><italic>i</italic></sub>. Setting <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0 recovers the standard Mexican hat function. Note that one could equally use other functions such as a difference-of-Gaussians without changing the main results of the paper; the advantage of exponentials is that one can carry out explicit calculations.</p>
<p>Finally, the external input <italic>h</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) consists of two components:
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M5"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Here <italic>I</italic>(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>vt</italic>) represents an external pulse-like stimulus moving with constant speed <italic>v</italic> and amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub>, whereas the second term represents an extrinsic, multiplicative noise source. In particular, &#x003BE;(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) is a Gaussian process with zero mean and two-point correlations
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Thus the noise is white in time and colored in space with correlation length &#x003BB;. Formally speaking, &#x003B7;(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>)<italic>dt</italic> &#x0003D; <italic>dW</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) where <italic>dW</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) is a corresponding Wiener process.The amplitude of the noise is determined by the parameter &#x02208;, and the function <italic>g</italic>(<italic>u</italic>) incorporates any activity-dependence. Note that (Xie and Giese, <xref ref-type="bibr" rid="B66">2002</xref>) only considered the deterministic case (&#x02208; &#x0003D; 0). They showed how the deterministic neural field supports freely propagating pulses of fixed speed <italic>c</italic> when <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0. This then provides a mechanism for direction selectivity, since these pulses can lock to a moving stimulus of speed <italic>v</italic> provided that |<italic>c</italic> &#x02212; <italic>v</italic>| is sufficiently small; the range of locking depends on the amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub>. In this paper, we develop a more systematic analysis of stimulus-locking in the absence of noise, and then investigate the effects of noise on both freely propagating and stimulus-locked pulses.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>Results</title>
<sec>
<title>Determinstic neural field</title>
<p>We begin by analyzing traveling pulse solutions of the neural field Equation (1) in the absence of noise (&#x02208; &#x0003D; 0). Following the original formulation of Amari (<xref ref-type="bibr" rid="B2">1977</xref>), we investigate the existence and stability of traveling pulses by setting the firing rate function to be the Heaviside (Equation 3).</p>
<sec>
<title>Freely propagating pulses</title>
<p>For the moment, suppose that there are no external inputs so that <italic>h</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x0003D; 0 in Equation (1). A traveling pulse of velocity <italic>c</italic> is then defined according to <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic>(&#x003BE;), with &#x003BE; &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; <italic>ct</italic> a traveling wave coordinate such that lim<sub>&#x003BE;&#x02192;&#x000B1;&#x0221E;</sub> <italic>U</italic>(&#x003BE;) &#x0003D; 0. Moreover, the wave profile is restricted to be super threshold in a connected interval of width <italic>d</italic>. Since the neural field is equivariant with respect to uniform translations (in the absence of external stimuli), we choose the two threshold crossing points to be
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Thus, <italic>U</italic>(&#x003BE;) &#x0003E; &#x003BA; for 0 &#x0003C; &#x003BE; &#x0003C; <italic>d</italic>, <italic>U</italic>(&#x003BE;) &#x0003C; &#x003BA; for &#x003BE; &#x0003C; 0, and &#x003BE; &#x0003E; <italic>d</italic>. It turns out the wave travels in the same direction as the offset so we restrict ourselves to the case <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003E; 0 and <italic>c</italic> &#x0003E; 0. Substituting the traveling pulse solution into Equation (1) gives
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Multiplying both sides by e<sup>&#x02212;&#x003BE;/c</sup> and integrating gives the following equation for the wave solution:
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
It is convenient to express the weight function in piecewise form as follows:
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
We then obtain a piecewise expression for <italic>W</italic>(&#x003BE;) of the form
<disp-formula id="E12"><label>(11)</label><mml:math id="M12"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
We then have
<disp-formula id="E13"><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E14"><label>(12)</label><mml:math id="M14"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with &#x003BE;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x0221E;, &#x003BE;<sub>2</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic> and &#x003BE;<sub>3</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub>.</p>
<p>Having obtained the piecewise wave profile <italic>U</italic>(&#x003BE;), the threshold conditions (Equation 7) can now be used to determine the pulse speed <italic>c</italic> and width <italic>d</italic>; the resulting transcendental equations have to be solved numerically. Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> shows solutions for the pulse speed and width as functions of the threshold. It turns out that the solution with slower speed (and larger width) is stable (see below). This differs from traveling pulse solutions found in adaptive neural fields, where the faster wave (with larger width) tends to be stable (Pinto and Ermentrout, <xref ref-type="bibr" rid="B48">2001</xref>; Kilpatrick and Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B36">2010a</xref>). Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref> shows a typical pulse waveform and Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3B</xref> shows a numerical simulation of the neural field Equation (1) using the wave solution as the initial condition. The pulse propagates at the predicted speed without changing shape significantly. This occurs because the parameters were chosen to make the pulse solution linearly stable.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Plots of pulse speed <bold><italic>c</italic></bold> and <bold>(B)</bold> pulse width <bold><italic>d</italic></bold> as a function of the threshold &#x003BA;. Weight parameters are as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> with offset <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 3. Stable (unstable) branches are indicated by black (gray) curves.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Plot of traveling wave profile <italic>U</italic>(&#x003BE;) obtained analytically. Same parameters as Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> for threshold &#x003BA; &#x0003D; 4. <bold>(B)</bold> Spacetime plot of a traveling pulse using the profile of <bold>(A)</bold> as the initial condition. High (low) activity indicated by light (gray).</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>Stability</title>
<p>In order to determine the linear stability of a traveling pulse solution <italic>U</italic>(&#x003BE;) in the moving frame, we linearize Equation (1) with <italic>h</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x0003D; 0 by setting
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and Taylor expanding to first order in &#x003D5;. This gives
<disp-formula id="E16"><label>(13)</label><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
In the case of the Heaviside rate function (Equation 3), we have
<disp-formula id="E17"><label>(14)</label><mml:math id="M17"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Moreover, differentiating Equation (9) with respect to &#x003BE; shows that
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M18"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Substituting the previous two results into Equation (13) gives
<disp-formula id="E19"><label>(15)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where &#x003BA; is the threshold. Looking for solutions of the form
<disp-formula id="E20"><label>(16)</label><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
then leads to the spectral problem
<disp-formula id="E21"><label>(17)</label><mml:math id="M21"><mml:mrow><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>We take the linear operator &#x02112; to act on a Banach space &#x0212C; of continuous, bounded functions &#x003C8;(&#x003BE;) that are defined for &#x003BE; &#x02208; &#x0211D;, and that decay exponentially as &#x003BE;&#x02192;&#x000B1;&#x0221E;. Let &#x003C3;(&#x02112;) denote the spectrum of the linear operator &#x02112;, and define the associated resolvent operator according to &#x0211B;<sub>&#x003BB;</sub> &#x02261; (&#x02112; &#x02212; &#x003BB; <italic>I</italic>)<sup>&#x02212;1</sup>, where <italic>I</italic> is the identity operator. The spectrum can be defined as those values of &#x003BB; for which <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>T</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not bijective. The spectrum is composed of three disjoint sets, the point or discrete spectrum, the residual spectrum, and the continuous spectrum. The point spectrum is defined as the values of &#x003BB; (eigenvalues) for which the resolvent does not exist. The residual spectrum are the spectral values for which the resolvent exists but is not defined on a dense subset of &#x0212C;. The continuous spectrum are the spectral values for which the resolvent exists and is densely defined but is unbounded (Kreyszig, <xref ref-type="bibr" rid="B40">1978</xref>). Given these definitions, the traveling pulse is said to be linearly stable if (1) Re(&#x003BB;) &#x0003C; 0 for all &#x003BB; &#x00131;n &#x003C3;(&#x02112;), &#x003BB; &#x02260; 0 and (2) the zero eigenvalue is simple. The existence of a zero eigenvalue with corresponding eigenfunction &#x003D5;(&#x003BE;, <italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic>&#x02032;(&#x003BE;) reflects translation invariance, and immediately follows from differentiating (Equation 9) with respect to &#x003BE;.</p>
<p>We first consider the discrete spectrum by solving the eigenvalue equation
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M23"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where we have introduced the constants
