<?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.2017.00018</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Neuroscience</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Bifurcation Analysis on Phase-Amplitude Cross-Frequency Coupling in Neural Networks with Dynamic Synapses</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Sase</surname> <given-names>Takumi</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/260792/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Katori</surname> <given-names>Yuichi</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/56749/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Komuro</surname> <given-names>Motomasa</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Aihara</surname> <given-names>Kazuyuki</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/73916/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo</institution> <country>Tokyo, Japan</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Institute of Industrial Science, The University of Tokyo</institution> <country>Tokyo, Japan</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>The School of Systems Information Science, Future University Hakodate</institution> <country>Hokkaido, Japan</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Center for Fundamental Education, Teikyo University of Science</institution> <country>Yamanashi, Japan</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Carlo Laing, Massey University, New Zealand</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Joaqu&#x000ED;n J. Torres, University of Granada, Spain; Gennady Cymbalyuk, Georgia State University, USA</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Takumi Sase <email>sase&#x00040;sat.t.u-tokyo.ac.jp</email></p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>30</day>
<month>03</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>18</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>23</day>
<month>08</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>13</day>
<month>03</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Sase, Katori, Komuro and Aihara.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Sase, Katori, Komuro and Aihara</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>We investigate a discrete-time network model composed of excitatory and inhibitory neurons and dynamic synapses with the aim at revealing dynamical properties behind oscillatory phenomena possibly related to brain functions. We use a stochastic neural network model to derive the corresponding macroscopic mean field dynamics, and subsequently analyze the dynamical properties of the network. In addition to slow and fast oscillations arising from excitatory and inhibitory networks, respectively, we show that the interaction between these two networks generates phase-amplitude cross-frequency coupling (CFC), in which multiple different frequency components coexist and the amplitude of the fast oscillation is modulated by the phase of the slow oscillation. Furthermore, we clarify the detailed properties of the oscillatory phenomena by applying the bifurcation analysis to the mean field model, and accordingly show that the intermittent and the continuous CFCs can be characterized by an aperiodic orbit on a closed curve and one on a torus, respectively. These two CFC modes switch depending on the coupling strength from the excitatory to inhibitory networks, via the saddle-node cycle bifurcation of a one-dimensional torus in map (MT1SNC), and may be associated with the function of multi-item representation. We believe that the present model might have potential for studying possible functional roles of phase-amplitude CFC in the cerebral cortex.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>phase-amplitude cross-frequency coupling</kwd>
<kwd>dynamic synapse</kwd>
<kwd>excitatory and inhibitory networks</kwd>
<kwd>mean field model</kwd>
<kwd>bifurcation analysis</kwd>
<kwd>MT1SNC bifurcation</kwd>
<kwd>discrete-time neuron model</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="12"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="57"/>
<ref-count count="64"/>
<page-count count="19"/>
<word-count count="11771"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Neurons in the brain, process information through diverse neural dynamics emergent from interactions among neurons via synapses. How neural networks formed by the interactions can generate functional dynamics, such as oscillatory or synchronized activity and more specifically, cross-frequency coupling (CFC), largely remains to be explored.</p>
<p>A variety of oscillatory phenomena in the brain have been studied often through the measurement of the local field potential or an electroencephalogram, both of which include macroscopic information of neural networks (cell assemblies), different from single-unit recordings. The recorded macroscopic neural activity can provide useful indices of distinctive brain functions, where such indices show a possibility that the oscillatory phenomena correlate with the brain functions (Buzs&#x000E1;ki and Draguhn, <xref ref-type="bibr" rid="B7">2004</xref>). Further, the recorded neural activity represents various types of oscillatory waveforms and can be categorized according to the frequency, whose bands, for example, theta and gamma bands, can temporally coexist in the same or different brain regions (Steriade, <xref ref-type="bibr" rid="B54">2001</xref>; Csicsvari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2003</xref>). Among the sorted frequency bands, neighboring bands recorded in the same brain region may differ with the brain functions (Klimesch, <xref ref-type="bibr" rid="B28">1999</xref>; Kopell et al., <xref ref-type="bibr" rid="B30">2000</xref>; Engel et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2001</xref>; Csicsvari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2003</xref>). The oscillatory frequency is nearly inversely proportional to the power in general as observed from the power spectrum (Freeman et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2000</xref>). This inversely proportional property of the power suggests that spatially widespread slow oscillations can modulate the local neural activity (Steriade, <xref ref-type="bibr" rid="B54">2001</xref>; Csicsvari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2003</xref>; Sirota et al., <xref ref-type="bibr" rid="B53">2003</xref>). Specifically, when the slow and fast oscillatory components interact with each other, CFC phenomena emerge.</p>
<p>The mechanism underlying the oscillatory phenomena is thought to be based on the following three elements: neurons, synapses, and connectivity, all of which are necessary to constitute neural networks and to generate diverse macroscopic oscillations such that sensory input reflecting external environmental input can be correctly encoded in the oscillations.</p>
<p>First, a neuron generates spike trains stochastically and irregularly; that is, the neuron itself may not possess the reliability to generate clear rhythms, although evidence that a single neuron can produce different rhythms has been obtained on the other hand. There exist, at least, two types of neurons in the cerebral cortex, namely, excitatory and inhibitory neurons, which exhibit different response properties (Lux and Pollen, <xref ref-type="bibr" rid="B33">1966</xref>; Connors et al., <xref ref-type="bibr" rid="B12">1982</xref>; Connors and Gutnick, <xref ref-type="bibr" rid="B11">1990</xref>; Kawaguchi and Kubota, <xref ref-type="bibr" rid="B27">1997</xref>; Nowak et al., <xref ref-type="bibr" rid="B46">2003</xref>; Tateno et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2004</xref>). In particular, an excitatory neuron typically shows a low firing rate whereas an inhibitory neuron shows a high firing rate (Tateno et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2004</xref>).</p>
<p>The second fundamental element for the oscillatory phenomena is a synapse, intermediating between neurons with its transmission efficacy. It had been considered that the synaptic efficacy is nearly constant over time or changing very slowly; more specifically, peaks of the synaptic current, induced by releases of neurotransmitters from presynaptic vesicles, had been thought to be independent of the timing of neural firings. During the last few decades, many reports have shown, however, that synapses involve fast plasticity mechanisms, enabling neurons with such synapses to generate more flexible dynamics compared to those with &#x02018;static&#x02019; synapses. In particular, synapses that exhibit rapid changes in the coupling strength between neurons with a short-term plasticity mechanism are called dynamic synapses (Markram and Tsodyks, <xref ref-type="bibr" rid="B36">1996</xref>; Markram et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">1998</xref>; Thomson, <xref ref-type="bibr" rid="B56">2000</xref>; Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">2006</xref>). Two types of dynamic synapses exist, namely, short-term depression and facilitation synapses, which are characterized by the transiently decreasing ratio of releasable neurotransmitters and by the transiently increasing calcium concentration in presynaptic terminals, respectively. The synaptic transmission efficacy decreases or increases depending on the ratio of the two time constants associated with the recovery from the aforementioned transient decrease or increase (Markram et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">1998</xref>; Thomson, <xref ref-type="bibr" rid="B56">2000</xref>). The distribution of the dynamic synapses in the brain differs among brain regions. For example, many depression synapses appear in the parietal lobe, while many facilitation synapses appear in the prefrontal lobe (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">2006</xref>).</p>
<p>The third element for generating the oscillatory phenomena is connectivity, which enables neurons to interact with each other and to form a neural network via synapses. Although each neuron fires stochastically and the resulting spike trains do not show clear rhythmicity, the neural network can macroscopically generate rhythmic oscillations. When excitatory neurons aggregate to be structured as a cell assembly receiving input from inhibitory neurons, rhythmic dynamics on networks macroscopically appears and possesses reliability (Yoshimura et al., <xref ref-type="bibr" rid="B64">2005</xref>). In particular, interactions between two types of networks, i.e., excitatory and inhibitory networks, would underlie the emergence of CFC (Aru et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2015</xref>; Hyafil et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>). Notably, a network composed of the excitatory and inhibitory subnetworks can generate either slow or fast oscillations. Thus, the interaction between this network and another, which is also composed of the excitatory and inhibitory subnetworks, can be one origin of CFC; this coupling structure has been called as bidirectional coupling (Hyafil et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>).</p>
<p>Here, stochastic neural network models have been utilized to elucidate the relationship between irregular spike trains and rhythmic macroscopic oscillations. The process of the macroscopic oscillations generated from such irregular dynamics can be explained by a network receiving the following two types of input: strong external noise and strong recurrent inhibition (Brunel and Hakim, <xref ref-type="bibr" rid="B5">1999</xref>; Brunel and Wang, <xref ref-type="bibr" rid="B6">2003</xref>). The fast repetition of such noisy input causes short-term synaptic depression, and then, the network induces the destabilization of attractors (Cortes et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2006</xref>) and chaotic oscillations (Marro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B38">2007</xref>).</p>