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M24"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Multiplying both sides by e<sup>&#x02212;(&#x003BB;&#x0002B;1)&#x003BE;/c</sup> and integrating gives
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
which can be rewritten in the more compact form
<disp-formula id="E25"><label>(18)</label><mml:math id="M26"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E26"><label>(19)</label><mml:math id="M27"><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The eigenvalues are now determined by imposing self-consistency at &#x003BE; &#x0003D; 0 and &#x003BE; &#x0003D; <italic>d</italic>. Setting &#x003BE; &#x0003D; 0 and &#x003BE; &#x0003D; <italic>d</italic> in Equation (18) leads to the vector equation
<disp-formula id="E27"><label>(20)</label><mml:math id="M28"><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
This has a non-trivial solution if and only if the determinant of the matrix is zero. The determinant expressed as a function of &#x003BB;, &#x02130;(&#x003BB;), is a complex analytic function known as the Evans function:
<disp-formula id="E28"><label>(21)</label><mml:math id="M29"><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Thus, the zeros of the Evans function determine the discrete spectrum of the linear operator formed by linearizing the neural field equation about the pulse solution. Evans functions were originally introduced within the context of the stability of solitary pulses in diffusive Hodgkin&#x02013;Huxley type equations describing action potential propagation in nerve axons (Evans, <xref ref-type="bibr" rid="B26">1975</xref>). Since then the Evans function construction has been extended to a wide range of PDEs, see the review (Sandstede, <xref ref-type="bibr" rid="B56">2002</xref>). It has also recently been applied to neural field equations (Zhang, <xref ref-type="bibr" rid="B68">2003</xref>; Coombes and Owen, <xref ref-type="bibr" rid="B20">2004</xref>; Rubin, <xref ref-type="bibr" rid="B54">2004</xref>; Folias and Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B28">2005</xref>; Pinto et al., <xref ref-type="bibr" rid="B49">2005</xref>; Sandstede, <xref ref-type="bibr" rid="B57">2007</xref>) and more general non-local problems (Kapitula et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2004</xref>). An example plot of the real and imaginary parts of &#x02130;(&#x003BB;) &#x0003D; 0 on the complex plane is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>. It can be seen that there is a zero eigenvalue and one negative real eigenvalue, indicating that the corresponding traveling pulse is linearly stable.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p><bold>Graphs of the zero sets of the real (<italic>dark curves</italic>) and imaginary (<italic>light curves</italic>) parts of the Evans function determining the stability of a freely propagating pulse; intersection points (filled circles) indicate eigenvalues.</bold> The line <italic>I</italic>m &#x003BB; &#x0003D; &#x02212;1 indicates the essential spectrum. Same parameter values as Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0004.tif"/>
</fig>
<p>To find the essential spectrum, which is the union of the residual and continuous spectra, we will derive an explicit expression for the resolvent &#x0211B;<sub>&#x003BB;</sub>. We start by writing an inhomogeneous equation of the form <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>T</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <italic>h</italic>(&#x003BE;) represents a general function from the Banach space &#x0212C;. This can be manipulated as before to give
<disp-formula id="E29"><label>(22)</label><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
By evaluating at &#x003BE; &#x0003D; 0 and &#x003BE; &#x0003D; <italic>d</italic> as before, we arrive at the following vector equation, which differs from (Equation 20) only on the right-hand side:
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M32"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Since we are looking for spectral values outside the discrete spectrum, the determinant of the matrix satisfies &#x02130;(&#x003BB;)&#x02260; 0. Therefore, multiplying both sides by the inverse matrix yields expressions for &#x003C8;(0) and &#x003C8;(<italic>d</italic>) in terms of <italic>h</italic>:
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M34"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Substituting into Equation (22) gives the following expression for the resolvent operator, of the form &#x0211B;<sub>&#x003BB;</sub><italic>h</italic> &#x0003D; &#x003D5;:
<disp-formula id="E34"><label>(23)</label><mml:math id="M36"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The resolvent is well-defined for all <italic>h</italic> in &#x0212C;, so the residual spectrum of &#x02112; is empty. To find the continuous spectrum, we Fourier transform Equation (23):
<disp-formula id="E35"><label>(24)</label><mml:math id="M37"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
It follows that the resolvent operator is unbounded when <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is unbounded. Equation (19) implies that
<disp-formula id="E36"><label>(25)</label><mml:math id="M39"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Hence, <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is unbounded for &#x003BB; &#x0003D; &#x02212;1 &#x02212; 2&#x003C0;<italic>ikc</italic> so that the continuous spectrum of &#x02112; is a vertical line in the complex plane at Re(&#x003BB;) &#x0003D; &#x02212;1. Since Re(&#x003BB;) &#x0003C; 0, the continuous spectrum will not make any pulse solution of our model unstable.</p>
</sec>
<sec>
<title>Stimulus-locked pulses</title>
<p>Now suppose that the neural field is driven by a moving external pulse stimulus of speed <italic>v</italic> so that Equation (1) becomes
<disp-formula id="E37"><label>(26)</label><mml:math id="M41"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
In order to study the existence of stimulus-locked pulses, we will define a &#x0201C;stimulus coordinate&#x0201D; &#x003BE; &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; <italic>vt</italic> and look for pulse solutions that move at the same speed as the stimulus, that is, <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic>(&#x003BE;) with
<disp-formula id="E38"><label>(27)</label><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
For concreteness, the stimulus will be represented by a rectangular wave of amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub> and width <italic>d</italic>, defined formally as
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M43"><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;or&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Since translation invariance no longer holds, it is necessary to determine both threshold crossing points, which we denote by &#x003BE; &#x0003D; <italic>d</italic><sub>1</sub> and &#x003BE; &#x0003D; <italic>d</italic><sub>2</sub>. Proceeding in a similar fashion to the case of freely propagating pulses, we find that
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M44"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>z</italic><sub>0</sub> &#x0003D; &#x0221E; if <italic>v</italic> &#x0003E; 0, <italic>z</italic><sub>0</sub> &#x0003D; &#x02212;&#x0221E; if <italic>v</italic> &#x0003C; 0, and
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The latter can be expressed in the piecewise form
<disp-formula id="E42"><label>(28)</label><mml:math id="M46"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>w</italic><sub>1</sub> and <italic>w</italic><sub>2</sub> are defined as in Equation (10). After evaluating the integrals along similar lines to section &#x0201C;Neural Field Model of Direction Selectivity,&#x0201D; we obtain the following expressions for the pulse solution, defined independently for positive and negative stimulus directions:</p>
<p><underline><italic>v</italic> &#x0003E; 0:</underline>:
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M47"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M48"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
for &#x003BE;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x0221E;, &#x003BE;<sub>2</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic><sub>2</sub>, &#x003BE;<sub>3</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic><sub>1</sub>, and
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M49"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<underline><italic>v</italic> &#x0003C; 0:</underline>
<disp-formula id="E46"><mml:math id="M50"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M51"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>v</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
for &#x003BE;<sub>3</sub> &#x0003D; &#x02212;&#x0221E;, &#x003BE;<sub>2</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic><sub>1</sub>, &#x003BE;<sub>1</sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic><sub>2</sub>, and
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M52"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The threshold crossing points (<italic>d</italic><sub>1</sub> and <italic>d</italic><sub>2</sub>) are determined in the same way the pulse speed and width were determined in the no-stimulus case, which is by numerically solving a system of two transcendental equations. The first equation is given by <italic>U</italic><sub>3</sub>(<italic>d</italic><sub>1</sub>) &#x0003D; &#x003BA;. The second equation is <italic>U</italic><sub>3</sub>(<italic>d</italic><sub>2</sub>) &#x0003D; &#x003BA; if <italic>d</italic><sub>2</sub> &#x0003C; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0002B; <italic>d</italic><sub>1</sub>, else it is given by <italic>U</italic><sub>2</sub>(<italic>d</italic><sub>2</sub>) &#x0003D; &#x003BA;. Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> shows a plot of <italic>d</italic><sub>1</sub> (black curves) and <italic>d</italic><sub>2</sub> (gray curves) vs. the threshold &#x003BA;. It can be seen that for a certain range of thresholds there exists more than one stable/unstable pair of pulses. Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref> shows the linear stability and the number of solutions for different combinations of stimulus speed (<italic>v</italic>) and strength (<italic>I</italic><sub>0</sub>). The offset <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 3 and the corresponding spontaneous wave speed is <italic>c</italic> &#x0003D; 4. (Note that for smaller offsets <italic>x</italic><sub>0</sub> and thus smaller wave speeds <italic>c</italic>, one finds stimulus-locked waves for negative values of <italic>v</italic>). The stability of solutions in the presence of a stimulus is determined in much the same way as without a stimulus. We again define <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x0003D; U(&#x003BE;) &#x0002B; &#x003D5;(&#x003BE;,t) and look at the behavior of the perturbations described by &#x003D5;(&#x003BE;,t). Substituting into Equation (26), the stimulus term drops out when we perform the linearization, so that
<disp-formula id="E49"><mml:math id="M53"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p><bold>Plot of leading threshold crossing position <italic>d</italic><sub>2</sub> (gray curves) and trailing threshold crossing position <italic>d</italic><sub>1</sub> (black curves) of stimulus-locked pulses as a function of threshold &#x003BA;.</bold> There exists at most one stable pulse (indicated by arrows) and up to three unstable pulses. Weight parameters as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> and &#x003BA; &#x0003D; 4. Stimulus parameters are <italic>d</italic> &#x0003D; 5, <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 5, and <italic>v</italic> &#x0003D; 5.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>Stability diagram for stimulus-locked pulses in (<italic>v</italic>, <italic>I</italic><sub>0</sub>)-parameter space.</bold> Weight parameters as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>, &#x003BA; &#x0003D; 4, and <italic>d</italic> &#x0003D; 5. Emerging from the stable pulse solution when <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0 is a tongue consisting of a stable/unstable pair of pulses (light gray). Similarly, emerging from the unstable solution when <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0 is a tongue consisting of two unstable pulses (medium gray). As <italic>I</italic><sub>0</sub> increases within a tongue an unstable pulse can disappear due to the development of multiple super-threshold regions (indicated by solid curves). All solutions coexist when tongues overlap (dark gray).</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0006.tif"/>
</fig>
<p>Setting &#x003D5;(&#x003BE;,t) &#x0003D; e<sup>&#x003BB;<italic>t</italic></sup>&#x003D5; ultimately yields the spectral problem
<disp-formula id="E50"><label>(29)</label><mml:math id="M54"><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The corresponding Evans function is now
<disp-formula id="E51"><label>(30)</label><mml:math id="M55"><mml:mrow><mml:mi>&#x02130;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>sgn</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E53"><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>sgn</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
It is easy to establish as before that the residual spectrum is empty and that the continuous spectrum consists of a vertical line in the complex plane at Re(&#x003BB;) &#x0003D; &#x02212;1. So the stability is again determined only by the discrete spectrum, which consists of the zeros of the Evans function. Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7A</xref> shows an example of a numerical simulation of a stable stimulus-locked pulse solution of Equation (26) with the analytical pulse solution <italic>U</italic>(<italic>x</italic>) as an initial condition. Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7B</xref> shows the same simulation except with the zero initial condition <italic>u</italic>(<italic>x</italic>,0) &#x0003D; 0. It can be seen from Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7C</xref> that both initial conditions converge to the same pulse profile.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><bold>Space-time plots of a stimulus-locked pulse for (A) <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, 0) &#x0003D; U(<italic>x</italic>) and (B) <italic>u</italic>(<italic>x</italic>, 0) &#x0003D; 0.</bold> Both initial conditions converge to the same wave profile in the large <italic>t</italic> limit as indicated in <bold>(C)</bold> for <italic>t</italic> &#x0003D; 50. Weight parameters as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> and &#x003BA; &#x0003D; 4. Stimulus parameters are <italic>d</italic> &#x0003D; 5, <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 8, and <italic>v</italic> &#x0003D; 3.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0007.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>Stochastic neural field</title>
<p>Several recent studies have considered stochastic versions of neural field equations that are based on a corresponding Langevin equation formulation (Brackley and Turner, <xref ref-type="bibr" rid="B7"></xref>; Hutt et al., <xref ref-type="bibr" rid="B33">2008</xref>; Faugeras et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2009</xref>; Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>). Motivated by these examples, we consider the following Langevin equation (or stochastic PDE) for the stochastic activity variable <italic>U</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>), which is a rewriting of Equation (1) with <italic>h</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) given by Equation (5) for <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 0 and &#x003F5; &#x0003E; 0:
<disp-formula id="E54"><label>(31)</label><mml:math id="M58"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where d<italic>W</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) is an independent Wiener process with zero mean and correlation given by
<disp-formula id="E55"><label>(32)</label><mml:math id="M59"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Here &#x003BB; is the spatial correlation length of the noise such that <italic>C</italic>(<italic>x</italic>/&#x003BB;)&#x02192; &#x003B4;(<italic>x</italic>) in the limit &#x003BB; &#x02192; 0, and &#x003F5; determines the strength of the noise, which is assumed to be weak. For the sake of generality, we take the noise to be multiplicative rather than additive; however, the main results of the paper hold for both. Following standard formulations of Langevin equations (Gardiner, <xref ref-type="bibr" rid="B29">2009</xref>), the multiplicative noise term is taken to be of Stratonovich form in the case of extrinsic noise. Note, however, that an alternative formulation of stochastic neural field theory has been developed in terms of a neural master equation (Buice and Cowan, <xref ref-type="bibr" rid="B16">2007</xref>; Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B10">2009</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2010</xref>; Buice et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2010</xref>), in which the underlying deterministic equations are recovered in the thermodynamic limit <italic>N</italic>&#x02192; &#x0221E;, where <italic>N</italic> is a measure of the system size of each local population. In the case of large but finite <italic>N</italic>, a Kramers-Moyal expansion of the master equation yields a Langevin neural field equation with multiplicative noise of the Ito form Bressloff (<xref ref-type="bibr" rid="B10">2009</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2010</xref>). Multiplicative noise in the Stratonovich sense causes a shift in the speed and width of the pulse. This happens because &#x02329; <italic>g</italic>(<italic>U</italic>)dW&#x0232A;&#x02260; 0, even though &#x02329; d<italic>W</italic>&#x0232A; &#x0003D; 0. We can use Novikov&#x00027;s theorem (Novikov, <xref ref-type="bibr" rid="B46">1965</xref>) to calculate the former average:
<disp-formula id="E56"><mml:math id="M60"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The average can also be calculated by Fourier transforming Equation (31) and taking averages using the corresponding Fokker&#x02013;Planck equation (Armero et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">1998</xref>; Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>). In the limit that &#x003BB; approaches 0, we set <italic>C</italic>(0) &#x02192; 1/&#x00394;x, where &#x00394;x is a lattice cut-off that can be identified with the spatial discretization step size in numerical simulations (Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>). Following Ref. Armero et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B3">1998</xref>), we rewrite Equation (31) so the fluctuating term has zero mean:
<disp-formula id="E57"><label>(33)</label><mml:math id="M61"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E58"><label>(34)</label><mml:math id="M62"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E59"><label>(35)</label><mml:math id="M63"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The stochastic process <italic>R</italic> has zero mean and correlation
<disp-formula id="E60"><label>(36)</label><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<sec>
<title>Separation of time-scales</title>
<p>The effects of additive or multiplicative extrinsic noise on traveling waves can be analyzed using multiple time-scale methods originally developed for reaction-diffusion equations (Schimansky-Geier et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">1983</xref>; de Pasquale et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">1992</xref>; Armero et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">1998</xref>; Sagues et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2007</xref>), which were recently extended to neural field equations in Ref. Bressloff and Webber (<xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>). The main idea is to assume that the fluctuating term generates two distinct phenomena that occur on different time-scales: a diffusive-like displacement of the traveling wave from its uniformly translating position at long time-scales, and fluctuations in the wave profile around its instantaneous position at short time-scales. It is important to point out that, in contrast to traveling front solutions of scalar neural field equations (Bressloff and Webber, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2012b</xref>), we are now considering traveling pulse solutions. Thus in addition to the center-of-mass of the traveling pulse wave, which moves with speed <italic>c</italic> in the absence of noise, there is an additional degree of freedom corresponding to the &#x0201C;width&#x0201D; of the pulse. (In the case of a Heaviside rate function, the width &#x00394; is determined by the threshold crossing points). For simplicity, we assume that the width of the wave is only weakly affected by the noise; this is consistent with what is found numerically. We now express the solution <italic>U</italic> of Equation (33) as a combination of a fixed wave profile <italic>U</italic><sub>0</sub> that is displaced by an amount &#x00394;(<italic>t</italic>) from its uniformly translating position &#x003BE; &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub><italic>t</italic>, where <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub> is a noise-dependent speed, and a time-dependent fluctuation &#x003A6; in the wave shape about its instantaneous position:
<disp-formula id="E61"><label>(37)</label><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The wave profile <italic>U</italic><sub>0</sub> and associated wave speed/width <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub>,&#x00394;<sub>&#x003F5;</sub> are obtained by solving the modified deterministic equation
<disp-formula id="E62"><label>(38)</label><mml:math id="M66"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The results depend on &#x003F5; due to the &#x003F5;-dependence of <italic>h</italic>. Equation (38) is chosen so that that to leading order, the stochastic variable &#x00394;(<italic>t</italic>) undergoes unbiased Brownian motion with a diffusion coefficient <italic>D</italic>(&#x02208;)&#x0003D;<inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x02208;) (see below). The next step is to substitute the decomposition Equation (37) into (33) and expand to first order in <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x02208;<sup>1/2</sup>):
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M69"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where we have set &#x003BE;<sub>&#x00394;</sub> &#x0003D; &#x003BE; &#x02212; &#x00394;(<italic>t</italic>) and &#x003BE;<sub>&#x00394;</sub>&#x00027; &#x0003D; &#x003BE;&#x00027; &#x02212; &#x00394;(<italic>t</italic>). We now use Equation (38) for <italic>U</italic><sub>0</sub>, after shifting &#x003BE;&#x02192; &#x003BE; &#x02212; &#x00394;(<italic>t</italic>), to eliminate terms and then divide through by <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This gives the inhomogeneous equation to <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003F5;<sup>1/2</sup>)
<disp-formula id="E64"><label>(39)</label><mml:math id="M72"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where the non-self-adjoint linear operator
<disp-formula id="E65"><label>(40)</label><mml:math id="M73"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
is defined for all functions <italic>A</italic>(&#x003BE;) in &#x02112;<sub>2</sub>(&#x0211D;). Note that for all terms in Equation (40) to be of the same order we have taken &#x00394;(<italic>t</italic>) &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003B5;<sup>1/2</sup>). It then follows that <italic>U</italic><sub>0</sub>(&#x003BE; &#x02212; &#x00394;(<italic>t</italic>)) &#x0003D; U<sub>0</sub>(&#x003BE;) &#x0002B; <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003B5;<sup>1/2</sup>) etc., and Equation (39) reduces to
<disp-formula id="E66"><label>(41)</label><mml:math id="M76"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <italic>U</italic><sub>0</sub>(&#x003BE;) were a traveling front solution of a neural field model with a symmetric, excitatory weight distribution <italic>w</italic>, then it could be proven that the operator <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> has a 1D null space spanned by <italic>U</italic><sub>0</sub>&#x00027;(&#x003BE;) (Ermentrout and McLeod, <xref ref-type="bibr" rid="B25">1993</xref>). We will assume that such a result carries over to traveling pulse solutions of a neural field with <italic>w</italic> given by an asymmetric Mexican hat function; the fact that <italic>U</italic><sub>0</sub>&#x00027;(&#x003BE;) belongs to the null space follows immediately from differentiating Equation (38) with respect to &#x003BE;. We then have the solvability condition for the existence of a non-trivial bounded solution of Equation (41), namely, that the inhomogeneous part is orthogonal to all elements of the null space of the adjoint operator <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The latter is defined with respect to the inner product
<disp-formula id="E67"><mml:math id="M79"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Integrating by parts and using (Equation 14) leads to
<disp-formula id="E68"><label>(42)</label><mml:math id="M80"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
We will assume that the null space of the adjoint operator <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is also one-dimensional and is spanned by some yet to be determined function <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. (In the case of a Heaviside firing function, we will determine the null space explicitly). Hence, we can write the solvability condition as
<disp-formula id="E69"><mml:math id="M83"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
which leads directly to the stochastic differential equation
<disp-formula id="E70"><mml:math id="M84"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Using the lowest order approximations <italic>dR</italic>(<italic>U</italic><sub>0</sub>, &#x003BE;, <italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>g</italic>(<italic>U</italic><sub>0</sub>(&#x003BE;))<italic>dW</italic>(&#x003BE;, <italic>t</italic>), we deduce that [for &#x00394;(0) &#x0003D; 0]
<disp-formula id="E71"><label>(43)</label><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>D</italic>(&#x003F5;) is the effective diffusivity
<disp-formula id="E72"><label>(44)</label><mml:math id="M86"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec>
<title>Explicit results for heaviside rate function</title>
<p>In order to illustrate the above analysis, we consider a particular example where the mean speed <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub> and diffusion coefficient <italic>D</italic>(&#x003F5;) can be calculated explicitly. That is, set <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>g</italic><sub>0</sub><italic>U</italic> for the multiplicative noise term and take <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>u</italic> &#x02212; &#x003BA;). (The constant <italic>g</italic><sub>0</sub> has units of <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>length</mml:mtext><mml:mo>/</mml:mo><mml:mtext>time</mml:mtext></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). Note that the choice for <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) can be interpreted physiologically in terms of an effective modification in the membrane time constant of neurons due to stochastic background synaptic activity (Bernander et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">1991</xref>; Rapp et al., <xref ref-type="bibr" rid="B50">1992</xref>; Bressloff, <xref ref-type="bibr" rid="B8">1994</xref>). The deterministic Equation (38) for <italic>U</italic><sub>0</sub> then reduces to
<disp-formula id="E73"><label>(45)</label><mml:math id="M88"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where &#x00393;(&#x003F5;) &#x0003D; (1 &#x02212; &#x003F5;<italic>C</italic>(0)<italic>g</italic><sup>2</sup><sub>0</sub>)/<italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub>. Hence,
<disp-formula id="E74"><label>(46)</label><mml:math id="M89"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The deterministic pulse profile can be evaluated along identical lines to section &#x0201C;Neural Field Model of Direction Selectivity.&#x0201D; In order to calculate the diffusion coefficient, it is first necessary to determine the null vector <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the adjoint linear operator <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>U</italic> &#x02212; &#x003BA;) and <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>g</italic><sub>0</sub><italic>U</italic> into Equation (42) shows that
<disp-formula id="E75"><label>(47)</label><mml:math id="M92"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Proceeding along similar lines to Bressloff (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2001</xref>) and Kilpatrick et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B38">2008</xref>), we make the ansatz that
<disp-formula id="E76"><label>(48)</label><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Substituting into Equation (47) shows that
<disp-formula id="E77"><mml:math id="M94"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E78"><label>(49)</label><mml:math id="M95"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Differentiating Equation (46) shows that <italic>U</italic>&#x00027;(&#x003BE;) &#x0003D; <italic>b</italic>(&#x003BE;)&#x02212;<italic>b</italic>(&#x003BE; &#x02212; &#x00394;), so that we obtain the vector equation
<disp-formula id="E79"><mml:math id="M96"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
The matrix has rank 1, confirming that the linear operator <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>x has a 1D null-space. The latter is spanned by the function
<disp-formula id="E80"><label>(50)</label><mml:math id="M98"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
In Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> we show the temporal evolution of a freely propagating stochastic traveling pulse, which is obtained by numerically solving the Langevin Equation (31) for <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>U</italic> &#x02212; &#x003BA;), <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic> and the asymmetric difference-of-exponentials (Equation 4). Note that the location of the stochastic wave appears to coincide with the underlying mean solution. However, over longer time-scales the wandering of the pulse about its mean position would be seen. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> we plot the mean position <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>) of the leading and trailing edges of the pulse as a function of <italic>t</italic>. It can be seen that they all vary linearly with <italic>t</italic>, consistent with the assumption that there is a diffusive-like displacement of the center-of-mass of the pulse from its uniformly translating position at long time-scales. The slopes of these curves then determine the effective wave speed and diffusion coefficient according to <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> &#x0007E; <italic>c</italic><sub>&#x003B5;</sub><italic>t</italic> and &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>)&#x0007E; 2<italic>D</italic>(&#x003B5;)<italic>t</italic>. Both the leading and trailing edges exhibit the same speeds and diffusivities (after a transient phase). The transients are caused by fluctuations in the mean width of the pulse which can be neglected for large <italic>t</italic>, where the difference in the size of fluctuations of the leading and trailing edges can be neglected.