<p>Additionally, the stochastic neural network models with dynamic synapses have been intensively investigated. Synaptic depression triggers a large fluctuation in sustained periods between the up and down states (Mejias et al., <xref ref-type="bibr" rid="B41">2010</xref>), and the level of the synaptic depression changes the property of the sustained activities of these two different states (Benita et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2012</xref>). Moreover, the synaptic depression contributes to the destabilization of network activity, the generation of an oscillatory state, and the spontaneous state transitions among multiple patterns in an associative memory network (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">2013</xref>). Additionally, the synaptic depression can be a suitable mechanism to explain critical avalanches in self-organized neural networks (Bonachela et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2010</xref>). On the other hand, synaptic facilitation enhances the working memory function (Mongillo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B45">2008</xref>). Both synaptic depression and facilitation are related to the storage capacity of attractor neural networks (Bibitchkov et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2002</xref>; Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B60">2002</xref>; Matsumoto et al., <xref ref-type="bibr" rid="B39">2007</xref>; Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B43">2009</xref>; Otsubo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B47">2011</xref>; Mejias et al., <xref ref-type="bibr" rid="B40">2012</xref>). Bibitchkov et al. have shown that depression synapses may reduce the storage capacity (Bibitchkov et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2002</xref>). Torres et al. investigated this negative effect of depression synapses on the storage capacity in general (Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B60">2002</xref>). However, Matsumoto et al. argued that the storage capacity is not influenced by synaptic depression, when noise is not considered in the network (Matsumoto et al., <xref ref-type="bibr" rid="B39">2007</xref>). Otsubo et al. reported that a network with both depression synapses and the noise would reduce the storage capacity (Otsubo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B47">2011</xref>). Then, Mejias and Torres found that the combination of depression and facilitation synapses can enhance the storage capacity (Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B43">2009</xref>) and furthermore, Mejias et al. generated phase diagrams, indicating that synaptic facilitation enlarges the memory phase region (Mejias et al., <xref ref-type="bibr" rid="B40">2012</xref>). Further, dynamic synapses play a role in stochastic resonance, where a weak input signal to a network can be detected in an output signal under certain conditions (Pantic et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2003</xref>; Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B42">2008</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">2011</xref>; Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">2011</xref>; Pinamonti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B50">2012</xref>; Torres and Marro, <xref ref-type="bibr" rid="B58">2015</xref>). Pantic et al. have shown that a neuron with depression synapses is capable of detecting noisy input signals with a wider frequency range, compared to one with static synapses, under a certain firing threshold (Pantic et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2003</xref>). Mejias and Torres found that the inclusion of facilitation dynamics in depression synapses would enhance the detection performance (Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B42">2008</xref>). Moreover, they have shown that such combination of depression and facilitation synapses can generate two suitable noise levels to detect input signals; where it has been argued that this bimodal resonance is caused by the interplay between the adaptively varying firing threshold and the dynamic synapses (Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B44">2011</xref>). Torres et al. demonstrated that a model with this interplay can predict experimental data of stochastic resonance (Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">2011</xref>). Furthermore, Pinamonti et al. demonstrated that stochastic resonance is well enhanced near phase transitions among patterns in an associative memory network (Pinamonti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B50">2012</xref>). Then, Torres and Marro generated a detailed phase diagram embedding many patterns associated with stochastic resonance, such that multiple noise levels are well responsible for optimizing input signals (Torres and Marro, <xref ref-type="bibr" rid="B58">2015</xref>). Additionally, it has been reported that the combination of depression and facilitation synapses contributes to flexible information representation, from the viewpoint of both data analysis and mathematical modeling (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2011</xref>).</p>
<p>In particular, the stochastic neural network models and the corresponding mean field models have been effectively used for analyzing the properties of neural networks, including those with dynamic synapses (Pantic et al., <xref ref-type="bibr" rid="B49">2002</xref>; Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B57">2007</xref>; Igarashi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2010</xref>; Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>). While Pantic et al. and Torres et al. have derived mean field models by taking the population average, with respect to stochastic variables, based on the assumption of ergodicity (Pantic et al., <xref ref-type="bibr" rid="B49">2002</xref>; Torres et al., <xref ref-type="bibr" rid="B57">2007</xref>), Igarashi et al. and Katori et al. have recently introduced dynamic mean field theory in which two types of mean field models, i.e., microscopic and macroscopic mean field models, are in turn derived (Igarashi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2010</xref>; Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>).</p>
<p>However, one of the key oscillatory phenomena, CFC described above, has not been well understood, although this coupling phenomenon could contribute to complex information processing in the brain, thanks to the presence of oscillations with two different timescales. On the other hand, much attention to phase-amplitude CFC has been attracted, because it has been suggested that this kind of CFC plays a crucial role in adjusting neural communications among distant brain regions (Canolty et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2006</xref>; Jansen and Colgin, <xref ref-type="bibr" rid="B22">2007</xref>; Canolty and Knight, <xref ref-type="bibr" rid="B9">2010</xref>). To elucidate possible mechanisms generating the CFC, the continuous-time neuron models have been investigated so far (Malerba and Kopell, <xref ref-type="bibr" rid="B34">2012</xref>; Fontolan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2013</xref>), but little is known about discrete-time neuron models, which have been shown to be suitable for simulating, reproducing, and predicting neural phenomena in the brain (Rulkov, <xref ref-type="bibr" rid="B52">2002</xref>; Ibarz et al., <xref ref-type="bibr" rid="B20">2011</xref>). Thus, in this study, we extend the previously proposed discrete-time network model (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>), which only includes excitatory neurons, to that including also inhibitory neurons, and clarify the bifurcation structure underlying the phase-amplitude CFC.</p>
<p>In this study, we hypothesize that the CFC is generated by the bidirectional coupling between the two subnetworks as described above, where one subnetwork includes an excitatory population while the other includes an inhibitory population, both of which receive input from another excitatory or inhibitory population and generate slow or fast oscillations (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1A</xref>) (White et al., <xref ref-type="bibr" rid="B63">2000</xref>; Kramer et al., <xref ref-type="bibr" rid="B31">2008</xref>; Roopun et al., <xref ref-type="bibr" rid="B51">2008</xref>; Hyafil et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>). Each subnetwork can be regarded as a pure excitatory or a pure inhibitory network because the unidirectional input may be equivalent to change of the neural firing threshold. Therefore, hereinafter, we call the above two subnetworks as an excitatory network/subnetwork and an inhibitory network/subnetwork, respectively, for the sake of simplicity (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1A</xref>). Accordingly, we focus on a stochastic network composed of excitatory and inhibitory neurons with dynamic synapses. Furthermore, the proposed model considers the decay process of the synaptic current. We analyze a macroscopic mean field model reproducing the overall network dynamics associated with the stochastic model. Upon the adjustment of parameters specifying the properties of the synaptic current and dynamic synapses, rich bifurcation structures of the network dynamics are expected to be found. In the following sections, first, we describe a network model with stochastic neurons connected via dynamic synapses. Then, we derive a macroscopic mean field model capturing the macroscopic dynamics of the network model. Subsequently, we analyze the bifurcation structures of the present model and illustrate various solutions included in the dynamical systems of not only an excitatory or an inhibitory network, but also a network composed of both the excitatory and the inhibitory subnetworks. Finally, we discuss the dynamical properties revealed from the standpoint of neuroscience, and consider possible future directions of this research.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p><bold>A hypothesis of emergent dynamics considered in the present model</bold>. <bold>(A)</bold> The cross-frequency coupling (CFC) phenomena can emerge by the bidirectional coupling between networks 1 and 2, both of which consist of excitatory and inhibitory neurons interacting via dynamic synapses and generate either slow or fast oscillations. In network 1 (2), an excitatory (inhibitory) population, indicated by the red filled triangles (the blue filled circles), receives its recurrent connection and input from either another excitatory or inhibitory population. Network 1 (2) is equivalent to a pure excitatory (inhibitory) network since the input can be regarded as external input, depicted in the red (blue) arrows. <bold>(B)</bold> A mechanism of synaptic transmission with short-term plasticity. The action potential (&#x02460;) of the presynaptic neuron causes a transient decrease in the releasable neurotransmitters and a transient increase in the calcium concentration (&#x02461;) and triggers the synaptic current (&#x02462;) on the postsynaptic membrane. If many action potentials arrive successively, and time constants of the transient decrease and increase differ considerably, the synaptic current reflects the property of the dynamic synapses, namely, short-term synaptic depression or facilitation.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="materials and methods" id="s2">
<title>2. Materials and methods</title>
<p>This section consists of three parts. The first part describes the mechanism of signal transmission on synapses with short-term plasticity. The second part explains the stochastic model, composed of excitatory and inhibitory binary neurons and dynamic synapses. The third part introduces the mean field theory in which the stochastic model is converted into the corresponding microscopic and macroscopic mean field models. The microscopic mean field approximation is used for extracting the average neural activity on realization of stochastic variables. In contrast, the macroscopic mean field approximation is used for extracting the average neural activity over population dynamics, and thereby, a low-dimensional discrete-time dynamical system is derived, such that we can identify bifurcation structures.</p>
<sec>
<title>2.1. Mechanism of synaptic transmission</title>
<p>Here, we describe the signal transmission mechanism on dynamic synapses with the short-term plasticity. This mechanism can be explained by the following three processes (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1B</xref>): First, an action potential is generated on the presynaptic neuron and transmitted to the terminals of the synapses (&#x02460;). Second, voltage-dependent calcium channels are opened by the action potential, and calcium ions flow into the synaptic terminals via the channels (&#x02461;). Third, chemical reactions with these calcium ions cause the fusion of the presynaptic membrane and synaptic vesicles, including neurotransmitters, which are released into the synaptic cleft. The released neurotransmitters attach to the postsynaptic membrane, and then, a synaptic current is generated (&#x02462;). The amplitude of the synaptic current decays with a certain time constant, dependent on the properties of the postsynaptic receptors.</p>
<p>Arrival of many action potentials within a short period of time causes a transient decrease or increase in the efficacy of the synaptic transmission. This is because of changes in the amount of neurotransmitters and in the calcium concentration in the presynaptic terminal. Finally, the synaptic vesicles are retrieved and the neurotransmitters are restored in the reusable synaptic vesicles (Markram and Tsodyks, <xref ref-type="bibr" rid="B36">1996</xref>; Markram et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">1998</xref>; Thomson, <xref ref-type="bibr" rid="B56">2000</xref>; Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">2006</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Model</title>
<p>We consider a discrete-time neural network model composed of the excitatory (E) and the inhibitory (I) subnetworks, which consist of <italic>N</italic><sub>E</sub> excitatory and <italic>N</italic><sub>I</sub> inhibitory neurons, respectively. The state of the <italic>i</italic>th neuron belonging to the network &#x003BE; (&#x003BE;&#x02208;{E, I}) at time <italic>t</italic>, denoted by <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, indicates either a quiescent state <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or an active state <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The state of the neuron is stochastically determined by total input for the neuron. This stochasticity is reflecting the biologically observed noisy neural activity. The evolution of the neuronal state is described as follows:</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>Prob</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">tanh</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with &#x003B7;&#x02208;{E, I|&#x003B7;&#x02260;&#x003BE;}. The variables <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent the total input for the <italic>i</italic>th neuron on network &#x003BE; and the synaptic activity with short-term plasticity, respectively; 1/&#x003B2;<sup>&#x003BE;</sup> &#x0003D; <italic>T</italic><sup>&#x003BE;</sup> denotes the noise intensity; <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <italic>I</italic><sup>&#x003BE;</sup> indicate the weight of the recurrent coupling from the <italic>j</italic>th neuron to the <italic>i</italic>th neuron on network &#x003BE;, the weight of the unidirectional coupling from the <italic>j</italic>th neuron on network &#x003B7; to the <italic>i</italic>th neuron on network &#x003BE;, and the external input, respectively.</p>
<p>The signal transmission mechanism in synapses with the short-term plasticity can be modeled by the synaptic activity <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and two variables, <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, denoting the ratio of releasable neurotransmitters and the calcium concentration, respectively. The synaptic activity, <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, increases with the presynaptic neural activity. This increase is proportional to the product of <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which represents the synaptic transmission efficacy (Markram et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">1998</xref>; Mongillo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B45">2008</xref>; Mejias and Torres, <xref ref-type="bibr" rid="B43">2009</xref>). If there is no synaptic activation, <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> converges to its steady state <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> with the time constant <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The ratio <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of releasable neurotransmitters decreases with the presynaptic activation; this decrease is proportional to <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> returns to its steady state <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> with the time constant <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The variable <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increases when a presynaptic neuron is activated, and returns to its steady state <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with the time constant <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>; this increase is proportional to <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The dynamics described above is summarized as follows:</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the ratio <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> determines whether the plasticity is short-term depression or facilitation (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">2006</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3. Mean field theory</title>
<p>The dynamic mean field model was developed according to the following two steps: In the first step, a microscopic mean field model is derived from the stochastic model by taking the expectation (noise average), with respect to each variable. This expectation cannot be replaced with the population or time average. In the second step, a macroscopic mean field model is derived from the microscopic model by taking the average over the population. By assuming that the recurrent network is fully connected via synapses with the coupling strength of the order of 1/<italic>N</italic><sub>&#x003BE;</sub>, we obtain an eight-dimensional discrete-time dynamical system, not dependent on the number of neurons, <italic>N</italic><sub>&#x003BE;</sub>.</p>
<p>First, Equations (1) and (2) are converted into the following forms:</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the notation, &#x02329;&#x000B7;&#x0232A;, indicates the noise average. Similarly, the following equations, corresponding to Equations (3) to (5), are obtained:</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, we assume that <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are of the order of 1/<italic>N</italic><sub>&#x003BE;</sub> and 1/<italic>N</italic><sub>&#x003B7;</sub>, respectively; therefore, the correlation between <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is negligible when <italic>N</italic><sub>&#x003BE;</sub> &#x02192; &#x0221E; (Igarashi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2010</xref>). Likewise, the correlation between <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> approaches zero as <italic>N</italic><sub>&#x003BE;</sub> &#x02192; &#x0221E;. Furthermore, in a previous study, it has been found that the correlation between <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is negligible when the number of neurons is sufficiently large (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>), while it has been reported that the independence of <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is maintained, if there is no facilitation (Tsodyks et al., <xref ref-type="bibr" rid="B61">1998</xref>). Consequently, we assume the following for simplicity:</p>
<disp-formula id="E12"><label>(11)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(12)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By using these relations, we obtain the following microscopic mean field model:</p>
<disp-formula id="E14"><label>(13)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E16"><label>(14)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E17"><label>(15)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E18"><label>(16)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we have set <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
<p>We represent the fixed point of the microscopic mean field model as <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00100;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The fixed point for Equations (14) to (16) is obtained as follows:</p>
<disp-formula id="E20"><label>(17)</label><mml:math id="M65"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00100;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E21"><label>(18)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><label>(19)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using these equations, we obtain the value <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at the fixed point as follows:</p>
<disp-formula id="E24"><label>(20)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We derive a macroscopic mean field model by considering a network with all-to-all connections, where the weights <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are given as follows:</p>
<disp-formula id="E25"><label>(21)</label><mml:math id="M73"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E26"><label>(22)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the parameters specifying the strength of the uniform connections. Because of this synaptic connection uniformity, the variables <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can be substituted with their respective population averages <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The macroscopic mean field model for a network with uniform connections is given as follows:</p>
<disp-formula id="E27"><label>(23)</label><mml:math id="M85"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E28"><label>(24)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E29"><label>(25)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E30"><label>(26)</label><mml:math id="M88"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E31"><label>(27)</label><mml:math id="M89"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E32"><label>(28)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E33"><label>(29)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E34"><label>(30)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the state vector &#x003A9;(<italic>t</italic>) defined as follows:</p>
<disp-formula id="E35"><label>(31)</label><mml:math id="M93"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As shown in the Results section, the dynamic mean field model is consistent with the simulation on the stochastic model.</p>
<p>By modifying Equation (20), the fixed point for the macroscopic mean field model can be calculated as follows:</p>
<disp-formula id="E37"><label>(32)</label><mml:math id="M95"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E38"><label>(33)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E40"><label>(34)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>F</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>After solving the above equations simultaneously, we obtain the values <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at the fixed point. By substituting <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> into the following fixed point equations,</p>
<disp-formula id="E41"><label>(35)</label><mml:math id="M103"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00100;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E42"><label>(36)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E43"><label>(37)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>we obtain the values <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00100;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at the fixed point. Because nonlinear simultaneous equations cannot generally be solved analytically due to the function <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we use Newton&#x00027;s method to numerically obtain the fixed point in the Results section.</p>
<p>We analyze the stability of the fixed point with small deviations, <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, around the fixed point as follows:</p>
<disp-formula id="E44"><label>(38)</label><mml:math id="M114"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E45"><label>(39)</label><mml:math id="M115"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00100;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E46"><label>(40)</label><mml:math id="M116"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E47"><label>(41)</label><mml:math id="M117"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0016A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By neglecting the higher order components, we obtain the following locally linearized equation:</p>
<disp-formula id="E48"><label>(42)</label><mml:math id="M118"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>K</italic> denotes the following Jacobian matrix:</p>
<disp-formula id="E49"><label>(43)</label><mml:math id="M119"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and each element of this matrix is given as follows:</p>
<disp-formula id="E50"><label>(44)</label><mml:math id="M120"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E51"><label>(45)</label><mml:math id="M121"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E52"><label>(46)</label><mml:math id="M122"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tanh</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E53"><label>(47)</label><mml:math id="M123"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Furthermore, the remaining elements of matrix <italic>K</italic> are given as follows:</p>
<disp-formula id="E54"><label>(48)</label><mml:math id="M124"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E55"><label>(49)</label><mml:math id="M125"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E56"><label>(50)</label><mml:math id="M126"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E57"><label>(51)</label><mml:math id="M127"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E58"><label>(52)</label><mml:math id="M128"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E59"><label>(53)</label><mml:math id="M129"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E60"><label>(54)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E61"><label>(55)</label><mml:math id="M131"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E62"><label>(56)</label><mml:math id="M132"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and other elements are zeroes. We numerically analyze the stability of the fixed point by eigenvalue analysis with this Jacobian matrix.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.4. Slice analysis</title>
<p>We use the slice analysis developed by Komuro et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>), to elucidate the bifurcations of quasi-periodic oscillations arising from the proposed model. Mathematically, a slice with a width of &#x003F5; is defined here as</p>
<disp-formula id="E63"><label>(57)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x0211D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">dist</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where dist(&#x000B7;, &#x000B7;) denotes the Euclidean distance between a point of the state vector &#x003A9;(<italic>t</italic>) (Equation 31) and a codimension-one plane &#x003A3;, called &#x0201C;section&#x0201D; (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Here, to differentiate a trajectory in the state space from one in the section qualitatively, we introduce the following two useful terms: a <italic>d</italic>-dimensional torus in map (MT<italic>d</italic>) and a <italic>d</italic>-dimensional torus in section (ST<italic>d</italic>) (Kamiyama et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2014</xref>; Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Accordingly, for example, an MT1 (a closed curve) and an MT2 (a two-dimensional torus) are converted into an ST0 (an isolated point) and an ST1 (a closed curve), respectively, via the slice (Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>). Because the bifurcation of MT<italic>d</italic> can be interpreted as that of ST(<italic>d</italic> &#x02212; 1) almost equivalently, we apply the conventional bifurcation theory to ST<italic>d</italic> in order to consider its bifurcations as well as those of MT<italic>d</italic> (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p><bold>A schematic definition of the ST0 and ST1 converted from the MT1 and MT2 via the slice (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29"><bold>2016</bold></xref>)</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0002.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>3. Results</title>