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p><bold>Numerical simulation of freely propagating pulse solution of the stochastic neural field Equation (31) for a Heaviside rate function <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>U</italic>&#x02212;&#x003BA;) with &#x003BA; &#x0003D; 4, and weight function (Equation 4) with <italic>a</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 5, <italic>a</italic><sub>i</sub> &#x0003D; 1, &#x003C3;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 0.42, &#x003C3;<sub>i</sub> &#x0003D; 0.1, and <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <bold>3</bold>.</bold> The multiplicative noise is taken to be <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic>, the noise strength is &#x003F5; &#x0003D; 0.005, and <italic>C</italic>(0) &#x0003D; 10. The wave profile is shown at successive times <bold>(A)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 0 <bold>(B)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 12 <bold>(C)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 18, and <bold>(D)</bold> <italic>t</italic>&#x0003D;24, with the initial profile at <italic>t</italic>&#x0003D;0 given byequation <italic>U</italic><sub>0</sub>. In numerical simulations we take the discrete space and time steps &#x00394;<italic>x</italic> &#x0003D; 0.1, &#x00394;<italic>t</italic> &#x0003D; 0.01. The deterministic part <italic>U</italic><sub>0</sub> of the stochastic wave is shown by the black curves.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Plot of mean position <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of leading (blue) and trailing (black) edges of pulse as a function of time <italic>t</italic> averaged over <italic>N</italic> &#x0003D; 4096 trials. <bold>(B)</bold> Corresponding plots of the variance &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>). Same parameter values as Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0009.tif"/>
</fig>
<p>In order to find the mean location of the leading or trailing edge of the pulse as a function of time, we numerically carry out a large number of level set position measurements. That is, we determine the positions <italic>X</italic><sub><italic>a</italic></sub>(<italic>t</italic>) such that <italic>U</italic>(<italic>X</italic><sub>a</sub>(<italic>t</italic>),t) &#x0003D; a, for various level set values <italic>a</italic> and then define the mean location to be <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant='double-struck'>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where the expectation is first taken with respect to the sampled values <italic>a</italic> and then averaged over <italic>N</italic> trials. The corresponding variance is given by <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant='double-struck'>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In order to compare the numerical results with our theoretical analysis, we assume that <italic>X</italic><sub><italic>a</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x00394;(<italic>t</italic>) &#x0002B; <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub><italic>t</italic> &#x0002B; <italic>x</italic><sub><italic>a</italic></sub>(0) for each <italic>a</italic> on either the leading or trailing edge. It then follows that x<inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub><italic>t</italic> &#x0002B; <italic>x</italic><sub><italic>a</italic></sub>(0) and &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x02329; &#x00394;(<italic>t</italic>)<sup>2</sup>&#x0232A;. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> we plot the numerically estimated diffusion coefficient for various values of the threshold &#x003BA; and compare these to the corresponding theoretical curves obtained using the above analysis. It can be seen that there is excellent agreement with our theoretical predictions. Finally, note that we can also use the level set data to estimate fluctuations in the width of the pulse. Suppose that <italic>X</italic><sub><italic>d</italic></sub>(<italic>t</italic>) and <italic>Y</italic><sub><italic>d</italic></sub>(<italic>t</italic>) denote the threshold crossing points of the leading and trailing edges of the pulse at time <italic>t</italic>. Then the stochastic width of the pulse can be defined according to <italic>D</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>X</italic><sub><italic>d</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02212; <italic>Y</italic><sub><italic>d</italic></sub>(<italic>t</italic>). We find that after a transient phase, &#x02329;<italic>D</italic>(<italic>t</italic>)<sup>2</sup>&#x0232A; &#x02212; &#x02329;<italic>D</italic>(<italic>t</italic>)&#x0232A;<sup>2</sup> &#x000AB; &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>).</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p><bold>Plot of diffusion coefficient <italic>D</italic>(&#x003B5;) as a function of threshold &#x003BA;.</bold> Numerical results (&#x0201C;&#x0002B;&#x0201D; for leading edge,&#x0201C;X&#x0201D; for trailing edge) are obtained by averaging over <italic>N</italic>&#x0003D;4096 trials starting from the initial condition given by <italic>U</italic><sub>0</sub>. Corresponding theoretical predictions (solid curves) for <italic>D</italic>(&#x003B5;) are based on Equation (44). Other parameters as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>Stimulus-locked pulses</title>
<p>We now add a stimulus term <italic>I</italic> to the stochastic neural field Equation (33), that is
<disp-formula id="E81"><label>(51)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where the stimulus is again a rectangular wave of amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub> and width <italic>d</italic>, moving with speed <italic>v</italic>. Here <italic>h</italic> and d<italic>R</italic> are defined by Equations (34) and (35). The stochastic activity variable is now decomposed according to Equation (37), with &#x003BE; &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; <italic>vt</italic>, and the modified deterministic equation
<disp-formula id="E82"><label>(52)</label><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Through a similar process as in the previous section, we expand to <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003F5;<sup>1/2</sup>) to obtain the inhomogeneous equation
<disp-formula id="E83"><label>(53)</label><mml:math id="M108"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>x is defined as in Equation (40) but with <italic>c</italic><sub>&#x003F5;</sub> &#x02192; v. The solvability condition is now
<disp-formula id="E84"><label>(54)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
This can be manipulated to give, to leading order, the Ornstein&#x02013;Uhlenbeck equation (Gardiner, <xref ref-type="bibr" rid="B29">2009</xref>):
<disp-formula id="E85"><label>(55)</label><mml:math id="M111"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E86"><mml:math id="M112"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E87"><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
Solving the stochastic differential equation in Equation (55) and taking averages shows that &#x02329;&#x00394;(<italic>t</italic>)&#x0232A; &#x0003D; &#x00394;(0)e<sup>&#x02212;<italic>At</italic></sup> and
<disp-formula id="E88"><label>(56)</label><mml:math id="M114"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>D</italic>(&#x003F5;) is given by Equation (44) except for a modified null vector <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus the variance of &#x00394;(<italic>t</italic>) approaches <italic>D</italic>(&#x003F5;)/A in the large <italic>t</italic> limit.</p>
<p>As in the case of freely propagating pulses, we can explicitly solve for <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and thus calculate the diffusion coefficient <italic>D</italic>(&#x003F5;) when <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>U</italic> &#x02212; &#x003BA;) and <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic>. Since the steps are similar to the previous case, we simply present our results here. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> we show the temporal evolution of a single stimulus-locked front, which is obtained by numerically solving the Langevin Equation (51) for <italic>F</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>U</italic> &#x02212; &#x003BA;), <italic>g</italic>(<italic>U</italic>) &#x0003D; <italic>U</italic> and the weight distribution (Equation 4). The external input is taken to be a square pulse of amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 5, width <italic>d</italic> &#x0003D; 5, and speed <italic>v</italic> &#x0003D; 5. Next we determine the mean <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>) of the position of the leading and trailing edges by averaging over level sets along identical lines to the freely-propagating case. The results are shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref>. It can be seen that, as predicted by the analysis, <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> varies linearly with <italic>t</italic> with a slope equal to the stimulus speed <italic>v</italic> &#x0003D; 5. Moreover, the variance &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>) approaches a constant value as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E; for both the trailing and leading edges. Thus, we find that stimulus-locked pulses are much more robust to noise than freely propagating pulses, since the variance of the mean position of the leading and trailing edges saturate as <italic>t</italic>&#x02192; &#x0221E;. Consequently, stimulus locking persists in the presence of noise over most of the parameter range for which stimulus locking is predicted to occur. However, the trailing edge has an asymptotic variance that is at least an order of magnitude larger than the leading edge, which implies that fluctuations in the width of the pulse can no longer be neglected.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p><bold>Numerical simulation showing the propagation of a stimulus-locked pulse solution of the stochastic neural field Equation (51).</bold> The external input is taken to be a square pulse with amplitude <italic>I</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 5, width <italic>d</italic> &#x0003D; 5, and speed <italic>v</italic> &#x0003D; 5. All other parameters are as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>. The wave profile is shown at successive times <bold>(A)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 0 <bold>(B)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 6 <bold>(C)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 12, and <bold>(D)</bold> <italic>t</italic> &#x0003D; 24, with the initial profile at <italic>t</italic> &#x0003D; 0 given by the solution <italic>U</italic><sub>0</sub>. In numerical simulations we take the discrete space and time steps &#x00394;<italic>x</italic> &#x0003D; 0.1,&#x00394;<italic>t</italic> &#x0003D; 0.01.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Plot of mean position <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of leading (blue) and trailing (black) edges of stimulus-locked pulse as a function of time <italic>t</italic> averaged over <italic>N</italic> &#x0003D; 1000 trials. <bold>(B,C)</bold> Corresponding plots of the variance &#x003C3;<sup>2</sup><sub><italic>X</italic></sub>(<italic>t</italic>) of the leading and trailing edges. Same parameter values as Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-06-00090-g0012.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>Discussion</title>