<p>In this section, we analyze a variety of bifurcation structures arising from the proposed model by considering <inline-formula><mml:math id="M134"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M136"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003B7;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <italic>I</italic><sup>&#x003BE;</sup>, and <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to be bifurcation parameters and <italic>T</italic><sup>&#x003BE;</sup> and <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to be constants; we set <italic>T</italic><sup>&#x003BE;</sup> &#x0003D; 0.8 and <inline-formula><mml:math id="M139"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively, because the activation function <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> used here is an idealized sigmoid form different from the experimentally known frequency-current relationship (Tateno et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2004</xref>) and <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">se</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> merely determines the steady value of the calcium concentration. The bifurcation analysis focuses on two types of dynamic synapses, namely short-term depression (<inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0226B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and facilitation (<inline-formula><mml:math id="M143"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0226A;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) synapses, where <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> has been fixed at 70 and <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> ranges between 1 and 140 for the sake of simplicity. In this study, first, we individually investigate an excitatory and an inhibitory networks, by setting <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the excitatory network and <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the inhibitory network. Next, we analyze a network composed of both the excitatory and the inhibitory subnetworks. Throughout the study, when the stochastic model is simulated to be compared with the corresponding macroscopic mean field model, we use <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. In the following, we omit the superscripts attached to the variables and the parameters for the sake of simplicity when examining the aforementioned two networks independently.</p>
<p>To help the readers to understand the bifurcation analysis results below, we summarize the Result section briefly here referring to Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>&#x02013;<bold>12</bold>. First, we analyze the excitatory and inhibitory networks independently, so that a parameter space generating the oscillatory state becomes clear (Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>, <bold>5</bold>). The oscillation on the inhibitory network is faster than that on the excitatory network (Figure <bold>6</bold>), and the frequency of both oscillations changes depending on parameters <italic>I</italic>, &#x003C4;<sub>a</sub>, and &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> (Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>, <bold>5</bold>). Next, we analyze a network composed of the above two subnetworks, so that a parameter space generating two types of phase-amplitude CFCs becomes clear (<bold>Figure 7</bold>). The two CFC modes differ in the underlying attractors (<bold>Figures 8</bold>, <bold>10</bold>, <bold>11</bold>) and in the modulation properties (<bold>Figure 12</bold>), depending on parameters <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (<bold>Figure 7</bold>), but this coupling phenomenon disappears if inhibitory input is large enough (<bold>Figures 7</bold>, <bold>9</bold>). While these analyses are applied to the macroscopic mean field model, the stochastic model also yields the consistent results (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>).</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>A dynamical qualitative change between the excitatory and the inhibitory networks with dynamic synapses</bold>. <bold>(A)</bold> (<italic>J</italic><sub>0</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram. The OSE and the OSI regions appear from the steady state region via the NS bifurcation set. The oscillation on the OSI region is faster than that on the OSE region. <bold>(B)</bold> The bifurcation diagram and the corresponding oscillatory period, with respect to the non-negative coupling strength (<italic>J</italic><sub>0</sub> &#x02265; 0). A set of stable fixed points is indicated by the solid curve, while a set of unstable fixed points is indicated by the dashed curve. The OSE state is indicated by the dotted orbits with open circles, which represent their maximal and minimal values. <bold>(C)</bold> The bifurcation diagram and the corresponding oscillatory period, with respect to the negative coupling strength (<italic>J</italic><sub>0</sub> &#x0003C; 0). In <bold>(B,C)</bold>, the steady state, and the OSE or the OSI state, are exchanged via the NS bifurcation point, indicated by the filled circles. <bold>(D)</bold> (&#x003C4;<sub>a</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram for the OSE state. <bold>(E)</bold> (&#x003C4;<sub>a</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram for the OSI state. The oscillatory period in both the OSE and the OSI regions changes depending on &#x003C4;<sub>a</sub> and <italic>I</italic>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p><bold>A comparison between typical bifurcation diagrams generated from the stochastic (red) and the macroscopic (blue) mean field models</bold>. <bold>(A)</bold> The bifurcation diagram and the corresponding oscillatory period, with respect to the non-negative coupling strength (<italic>J</italic><sub>0</sub> &#x02265; 0). <bold>(B)</bold> The bifurcation diagram and the corresponding oscillatory period, with respect to the negative coupling strength (<italic>J</italic><sub>0</sub> &#x0003C; 0). The formats of <bold>(A,B)</bold> for the macroscopic mean field model are the same as those in Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3B,C</xref>, respectively. The red open circles indicate maximal and minimal values of the OSE state for <bold>(A)</bold>, those of the OSI state for (B), and the oscillatory period for these states. A pair of red open circles, corresponding to maximal and minimal values, were plotted when the absolute difference between these values exceeded a certain threshold value. The red cross indicates the average value of the stochastic variable <italic>s</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) over realization. The macroscopic mean field model shows good agreement with the stochastic model in terms of both the distribution of trajectories and the oscillatory period.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0004.tif"/>
</fig>
<p>The excitatory and the inhibitory networks, each of which reflects the property of depression synapses with &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> &#x0003D; 11.7, exhibit distinctive oscillatory states, as shown in the (<italic>J</italic><sub>0</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref>). The oscillatory state on the excitatory network (OSE), which was already found in the previous model of Katori et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>), changes into the steady state (the fixed point) via the Neimark-Sacker (NS) bifurcation (Kuznetsov, <xref ref-type="bibr" rid="B32">2004</xref>), when <italic>J</italic><sub>0</sub> decreases/increases or <italic>I</italic> increases from the region of the OSE state. On the other hand, when <italic>J</italic><sub>0</sub> decreases and <italic>I</italic> increases from the region of the steady state, the oscillatory state on the inhibitory network (OSI) is likewise generated by the NS bifurcation; this OSI state has been newly observed here. It is clear from the bifurcation diagrams that these oscillatory states emerge via the NS bifurcation from the steady state (see Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3B,C</xref>). The bifurcation diagram, with respect to <italic>J</italic><sub>0</sub> on (<italic>I</italic>, &#x003C4;<sub>a</sub>) &#x0003D; (&#x02212;1, 2.5) (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3B</xref>), shows the OSE state emergent from the steady state. The mean neural activity, <italic>m</italic><sub>0</sub>, in the steady state, increases with an increase in <italic>J</italic><sub>0</sub>, whereas the steady state destabilizes via the first NS bifurcation at <italic>J</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 1.63 and then, the OSE state appears. Because of the second NS bifurcation at <italic>J</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 3.48, the OSE state disappears, and accordingly, the steady state reappears. In contrast, the bifurcation diagram, with respect to <italic>J</italic><sub>0</sub> on (<italic>I</italic>, &#x003C4;<sub>a</sub>) &#x0003D; (1, 2.5) (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3C</xref>), shows the OSI state emergent from the steady state. The mean neural activity, <italic>m</italic><sub>0</sub>, in the steady state decreases with a decrease in <italic>J</italic><sub>0</sub>, whereas the steady state destabilizes via the NS bifurcation at <italic>J</italic><sub>0</sub> &#x0003D; &#x02212;4.73 and accordingly, the OSI state appears. The OSE and the OSI states, generated from the steady state via the NS bifurcation, likewise appear on the network with facilitation synapses. The aforementioned two bifurcation diagrams, with respect to <italic>J</italic><sub>0</sub>, show good agreement with those generated from the stochastic model (Figures <xref ref-type="fig" rid="F4">4A,B</xref>).</p>
<p>The model has been proposed as a discrete-time system, such that time is represented by an arbitrary unit to flexibly describe real data. To characterize oscillatory time-scale from this kind of time, first, we converted time courses generated from the model into the power spectrum, where 4096 time steps were used in calculation for a time course. Second, the frequency of the first typical peak in the spectrum was translated into the corresponding time steps; we call this time step value as &#x0201C;period&#x0201D;. Based on the period, we can say that the oscillation on the inhibitory network tends to be faster than that on the excitatory network (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref>). Specifically, the period of the OSI state ranges from 4.99 to 6.00 time steps, whereas that of the OSE state ranges from 33.9 to 78.8 time steps.</p>
<p>Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3D,E</xref> show the bifurcation structures of the excitatory and the inhibitory networks, respectively, and represent the quasi-periodic oscillations on the invariant closed curve for both the OSE and the OSI states. The (&#x003C4;<sub>a</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3D</xref> shows the distribution of the OSE state, where the period of the OSE state ranges from 44.0 to 75.9 time steps and increases as &#x003C4;<sub>a</sub> and <italic>I</italic> decrease. In contrast, the (&#x003C4;<sub>a</sub>, <italic>I</italic>) phase diagram in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3E</xref> shows the distribution of the OSI state, where the period of the OSI state ranges from 3.94 to 8.00 time steps and tends to increase as &#x003C4;<sub>a</sub> and <italic>I</italic> increase.</p>
<p>The property of the dynamic synapses similarly affects the period on both the excitatory and the inhibitory networks (Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>). As the influence of short-term depression on the excitatory network increases (as &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> increases), the period for the OSE state increases, and the network can oscillate with less inhibitory input (Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>). In contrast, &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> does not have much effect on the period for the OSI state (Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5B</xref>).</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p><bold>Effect of dynamic synapse properties on oscillatory phenomena generated from the excitatory network for (A)</bold> and from the inhibitory network for <bold>(B)</bold>. The horizontal axes for both panels are displayed in the logarithmic scale. <bold>(A)</bold> (&#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub>, <italic>I</italic>) diagram for the OSE state. The OSE region is generated from the steady state via the NS bifurcation set. <bold>(B)</bold> (&#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub>, <italic>I</italic>) diagram for the OSI state. The OSI region is generated from the steady state via the two NS bifurcation sets. For both the OSE and the OSI regions, the oscillatory period changes depending on &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> and input <italic>I</italic>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0005.tif"/>
</fig>