<p>In this paper we have explored the effects of extrinsic noise on propagating pulses in a one-dimensional scalar neural field with asymmetric weights. Such a network has previously been proposed as a continuum model of direction selectivity. We have shown that the effects of noise on the wandering of the mean front position depends on properties of the underlying deterministic pulse. In the case of a freely propagating pulse, we find diffusive wandering with the mean square displacement growing linearly with time <italic>t</italic>. Moreover, in the large time limit, fluctuations in the width of the pulse can be neglected. On the other hand, if the pulse is locked to a moving pulse-like stimulus, then the wandering is described by an Ornstein&#x02013;Uhlenbeck process and the mean square displacement saturates in the long time limit. However, we find that fluctuations in the pulse width can no longer be ignored.</p>
<p>In summary, this paper further illustrates how methods developed for studying wave propagation in stochastic PDEs can be adapted to study wave propagation in stochastic neural fields. As we have previously found for fronts, stimulus-locked waves are more robust to noise, which is a desirable property of a network performing some form of stimulus-processing such as direction selectivity.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Adelson</surname> <given-names>E. H.</given-names></name> <name><surname>Bergen</surname> <given-names>J. R.</given-names></name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Spatiotemporal energy models for the perception of motion</article-title>. <source>J. Opt. Soc. Am</source>. <volume>2</volume>, <fpage>284</fpage>&#x02013;<lpage>299</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">3973762</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Amari</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>1977</year>). <article-title>Dynamics of pattern formation in lateral inhibition type neural fields</article-title>. <source>Biol. Cybern</source>. <volume>27</volume>, <fpage>77</fpage>&#x02013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">911931</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Armero</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Casademunt</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Ramirez-Piscina</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Sancho</surname> <given-names>J. M.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Ballistic and diffusive corrections to front propagation in the presence of multiplicative noise</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>58</volume>, <fpage>5494</fpage>&#x02013;<lpage>5500</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baker</surname> <given-names>P. M.</given-names></name> <name><surname>Bair</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Inter-neuronal correlation distinguishes mechanisms of direction selectivity in cortical circuit models</article-title>. <source>J. Neurosci</source>. <volume>32</volume>, <fpage>8800</fpage>&#x02013;<lpage>8816</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/JNEUROSCI.1155-12.2012</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22745482</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ben-Yishai</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Bar-Or</surname> <given-names>R. L.</given-names></name> <name><surname>Sompolinsky</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Theory of orientation tuning in visual cortex</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A</source>. <volume>92</volume>, <fpage>3844</fpage>&#x02013;<lpage>3848</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">7731993</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bernander</surname> <given-names>O.</given-names></name> <name><surname>Douglas</surname> <given-names>R. J.</given-names></name> <name><surname>Martin</surname> <given-names>K. A. C.</given-names></name> <name><surname>Koch</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <article-title>Synaptic background activity influences spatiotemporal integration in single pyramidal cells</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A</source>. <volume>88</volume>, <fpage>11569</fpage>&#x02013;<lpage>11573</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">1763072</pub-id></citation> 
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brackley</surname> <given-names>C. A.</given-names></name> <name><surname>Turner</surname> <given-names>M. S.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Random fluctuations of the firing rate function in a continuum neural field model</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>75</volume>, <fpage>041913</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.75.041913</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17500927</pub-id></citation> 
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>A green&#x00027;s function approach to analysing the effects of random synaptic background activity in a model neural network</article-title>. <source>J. Phys. A</source> <volume>27</volume>, <fpage>4097</fpage>&#x02013;<lpage>4113</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Traveling fronts and wave propagation failure in an inhomogeneous neural network</article-title>. <source>Physica D</source> <volume>155</volume>, <fpage>83</fpage>&#x02013;<lpage>100</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Stochastic neural field theory and the system-size expansion</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Math</source> <volume>70</volume>, <fpage>1488</fpage>&#x02013;<lpage>1521</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Metastable states and quasicycles in a stochastic Wilson-Cowan model of neuronal population dynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>85</volume>, <fpage>051903</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.82.051903</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21230496</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Spatiotemporal dynamics of continuum neural fields</article-title>. <source>J. Phys. A</source> <volume>45</volume>, <fpage>033001</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J. D.</given-names></name> <name><surname>Golubitsky</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Thomas</surname> <given-names>P. J.</given-names></name> <name><surname>Wiener</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Geometric visual hallucinations, Euclidean symmetry and the functional architecture of striate cortex</article-title>. <source>Phil. Trans. R. Soc. Lond. B</source> <volume>356</volume>, <fpage>299</fpage>&#x02013;<lpage>330</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rstb.2000.0769</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11316482</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name> <name><surname>Webber</surname> <given-names>M. A.</given-names></name></person-group> (<year>2012a</year>). <article-title>Neural field model of binocular rivalry waves</article-title>. <source>J. Comput. Neurosci</source>. <volume>32</volume>, <fpage>233</fpage>&#x02013;<lpage>252</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10827-011-0351-y</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21748526</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name> <name><surname>Webber</surname> <given-names>M. A.</given-names></name></person-group> (<year>2012b</year>). <article-title>Front propagation in stochastic neural fields</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Dyn. Syst</source>. <volume>11</volume>, <fpage>708</fpage>&#x02013;<lpage>740</lpage>.</citation> 
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buice</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J. D.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Field-theoretic approach to fluctuation effects in neural networks</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>75</volume>, <fpage>051919</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.75.051919</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17677110</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buice</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J. D.</given-names></name> <name><surname>Chow</surname> <given-names>C. C.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Systematic fluctuation expansion for neural network activity equations</article-title>. <source>Neural Comput</source>. <volume>22</volume>, <fpage>377</fpage>&#x02013;<lpage>426</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/neco.2009.02-09-960</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19852585</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Camperi</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>X.-J.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>A model of visuospatial short-term memory in prefrontal cortex: recurrent network and cellular bistability</article-title>. <source>J. Comput. Neurosci</source>. <volume>5</volume>, <fpage>383</fpage>&#x02013;<lpage>405</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">9877021</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Coombes</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Waves, bumps and patterns in neural field theories</article-title>. <source>Biol. Cybern</source>. <volume>93</volume>, <fpage>91</fpage>&#x02013;<lpage>108</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00422-005-0574-y</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16059785</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Coombes</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Owen</surname> <given-names>M. R.