<p>The typical OSE and OSI states represent the relatively slow and the fast oscillations, respectively, and are observed in both the stochastic and the macroscopic mean field models (Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref>). The population averages of stochastic variables, <inline-formula><mml:math id="M204"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M205"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M206"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M207"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, correspond to macroscopic variables (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6A,D</xref>). Most excitatory (inhibitory) neurons fire together at each time step at a low (high) frequency, such that the macroscopic variables exhibit oscillations with large amplitude. The attractor, composed of the variables, is the closed curve for both the excitatory and the inhibitory networks (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6C,F</xref>), but fundamental frequency components differ between these networks (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6B,E</xref>). The dynamics of such macroscopic variables shows good agreement with that of the stochastic variables, in terms of: the time course (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6A,D</xref>); the power spectrum (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6B,E</xref>); and the trajectory in the state space (Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6C,F</xref>).</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>Examples of dynamics emergent from the excitatory and the inhibitory networks reflecting properties of dynamic synapses</bold>. The following parameter sets were used: (<italic>J</italic><sub>0</sub>, <italic>I</italic>, &#x003C4;<sub>a</sub>) &#x0003D; (2, &#x02212;1, 2.5) for the excitatory network, (<italic>J</italic><sub>0</sub>, <italic>I</italic>, &#x003C4;<sub>a</sub>) &#x0003D; (&#x02212;10, 1, 12.5) for the inhibitory network, and &#x003C4;<sub>R</sub>/&#x003C4;<sub>F</sub> &#x0003D; 11.7 for the dynamic synapses. The dynamics generated from the stochastic and the macroscopic mean field models are indicated by the red and the blue colors, respectively. <bold>(A,D)</bold> The raster plots and the time courses of variables included in the stochastic and the macroscopic mean field models. The dots indicate 50 of 10<sup>4</sup> excitatory or inhibitory neurons where <italic>s</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x0003D; 1. The stochastic variables, <italic>s</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), <italic>a</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), <italic>x</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), and <italic>u</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) and the mean field variables, <italic>m</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), <italic>A</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), <italic>X</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), and <italic>U</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) are displayed as time courses in the thin solid, the thick solid, the thin dashed, and the thick dashed lines, respectively. The time courses of <italic>s</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) and <italic>a</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), and those of <italic>m</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) and <italic>A</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) for <bold>(A)</bold> are almost overlapping. <bold>(B,E)</bold> The power spectra of variables <italic>s</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>) and <italic>m</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>). The two arrows indicate the fundamental frequency components. <bold>(C,F)</bold> The closed curves in the state space. The dynamics of the excitatory network exhibits relatively slow oscillations (the left side), while that of the inhibitory network shows fast oscillations (the right side).</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0006.tif"/>
</fig>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> shows the dynamical structure of a network composed of the abovementioned excitatory and the inhibitory subnetworks, where the following parameter set, corresponding to the typical OSE and OSI states described above, has been used: <inline-formula><mml:math id="M208"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the excitatory subnetwork, <inline-formula><mml:math id="M209"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the inhibitory subnetwork, and <inline-formula><mml:math id="M210"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the depression synapses. This network with <inline-formula><mml:math id="M211"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a direct product system, composed of the excitatory and the inhibitory subnetworks, so that a part of the system is equivalent to the previous model of Katori et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>). However, the network with <inline-formula><mml:math id="M212"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shows the following four types of distinctive neural dynamics: the steady state (SS); the oscillatory state with a single frequency component on a closed curve (OS1C); that with two frequency components on a two-dimensional torus (OS2T); and that with two frequency components on a closed curve (OS2C), where the OS2T and OS2C states did not appear in the previous model. It is clear from the number of zero-Lyapunov exponents whether the attractor underlying the network is a closed curve or a two-dimensional torus (see the <inline-formula><mml:math id="M213"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> phase diagram in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7A</xref>). The network dynamics involves only one zero-exponent for the emergence of the OS1C or the OS2C state, whereas the dynamics involves two zero-exponents for the emergence of the OS2T state. The dynamics is not affected by the property of the dynamic synapses characterized by parameter <inline-formula><mml:math id="M214"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which merely changes the period of oscillations on subnetwork &#x003BE;.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><bold>The bifurcation structure, emergent from the network composed of the excitatory and the inhibitory subnetworks reflecting properties of dynamic synapses</bold>. The parameters used for these subnetworks were the same as those for the individual excitatory network and the individual inhibitory one in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref>, respectively. <bold>(A)</bold> <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> phase diagram. The number of zero-Lyapunov exponents is displayed according to the following manner: 0, 1, and 2 correspond to the white, red, and blue colors, respectively. Both the OS1C and the OS2C regions are generated from the SS region via the NS bifurcation set, while the OS2T region is generated via the following two types of bifurcation: the MT1NS bifurcation from the OS1C region and the MT1SNC bifurcation from the OS2C region (Kamiyama et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2014</xref>; Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). There exists a hysteresis area between the OS1C and the OS2T regions with a very narrow size such that the MT2SN bifurcation intermediates between these regions (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). <bold>(B)</bold> The bifurcation diagram of trajectories in the slice with respect to <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where section <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. A set of the ST0 for the OS1C state is indicated by the solid curve, while the ST1 for the OS2T state is indicated by the dotted orbits with open circles which represent their maximal and minimal values. The OS2T state is generated from the OS1C state via the MT1NS bifurcation, whereas the OS1C state is generated from the OS2T state via the MT2SN bifurcation (Kamiyama et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2014</xref>; Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). <bold>(C)</bold> The bifurcation diagram of trajectories in the slice, with respect to <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where section <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. The OS2T state is generated from the OS2C state via the MT1SNC bifurcation (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). <bold>(D)</bold> The bifurcation diagrams of the Lyapunov exponents, with respect to <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The exponents for the upper diagram were calculated with an increase in <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, whereas, those for the lower diagram were calculated with a decrease in <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. <bold>(E)</bold> The bifurcation diagram of the Lyapunov exponents, with respect to <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. For <bold>(D,E)</bold>, the first, second, and third exponents are displayed in the blue, green, and red colors, respectively, and exponents with multiplicity of two are indicated by the notation &#x0201C;M2.&#x0201D; <bold>(F)</bold> The slice, applied to both the MT1 and the MT2 near the MT1NS bifurcation point, where section <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. <bold>(G)</bold> The slice, applied to both the MT1 and the MT2 near the MT1SNC bifurcation point, where section <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. For <bold>(F,G)</bold>, the trajectories in the slice applied to the MT1 and MT2 are displayed in the blue and cyan colors, respectively. Although the ST1 (MT2) appears separated from the ST0 (MT1) when the ST0NS (MT1NS) bifurcation occurs, the ST1 (MT2) is formed on the ST0 (MT1) when the ST0SNC (MT1SNC) bifurcation occurs (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>).</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0007.tif"/>
</fig>
<p>Here we use the term MT<italic>d</italic> to investigate the bifurcation structure distinguishing the above four states clearly. Then, the MT1 arising from the model corresponds to the OS1C or the OS2C state, while the MT2 corresponds to the OS2T state. While the OS1C and the OS2C states are generated from the SS state via the NS bifurcation, these states change into the OS2T state via the two types of bifurcation, namely, the NS bifurcation of MT1 (MT1NS) and the saddle-node cycle bifurcation of MT1 (MT1SNC) (Kamiyama et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2014</xref>; Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Because the MT1NS bifurcation here is subcritical, a saddle-node bifurcation of MT2 (MT2SN) intermediates between the OS1C and the OS2T states (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>), where there exists a specific hysteresis region between these states. We show below the qualitative difference between the states, before and after the bifurcation of the MT1 and the MT2, by observing the bifurcation diagrams generated from quasi-periodic points collected in the slice.</p>
<p>First, we consider the bifurcations intermediating between the OS1C and the OS2T states. The bifurcation diagram of trajectories in the slice, with respect to <inline-formula><mml:math id="M215"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math id="M216"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, shows a transition between the OS1C and the OS2T states, where section <inline-formula><mml:math id="M217"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> and width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 have been used for the slice (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7B</xref>). As <inline-formula><mml:math id="M218"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> increases from <inline-formula><mml:math id="M219"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>145</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the ST0, corresponding to the OS1C state, destabilizes and immediately an oscillation starts along with a jump to the ST1, corresponding to the OS2T state; this abrupt change is attributed to the subcritical bifurcation. The bifurcation property becomes clearer by a simultaneous observation of both trajectories in the slice, applied to a state just before the bifurcation, and that just after the bifurcation. This simultaneous analysis clarifies that the ST1 appears sufficiently far from the ST0 when the bifurcation occurs, where <inline-formula><mml:math id="M220"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>142</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the OS1C state, and <inline-formula><mml:math id="M221"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>139</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the OS2T state (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7F</xref>). In contrast, as <inline-formula><mml:math id="M222"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decreases from <inline-formula><mml:math id="M223"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>135</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the stable ST1 and the saddle ST1 collide, and the ST0 appears. By combining the aforementioned slice analysis with the Lyapunov exponent analysis, we can identify the bifurcation types more clearly (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7D</xref>). The negative exponents with multiplicity of two approach zero simultaneously as <inline-formula><mml:math id="M224"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> increases from <inline-formula><mml:math id="M225"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>145</mml:mn></mml:math></inline-formula>; this is a property of the NS bifurcation. However, only one exponent starts to decrease as <inline-formula><mml:math id="M226"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decreases from <inline-formula><mml:math id="M227"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>135</mml:mn></mml:math></inline-formula>; this is a property of the saddle-node bifurcation. Taken together, the bifurcation from the OS1C to OS2T states can be identified as the subcritical NS bifurcation of ST0 (ST0NS), while that from the OS2T to OS1C states as the saddle-node bifurcation of ST1 (ST1SN), within the slice (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Thus, these two bifurcations can be interpreted as the MT1NS and the MT2SN bifurcations, respectively, outside the slice (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>).</p>
<p>Next, we consider the bifurcation intermediating between the OS2C and the OS2T states. The bifurcation diagram of trajectories in the slice, with respect to <inline-formula><mml:math id="M228"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math id="M229"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:math></inline-formula>, shows a transition between the OS2C and the OS2T states, where section <inline-formula><mml:math id="M230"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> and width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 have been used for the slice (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7C</xref>). As <inline-formula><mml:math id="M231"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decreases from <inline-formula><mml:math id="M232"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the ST0, corresponding to the OS2C state, changes into the ST1 at a bifurcation point. It is clear that there does not exist a hysteresis region between the OS2C and the OS2T states, because the ST1 changes into the ST0 at the same bifurcation point as <inline-formula><mml:math id="M233"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> increases from <inline-formula><mml:math id="M234"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. By observing both a state just before the bifurcation and that just after the bifurcation simultaneously, we can find that the ST1 rightly covers the ST0, where <inline-formula><mml:math id="M235"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the OS2C state and <inline-formula><mml:math id="M236"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the OS2T state (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7G</xref>). The bifurcation involving this feature has been recently identified as the saddle-node cycle bifurcation of ST0 (ST0SNC), within the slice (Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8A</xref>) (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>), or as the MT1SNC bifurcation, outside the slice (Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8B</xref>) (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Before the ST0SNC (MT1SNC) bifurcation occurs, there exists a pair of a stable ST0 (MT1) and a saddle ST0 (MT1) and therefore, an unstable set of the saddle ST0 (MT1) generates a one-dimensional (two-dimensional) torus. The ST0SNC (MT1SNC) bifurcation, where the stable ST0 (MT1) and the saddle ST0 (MT1) collide, stabilizes the unstable set and accordingly, an ST1 (MT2) appears. The mechanism of this MT1SNC bifurcation can be likewise verified by the Lyapunov exponent analysis (Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7E</xref>); only one negative exponent approaches zero as <inline-formula><mml:math id="M237"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decreases from <inline-formula><mml:math id="M238"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p><bold>Illustrations of (A)</bold> the ST0SNC and <bold>(B)</bold> the MT1SNC bifurcations (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Before the bifurcation occurs, the unstable set of a saddle ST0 (a saddle MT1) generates a one-dimensional torus (a two-dimensional torus), indicated by the dotted curve for <bold>(A)</bold> (the gradation area for <bold>B</bold>). Via the ST0SNC (MT1SNC) bifurcation, the unstable set is stabilized, and accordingly, an ST1 (an MT2) appears, indicated by the solid curve for <bold>(A)</bold> (the uniformly filled area for <bold>B</bold>).</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0008.tif"/>
</fig>
<p>Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>&#x02013;<bold>11</bold> show typical dynamics emergent from the OS1C, the OS2T, and the OS2C states, respectively, where each is observed in both the stochastic and the macroscopic mean field models. The population averages of stochastic variables, <inline-formula><mml:math id="M239"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M240"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M241"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M242"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, correspond to macroscopic variables. The dynamics of the macroscopic variables shows good agreement with that of the stochastic variables, in terms of: the time course (Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9A,B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10A,B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11A,B</xref>); the power spectrum (Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11C</xref>); the trajectory in the state space (Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9D</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10D</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11D</xref>); and its distribution in the slice (Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9E</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10E</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11E</xref>).</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p><bold>The typical dynamics emergent from the OS1C state in the network with dynamic synapses</bold>. The following parameter sets were used: <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the excitatory subnetwork, <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the inhibitory subnetwork, <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the bidirectional coupling between these subnetworks, and <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the dynamic synapses. <bold>(A,B)</bold> The raster plots and the time courses of variables included in the stochastic and the macroscopic mean field models. The dots indicate 50 of 10<sup>4</sup> excitatory or inhibitory neurons where <inline-formula><mml:math id="M168"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The stochastic variables <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the excitatory subnetwork and <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the inhibitory subnetwork, and the macroscopic variables, <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the excitatory subnetwork and <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the inhibitory subnetwork are displayed as time courses in the thin solid, the thick solid, the thin dashed, and the thick dashed lines, respectively. <bold>(C)</bold> The power spectra of variables <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The arrow indicates the representative frequency component with a high frequency. <bold>(D)</bold> The closed curves in the state space. <bold>(E)</bold> The slice, where section <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. The ST0 appears in the slice because the emergent attractor is the MT1 (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). Both the excitatory and the inhibitory subnetworks exhibit fast oscillations on the closed curve, whereas the amplitude of the oscillations on the excitatory subnetwork is small.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p><bold>The typical dynamics emergent from the OS2T state in the network with dynamic synapses</bold>. The parameter set, <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the bidirectional coupling between the excitatory and the inhibitory subnetworks, was used; other parameter sets are the same as those in Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>. The format of each panel is likewise the same as that in Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>. <bold>(A,B)</bold> The raster plots and the time courses of variables included in the stochastic and the macroscopic mean field models. <bold>(C)</bold> The power spectra of variables <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The two arrows indicate the representative low and high frequency components. <bold>(D)</bold> The two-dimensional torus in the state space. <bold>(E)</bold> The slice, where section <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. The ST1 appears in the slice because the emergent attractor is the MT2 (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). The excitatory and the inhibitory subnetworks exhibit slow and fast oscillations on the torus, respectively, whereas, the amplitude of the fast oscillations, <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the inhibitory subnetwork is less modulated by the phase of the slow oscillations on the excitatory subnetwork.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0010.tif"/>
</fig>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p><bold>The typical dynamics emergent from the OS2C state in the network with dynamic synapses</bold>. The parameter set, <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the bidirectional coupling between the excitatory and the inhibitory subnetworks, was used; other parameter sets are the same as those in Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>. The format of each panel is likewise the same as that in Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>. <bold>(A,B)</bold> The raster plots and the time courses of variables included in the stochastic and the macroscopic mean field models. <bold>(C)</bold> The power spectra of variables <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The two arrows indicate the representative low and high frequency components. <bold>(D)</bold> The closed curve in the state space. <bold>(E)</bold> The slice, where section <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M201"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> with width &#x003F5; &#x0003D; 0.001 was used. The ST0 appears in the slice because the emergent attractor is the MT1 (Komuro et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2016</xref>). The excitatory and the inhibitory subnetworks exhibit slow and fast oscillations on the closed curve, respectively, while, the amplitude of the fast oscillations, <inline-formula><mml:math id="M202"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M203"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the inhibitory subnetwork is evidently modulated by the phase of the slow oscillations on the excitatory subnetwork.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0011.tif"/>
</fig>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> shows the appearance of the OS1C state in the network dynamics. Excitatory neurons in this state fire less coherently, such that the excitatory subnetwork does not show slow oscillations, but exhibits fast fluctuations (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9A</xref>). In contrast, inhibitory neurons fire coherently at a high frequency, such that the inhibitory subnetwork shows the fast oscillation (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9B</xref>). The fast fluctuation/oscillation can be generated with external inhibitory input and with a connection from the inhibitory to excitatory subnetworks. These two types of inhibition are needed for the generation of the OS1C state. The fast oscillation in this state exhibits a single representative peak (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9C</xref>), indicating that the amplitude of the oscillation is not modulated by the phase of the excitatory oscillation (Figures <xref ref-type="fig" rid="F9">9B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12A</xref>). The dynamics emergent from both the excitatory and the inhibitory neurons exhibits a closed curve (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9D</xref>). Accordingly, its slice includes less points, forming an ST0 (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9E</xref>).</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p><bold>Effect of the slow oscillation phase on the amplitude and on the period of fast oscillations, for the typical (A)</bold> OS1C, <bold>(B)</bold> OS2T, and <bold>(C)</bold> OS2C states. The parameter sets for these states are the same as those in Figures <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, respectively. The amplitude of the fast oscillation in the OS1C state does not depend on the phase of the slow oscillation for any period, but this dependence appears in both the OS2T and the OS2C states around period 5.7. In particular, amplitude modulation arising from the OS2C state occurs more evidently compared to that in the OS2T state.</p></caption>
<graphic xlink:href="fncom-11-00018-g0012.tif"/>