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Evans functions for integral neural field equations with Heaviside firing rate function.</article-title> <source>SIAM J. Appl. Dyn. Syst</source>. <volume>4</volume>, <fpage>574</fpage>&#x02013;<lpage>600</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Coombes</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Owen</surname> <given-names>M. R.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Bumps, breathers, and waves in a neural network with spike frequency adaptation</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett</source>. <volume>94</volume>, <fpage>148102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.94.148102</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15904116</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Pasquale</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Gorecki</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Poielawski</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>On the stochastic correlations in a randomly perturbed chemical front</article-title>. <source>J. Phys. A</source> <volume>25</volume>, <fpage>433</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ermentrout</surname> <given-names>G. B.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Neural networks as spatio-temporal pattern-forming systems</article-title>. <source>Rep. Prog. Phys</source>. <volume>61</volume>, <fpage>353</fpage>&#x02013;<lpage>430</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ermentrout</surname> <given-names>G. B.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>1979</year>). <article-title>A mathematical theory of visual hallucination patterns</article-title>. <source>Bio. Cybern</source>. <volume>34</volume>, <fpage>137</fpage>&#x02013;<lpage>150</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">486593</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ermentrout</surname> <given-names>G. B.</given-names></name> <name><surname>McLeod</surname> <given-names>J. B.</given-names></name></person-group> (<year>1993</year>). <article-title>Existence and uniqueness of travelling waves for a neural network</article-title>. <source>Proc. R. Soc. Edinburgh A</source> <volume>123</volume>, <fpage>461</fpage>&#x02013;<lpage>478</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Evans</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>1975</year>). <article-title>Nerve axon equations iv: the stable and unstable impulse</article-title>. <source>Indiana Univ. Math. J</source>. <volume>24</volume>, <fpage>1169</fpage>&#x02013;<lpage>1190</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Faugeras</surname> <given-names>O.</given-names></name> <name><surname>Touboul</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Cessac</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>A constructive mean&#x02013;field analysis of multi&#x02013;population neural networks with random synaptic weights and stochastic inputs</article-title>. <source>Front. Compt. Neurosci</source>. <volume>3</volume>:<issue>1</issue>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/neuro.10.001.2009</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19255631</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Folias</surname> <given-names>S. E.</given-names></name> <name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Stimulus&#x02013;locked traveling pulses and breathers in an excitatory neural network</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Math</source>. <volume>65</volume>, <fpage>2067</fpage>&#x02013;<lpage>2092</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gardiner</surname> <given-names>C. W.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <source>Handbook of Stochastic Methods</source>, <edition>4th Edn</edition>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Giese</surname> <given-names>M. A.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <source>Neural Field Theory for Motion Perception</source>. <publisher-loc>Dordrecht</publisher-loc>: <publisher-name>Kluwer Academic Publishers</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Troy</surname> <given-names>W. C.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Laing</surname> <given-names>C. R.</given-names></name> <name><surname>Schiff</surname> <given-names>S. J.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2004</year>). <article-title>Spiral waves in disinhibited mammalian neocortex</article-title>. <source>J. Neurosci</source>. <volume>24</volume>, <fpage>9897</fpage>&#x02013;<lpage>9902</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/JNEUROSCI.2705-04.2004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15525774</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hutt</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Atay</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Analysis of nonlocal neural fields for both general and gamma-distributed connectivities</article-title>. <source>Physica D</source> <volume>203</volume>, <fpage>30</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hutt</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Longtin</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Schimansky-Geier</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Additive noise-induces turing transitions in spatial systems with application to neural fields and the swift-hohenberg equation</article-title>. <source>Physica D</source> <volume>237</volume>, <fpage>755</fpage>&#x02013;<lpage>773</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kapitula</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Kutz</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Sandstede</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>The Evans function for nonlocal equations.</article-title> <source>Indiana Univ. Math. J</source>. <volume>53</volume>, <fpage>1095</fpage>&#x02013;<lpage>1126</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Keener</surname> <given-names>J. P.</given-names></name></person-group> (<year>1981</year>). <article-title>Waves in excitable media</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Math</source>. <volume>39</volume>, <fpage>528</fpage>&#x02013;<lpage>548</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilpatrick</surname> <given-names>Z. P.</given-names></name> <name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2010a</year>). <article-title>Effects of synaptic depression and adaptation on spatiotemporal dynamics of an excitatory neuronal network</article-title>. <source>Physica D</source> <volume>239</volume>, <fpage>547</fpage>&#x02013;<lpage>560</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilpatrick</surname> <given-names>Z. P.</given-names></name> <name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2010b</year>). <article-title>Spatially structured oscillations in a two-dimensional neuronal network with synaptic depression</article-title>. <source>J. Comput. Neurosci</source>. <volume>28</volume>, <fpage>193</fpage>&#x02013;<lpage>209</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10827-009-0199-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19866351</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilpatrick</surname> <given-names>Z. P.</given-names></name> <name><surname>Folias</surname> <given-names>S. E.</given-names></name> <name><surname>Bressloff</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Traveling pulses and wave propagation failure in inhomogeneous neural media</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Dyn. Syst</source>. <volume>7</volume>, <fpage>161</fpage>&#x02013;<lpage>185</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Koch</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Poggio</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Orientation selectivity in the visual cortex?</article-title> in <source>Models of the Visual Cortex</source>, eds <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Rose</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Dobson</surname> <given-names>V. G.</given-names></name></person-group> (<publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>), <fpage>408</fpage>&#x02013;<lpage>419</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kreyszig</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>1978</year>). <source>Introductory Functional Analysis with Applications</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuramoto</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>1984</year>). <source>Chemical Oscillations, Waves and Turbulence</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Laing</surname> <given-names>C. R.</given-names></name> <name><surname>Chow</surname> <given-names>C. C.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>A spiking neuron model for binocular rivalry</article-title>. <source>J. Comput. Neurosci</source>. <volume>12</volume>, <fpage>39</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">11932559</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liley</surname> <given-names>D. J. T.</given-names></name> <name><surname>Cadusch</surname> <given-names>P. J.</given-names></name> <name><surname>Dafilis</surname> <given-names>M. P.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>A spatially continuous mean field theory of electrocortical activity</article-title>. <source>Network</source> <volume>13</volume>, <fpage>67</fpage>&#x02013;<lpage>113</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">11878285</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Maex</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Urban</surname> <given-names>G. A.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Model circuit of spiking neurons generating directional selectivity in simple cells</article-title>. <source>J. Neurophysiol</source>. <volume>75</volume>, <fpage>1515</fpage>&#x02013;<lpage>1545</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">8727395</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mineiro</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Zipser</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Analysis of direction selectivity arising from recurrent cortical interactions</article-title>. <source>Neural Comput</source>. <volume>10</volume>, <fpage>353</fpage>&#x02013;<lpage>371</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">9472486</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Novikov</surname> <given-names>E. A.