</fig>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> shows the appearance of the OS2T state in the network dynamics. Both excitatory and inhibitory neurons in this state fire coherently, such that all variables can show oscillations, whereas, the frequency differs between the excitatory and the inhibitory subnetworks. Excitatory oscillations are relatively slower than inhibitory ones (Figures <xref ref-type="fig" rid="F10">10A,B</xref>). The inhibitory fast oscillation exhibits two representative peaks (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10C</xref>), indicating that the oscillation amplitude is slightly modulated by the phase of the excitatory slow oscillation (Figures <xref ref-type="fig" rid="F10">10B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12B</xref>). This modulated oscillation is a phenomenon of phase-amplitude CFC and appears continuously (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10B</xref>). Therefore, we call this as continuous CFC following Hyafil et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>). The dynamics composed of both the slow and the fast oscillations exhibits a two-dimensional torus (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10D</xref>). Accordingly, its slice includes a closed curve, forming an ST1 (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10E</xref>).</p>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> shows the appearance of the OS2C state in the network dynamics. The firing properties of excitatory and inhibitory neurons and their macroscopic oscillations in this state are similar to those in the OS2T state (Figures <xref ref-type="fig" rid="F11">11A&#x02013;C</xref>), where the slow and the fast oscillations appear in the excitatory and the inhibitory subnetworks, respectively. However, the amplitude of the fast oscillation is more evidently modulated by the phase of the slow oscillation, compared to the OS2T state (Figures <xref ref-type="fig" rid="F11">11B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12C</xref>). This modulated oscillation is likewise a phenomenon of phase-amplitude CFC but appears intermittently (Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11B</xref>). Therefore, we call this as intermittent CFC following Hyafil et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>). The dynamics composed of both the slow and the fast oscillations exhibits a complicated closed curve (Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11D</xref>), whereas, its slice includes a few points, forming an ST0 (Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11E</xref>).</p>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>4. Discussion</title>
<p>In this study, we analyzed a stochastic network model composed of excitatory and inhibitory neurons with dynamic synapses, and converted the model into the corresponding macroscopic mean field model. The bifurcation analysis of the mean field model revealed the overall dynamical properties of the network. The excitatory and the inhibitory subnetworks represent slow and fast oscillations, respectively. The interaction between these two subnetworks generates diverse oscillatory states with two major frequency components. This oscillatory phenomenon corresponds to phase-amplitude cross-frequency coupling (CFC). The dependence of the oscillatory states on coupling strengths, mediating between the subnetworks, has been clarified by the bifurcation analysis. Furthermore, it has been found that the oscillatory states of the CFC can be classified into two subtypes, namely, an oscillatory state with two frequency components on a two-dimensional torus (OS2T), which can generate the continuous CFC, and an oscillatory state with two frequency components on a closed curve (OS2C), which can generate the intermittent CFC.</p>
<p>The present model is an extension of an excitatory neural network model with dynamic synapses (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>). The previous model, which corresponds to the excitatory subnetwork in this study, was modified in terms of the following three aspects: First, we analyzed the dependence of the network dynamics on the coupling strength, <inline-formula><mml:math id="M243"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and on the external input <italic>I</italic><sup>&#x003BE;</sup>; these parameters were fixed in the previous study (Katori et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>). The analysis revealed that these two parameters can be crucial for the generation of a variety of oscillatory states. The second point is the introduction of an additional variable, <inline-formula><mml:math id="M244"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, corresponding to the synaptic activity, and a parameter <inline-formula><mml:math id="M245"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, corresponding to the time constant of the decay process for <inline-formula><mml:math id="M246"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The third point is a combination of the excitatory network with the inhibitory one, where parameters <inline-formula><mml:math id="M247"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">EI</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M248"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">IE</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> were introduced.</p>
<p>Depending on the synaptic properties, the network dynamics changes. Decay time constants, <inline-formula><mml:math id="M249"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M250"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">a</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of the synaptic activity, may determine the frequency of slow oscillations in the excitatory network and that of fast oscillations in the inhibitory network, respectively (Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3D,E</xref>). The frequency can be likewise changed by <inline-formula><mml:math id="M251"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, the property of short-term plasticity (Figures <xref ref-type="fig" rid="F5">5A,B</xref>). A variation of frequency bands in neural activity, such as the delta, theta, alpha, beta, and gamma bands, is often observed in the brain, and it has been suggested that this variation correlates with the brain functions (Buzs&#x000E1;ki and Draguhn, <xref ref-type="bibr" rid="B7">2004</xref>). The brain functions may be attributed to the above synaptic parameters. Indeed, aminomethylphosphonic acid (AMPA) synapses have a relatively short time constant, whereas, N-methyl-D-aspartate (NMDA) synapses have a longer time constant. This synaptic difference should affect the generation of neural oscillations and brain functions.</p>
<p>We have found that the generation mechanism of the OSI state on the inhibitory subnetwork is qualitatively consistent with the physiological experiments (Fisahn et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">1998</xref>; Mann et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">2005</xref>). Inhibitory interneurons in the rat hippocampal CA3 region show a fast oscillation, which is referred to as the gamma oscillation. This oscillation is blocked by the AMPA or the gamma-aminobutyric acid (GABA) type-A receptor antagonist. AMPA-type synapses send excitatory input to the interneurons, while GABA type-A synapses send recurrent inhibitory connections. These antagonists can be considered as the realization of input <italic>I</italic><sup>I</sup> and the absolute value of coupling strength <inline-formula><mml:math id="M252"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">II</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, respectively (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref>). Taken together, the OSI state generated from the present model can be related to the gamma oscillation in inhibitory interneuron networks.</p>
<p>The network composed of both excitatory and inhibitory neurons shows phase-amplitude CFC, in which the amplitude of the fast oscillation is modulated by the phase of the slow oscillation (Figures <xref ref-type="fig" rid="F10">10B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12B,C</xref>). The property of this oscillatory phenomenon is similar to that of the experimentally known CFC between the theta and the gamma oscillations observed in the entorhinal cortex of the hippocampus (Chrobak and Buzs&#x000E1;ki, <xref ref-type="bibr" rid="B10">1998</xref>).</p>
<p>Various oscillatory phenomena, including CFC arising from our model, may contribute to information coding in the brain. The presence of distinctive oscillatory states in the model implies that a variety of information coding schemes can exist in brain networks. It has been shown that the oscillatory states with two major frequency components can be classified into two subtypes, OS2T and OS2C states (Figures <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>). In the OS2T state, peaks of the fast oscillation are broadly distributed in the phase of the slow oscillation (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10B</xref>). In contrast, in the OS2C state, the phase of the fast oscillation is partially locked by the slow oscillation; that is, peaks of the fast oscillation appear in specific phases of the slow oscillation (Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11B</xref>). The neural activity phase can be utilized to encode certain information. Indeed, it has been suggested that the physiologically observed CFC provides a basis for effective communications among neurons (Chrobak and Buzs&#x000E1;ki, <xref ref-type="bibr" rid="B10">1998</xref>).</p>
<p>The OS2C state may contribute to multi-item representation (Hyafil et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>), because this state can generate the intermittent CFC in the inhibitory subnetwork. One cycle of the fast oscillation of the CFC would correspond to one item, associated with the working memory, the spatial memory, or the visual attention. Owing to intermittency of this oscillation, external multi-items could be effectively encoded in the brain; i.e., the slow oscillation, generated from the excitatory subnetwork, would play a role in optimizing storage capacity for the items. The typical fast oscillation, <inline-formula><mml:math id="M253"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, generating the CFC in the OS2C state depicted in Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11B</xref>, shows that approximately 11 items are possibly encoded. The number of items to be stored may increase or decrease depending on parameters, <italic>I</italic><sup>E</sup> and <italic>I</italic><sup>I</sup>, related to, e.g., visual input, because these parameters affect the frequency of the slow and the fast oscillations, respectively (Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3D,E</xref>). In contrast, the OS2T state would not be suitable for multi-item representation because this state generates continuous CFC. Moreover, the encoding scheme for the multi-items can be likewise observed on the closed curve underlying the fast oscillation <inline-formula><mml:math id="M254"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the OS2C state (Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11D</xref>); that is, the number of items to be stored would be limited in order for the brain to avoid producing wasted storage capacity. In contrast, the attractor underlying the OS2T state is a two-dimensional torus (Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10D</xref>); that is, more items would be encoded in the torus than the closed curve. However, the torus may not be efficient where only a few items are stored, because the torus consists of a dense orbit and may produce wasted storage capacity.</p>
<p>Our main finding is that the MT1SNC bifurcation may underlie a switching phenomenon between the continuous and the intermittent CFCs; this result supports the study of Fontolan et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B17">2013</xref>). Fontolan et al. have reported that these two CFCs are switched via the saddle-node on invariant circle (SNIC) bifurcation, on a simplified Pyramidal Interneuron Network Gamma (PING) model (Fontolan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2013</xref>). The SNIC bifurcation mediates between a limit cycle and a two-dimensional torus in flow, whereas the MT1SNC bifurcation mediates between a closed curve and a two-dimensional torus in map; here both bifurcations occur via a saddle-node cycle. If we assume that the MT1 arising from the proposed discrete-time model is the limit cycle in the corresponding continuous-time model, these two bifurcations will become consistent. Thus, the present study implies that phase-amplitude CFC in the brain can be interpreted in a discrete-time model.</p>
<p>Overall, the bifurcation analysis revealed that oscillatory dynamics, arising from the proposed model, qualitatively changes depending on parameters, which would be one origin of characterizing cell assemblies. Although the present study focused only on one cell assembly receiving inhibitory and external input, in fact, there exist many assemblies (Yoshimura et al., <xref ref-type="bibr" rid="B64">2005</xref>), which could differ in their roles for neural information processing. Each of assemblies, in layer 2/3 of the cortex, selectively receives its recurrent connections and excitatory input from layer 4, possibly based on environmental change, while input from layer 5 might modulate activity between assemblies (Yoshimura et al., <xref ref-type="bibr" rid="B64">2005</xref>). Such selectively interconnected neurons would play a crucial role for utilizing phase-amplitude CFC in the brain.</p>
<p>The mechanisms and functions of oscillatory phenomena must be further explored in the future. The oscillatory phenomena observed in the proposed model, a binary-state discrete-time neuron model, should be evaluated with a more realistic network model that reflects the detailed properties of the cerebral cortex.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>YK and TS modeled neural networks with dynamic synapses. MK checked the details of the bifurcation analysis. KA supervised the overall research. TS analyzed the details of the model and did all other things.</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>