</given-names></name></person-group> (<year>1965</year>). <article-title>Functionals and the random-force method in turbulence theory</article-title>. <source>Sov. Phys. JETP</source> <volume>20</volume>, <fpage>1290</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nunez</surname> <given-names>P. I.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <source>Neocortical Dynamics and Human EEG Rhythms</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Oxford University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pinto</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Ermentrout</surname> <given-names>G. B.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Spatially structured activity in synaptically coupled neuronal networks: I. Traveling fronts and pulses</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Math</source> <volume>62</volume>, <fpage>206</fpage>&#x02013;<lpage>225</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pinto</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Jackson</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Wayne</surname> <given-names>C. E.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Existence and stability of traveling pulses in a continuous neuronal network</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Dyn. Syst</source>. <volume>4</volume>, <fpage>954</fpage>&#x02013;<lpage>984</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rapp</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Yarom</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Segev</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>The impact of parallel fiber background activity on the cable properties of cerebellar purkinje cells</article-title>. <source>Neural Comput</source>. <volume>4</volume>, <fpage>518</fpage>&#x02013;<lpage>533</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Reichardt</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>1961</year>). <article-title>Autocorrelation, a principle for the evaluation of sensory information by the central nervous system</article-title>, in <source>Sensory Communication</source>, ed <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Rosenblith</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<publisher-loc>Cambridge, MA</publisher-loc>: <publisher-name>MIT Press</publisher-name>), <fpage>303</fpage>&#x02013;<lpage>317</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Richardson</surname> <given-names>K. A.</given-names></name> <name><surname>Schiff</surname> <given-names>S. J.</given-names></name> <name><surname>Gluckman</surname> <given-names>B. J.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Control of traveling waves in the mammalian cortex</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett</source>. <volume>94</volume>, <fpage>028103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.94.028103</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15698234</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Robinson</surname> <given-names>P. A.</given-names></name> <name><surname>Rennie</surname> <given-names>C. J.</given-names></name> <name><surname>Wright</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Bahramali</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Gordon</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Rowe</surname> <given-names>D. I.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Prediction of electroencephalographic spectra from neurophysiology</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>63</volume>, <fpage>021903</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.63.021903</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11308514</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rubin</surname> <given-names>J. E.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>A nonlocal eigenvalue problem for the stability of a traveling wave in a neuronal medium</article-title>. <source>Discrete Contin. Dyn. Syst</source>. <volume>10</volume>, <fpage>925</fpage>&#x02013;<lpage>940</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sagues</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Sancho</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Garcia-Ojalvo</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Spatiotemporal order out of noise</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys</source>. <volume>79</volume>, <fpage>829</fpage>&#x02013;<lpage>882</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sandstede</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Stability of travelling waves</article-title>, in <source>Handbook of Dynamical Systems</source>, <volume>Vol. 2</volume>, ed <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Fiedler</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>North-Holland</publisher-name>), <fpage>983</fpage>&#x02013;<lpage>1055</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sandstede</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Evans functions and nonlinear stability of traveling waves in neuronal network models</article-title>. <source>Int. J. Bifurcation Chaos Appl. Sci. Eng</source>. <volume>17</volume>, <fpage>2693</fpage>&#x02013;<lpage>2704</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saul</surname> <given-names>A. B.</given-names></name> <name><surname>Humphrey</surname> <given-names>A. L.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>Spatial and temporal response properties of lagged and nonlagged cellscells in cat lateral geniculate nucleus</article-title>. <source>J. Neurophysiol</source>. <volume>64</volume>, <fpage>206</fpage>&#x02013;<lpage>224</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">2388066</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schimansky-Geier</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Mikhailov</surname> <given-names>A. S.</given-names></name> <name><surname>Ebeling</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>1983</year>). <article-title>Effects of fluctuations on plane front propagation in bistable nonequilibrium systems</article-title>. <source>Ann. Phys</source>. <volume>40</volume>, <fpage>277</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Somers</surname> <given-names>D. C.</given-names></name> <name><surname>Nelson</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Sur</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>An emergent model of orientation selectivity in cat visual cortical simple cells</article-title>. <source>J. Neurosci</source>. <volume>15</volume>, <fpage>5448</fpage>&#x02013;<lpage>5465</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">7643194</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Steyn-Ross</surname> <given-names>M. L.</given-names></name> <name><surname>Steyn-Ross</surname> <given-names>D. A.</given-names></name> <name><surname>Sleigh</surname> <given-names>J. W.</given-names></name> <name><surname>Whiting</surname> <given-names>D. R.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Theoretical predictions for spatial covariance of the electroencephalographic signal during the anesthetic-induced phase transition: increased correlation length and emergence of spatial self-organization</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>68</volume>, <fpage>021902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.68.021902</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14525001</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suarez</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Koch</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Douglas</surname> <given-names>R. J.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Modeling direction selectivity of simple cells in striate visual cortex using the canonical microcircuit</article-title>. <source>J. Neurosci</source>. <volume>15</volume>, <fpage>6700</fpage>&#x02013;<lpage>6719</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">7472430</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>van Santen</surname> <given-names>J. P.</given-names></name> <name><surname>Sperling</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Elaborated reichardt detectors</article-title>. <source>J. Opt. Soc. Am. A</source> <volume>256</volume>, <fpage>300</fpage>&#x02013;<lpage>320</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">3973763</pub-id></citation> 
</ref>
<ref id="B64">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wilson</surname> <given-names>H. R.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J. D.</given-names></name></person-group> (<year>1972</year>). <article-title>Excitatory and inhibitory interactions in localized populations of model neurons</article-title>. <source>Biophys. J</source>. <volume>12</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(72)86068-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">4332108</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B65">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wilson</surname> <given-names>H. R.</given-names></name> <name><surname>Cowan</surname> <given-names>J. D.</given-names></name></person-group> (<year>1973</year>). <article-title>A mathematical theory of the functional dynamics of cortical and thalamic nervous tissue</article-title>. <source>Kybernetik</source> <volume>13</volume>, <fpage>55</fpage>&#x02013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.visres.2007.12.013</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18234273</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B66">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xie</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Giese</surname> <given-names>M. A.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Nonlinear dynamics of direction-selective recurrent neural media</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>65</volume>, <fpage>051904</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.65.051904</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12059590</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B67">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Representation of spatial orientation by the intrinsic dynamics of the head-direction cell ensemble: a theory</article-title>. <source>J. Neurosci</source>. <volume>16</volume>, <fpage>2112</fpage>&#x02013;<lpage>2126</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">8604055</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B68">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>On the stability of traveling wave solutions in synaptically coupled neuronal networks</article-title>. <source>Diff. Integral Equat</source>. <volume>16</volume>, <fpage>513</fpage>&#x02013;<lpage>536</lpage>.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>