<ack><p>This research was supported by JSPS KAKENHI Grant Numbers 16K00246, 26280093, 15H05707, and CREST, JST.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aru</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Aru</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Priesemann</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Wibral</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Lana</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Pina</surname> <given-names>G.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2015</year>). <article-title>Untangling cross-frequency coupling in neuroscience</article-title>. <source>Curr. Opin. Neurobiol.</source> <volume>31</volume>, <fpage>51</fpage>&#x02013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conb.2014.08.002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25212583</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Benita</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Guillamon</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Deco</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Sanchez-Vives</surname> <given-names>M. V.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Synaptic depression and slow oscillatory activity in a biophysical network model of the cerebral cortex</article-title>. <source>Front. Comput. Neurosci.</source> <volume>6</volume>:<fpage>64</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fncom.2012.00064</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22973221</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bibitchkov</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Geisel</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Pattern storage and processing in attractor networks with short-time synaptic dynamics</article-title>. <source>Netw. Comput. Neural Syst.</source> <volume>13</volume>, <fpage>115</fpage>&#x02013;<lpage>129</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/net.13.1.115.129</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11873841</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bonachela</surname> <given-names>J. A.</given-names></name> <name><surname>Franciscis</surname> <given-names>S. D.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Munoz</surname> <given-names>M. A.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Self-organization without conservation: are neuronal avalanches generically critical?</article-title> <source>J. Stat. Mech. Theor. Exp.</source> <volume>6</volume>:<fpage>P02015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2010/02/p02015</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brunel</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Hakim</surname> <given-names>V.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Fast global oscillations in networks of integrate-and-fire neurons with low firing rates</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>11</volume>, <fpage>1621</fpage>&#x02013;<lpage>1671</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976699300016179</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10490941</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brunel</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>X.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>What determines the frequency of fast network oscillations with irregular neural discharges? I. Synaptic dynamics and excitation-inhibition balance</article-title>. <source>J. Neurophysiol.</source> <volume>90</volume>, <fpage>415</fpage>&#x02013;<lpage>430</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/jn.01095.2002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12611969</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buzs&#x000E1;ki</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Draguhn</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Neuronal oscillations in cortical networks</article-title>. <source>Science</source> <volume>304</volume>, <fpage>1926</fpage>&#x02013;<lpage>1929</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1099745</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15218136</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Canolty</surname> <given-names>R. T.</given-names></name> <name><surname>Edwards</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Dalal</surname> <given-names>S. S.</given-names></name> <name><surname>Soltani</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Nagarajan</surname> <given-names>S. S.</given-names></name> <name><surname>Kirsch</surname> <given-names>H. E.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2006</year>). <article-title>High gamma power is phase-locked to theta oscillations in human neocortex</article-title>. <source>Science</source> <volume>313</volume>, <fpage>1626</fpage>&#x02013;<lpage>1628</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1128115</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16973878</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Canolty</surname> <given-names>R. T.</given-names></name> <name><surname>Knight</surname> <given-names>R. T.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>The functional role of cross-frequency coupling</article-title>. <source>Trends Cogn. Sci.</source> <volume>14</volume>, <fpage>506</fpage>&#x02013;<lpage>515</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tics.2010.09.001</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20932795</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chrobak</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Buzs&#x000E1;ki</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Gamma oscillations in the entorhinal cortex of the freely behaving rat</article-title>. <source>J. Neurosci.</source> <volume>18</volume>, <fpage>388</fpage>&#x02013;<lpage>398</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">9412515</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Connors</surname> <given-names>B. W.</given-names></name> <name><surname>Gutnick</surname> <given-names>M. J.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>Intrinsic firing patterns of diverse neocortical neurons</article-title>. <source>Trends Neurosci.</source> <volume>13</volume>, <fpage>99</fpage>&#x02013;<lpage>104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0166-2236(90)90185-D</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">1691879</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Connors</surname> <given-names>B. W.</given-names></name> <name><surname>Gutnick</surname> <given-names>M. J.</given-names></name> <name><surname>Prince</surname> <given-names>D. A.</given-names></name></person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Electrophysiological properties of neocortical neurons <italic>in vitro</italic></article-title>. <source>J. Neurophysiol.</source> <volume>48</volume>, <fpage>1302</fpage>&#x02013;<lpage>1320</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">6296328</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cortes</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Marro</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Garrido</surname> <given-names>P. L.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Effects of fast presynaptic noise in attractor neural networks</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>18</volume>, <fpage>614</fpage>&#x02013;<lpage>633</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/neco.2006.18.3.614</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16483410</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Csicsvari</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Jamieson</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Wise</surname> <given-names>K. D.</given-names></name> <name><surname>Buzs&#x000E1;ki</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Mechanisms of gamma oscillations in the hippocampus of the behaving rat</article-title>. <source>Neuron</source> <volume>37</volume>, <fpage>311</fpage>&#x02013;<lpage>322</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0896-6273(02)01169-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12546825</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Engel</surname> <given-names>A. K.</given-names></name> <name><surname>Fries</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Singer</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing</article-title>. <source>Nat. Rev. Neurosci.</source> <volume>2</volume>, <fpage>704</fpage>&#x02013;<lpage>716</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/35094565</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11584308</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fisahn</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Pike</surname> <given-names>F. G.</given-names></name> <name><surname>Buhl</surname> <given-names>E. H.</given-names></name> <name><surname>Paulsen</surname> <given-names>O.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Cholinergic induction of network oscillations at 40 Hz in the hippocampus <italic>in vitro</italic></article-title>. <source>Nature</source> <volume>394</volume>, <fpage>186</fpage>&#x02013;<lpage>189</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/28179</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9671302</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fontolan</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Krupa</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Hyafil</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Gutkin</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Analytical insights on theta-gamma coupled neural oscillators</article-title>. <source>J. Math. Neurosci.</source> <volume>3</volume>:<fpage>16</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/2190-8567-3-16</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23945442</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Freeman</surname> <given-names>W. J.</given-names></name> <name><surname>Rogers</surname> <given-names>L. J.</given-names></name> <name><surname>Holmes</surname> <given-names>M. D.</given-names></name> <name><surname>Silbergeld</surname> <given-names>D. L.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Spatial spectral analysis of human electrocorticograms including the alpha and gamma bands</article-title>. <source>J. Neurosci. Methods</source> <volume>95</volume>, <fpage>111</fpage>&#x02013;<lpage>121</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0165-0270(99)00160-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10752481</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hyafil</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Giraud</surname> <given-names>A. L.</given-names></name> <name><surname>Fontolan</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Gutkin</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Neural cross-frequency coupling: connecting architectures, mechanisms, and functions</article-title>. <source>Trends Neurosci.</source> <volume>38</volume>, <fpage>725</fpage>&#x02013;<lpage>740</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tins.2015.09.001</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26549886</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ibarz</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Casado</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Sanjuan</surname> <given-names>M. A. F.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Map-based models in neuronal dynamics</article-title>. <source>Phys. Rep.</source> <volume>501</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physrep.2010.12.003</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Igarashi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Oizumi</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Mean field analysis of stochastic neural network models with synaptic depression</article-title>. <source>J. Phys. Soc. Jpn.</source> <volume>79</volume>:<fpage>84001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1143/JPSJ.79.084001</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jansen</surname> <given-names>O.</given-names></name> <name><surname>Colgin</surname> <given-names>L. L.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Cross-frequency coupling between neuronal oscillations</article-title>. <source>Trends Cogn. Sci.</source> <volume>11</volume>, <fpage>267</fpage>&#x02013;<lpage>269</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tics.2007.05.003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17548233</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kamiyama</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Komuro</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Endo</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Aihara</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Classification of bifurcations of quasi-periodic solutions using lyapunov bundles</article-title>. <source>Int. J. Bifurcation Chaos</source> <volume>24</volume>:<fpage>1430034</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218127414300341</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Katori</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Igarashi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Aihara</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Statility analysis of stochastic neural network with depression and facilitation synapses</article-title>. <source>J. Phys. Soc. Jpn.</source> <volume>81</volume>:<fpage>114007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1143/JPSJ.81.114007</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Katori</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Otsubo</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Aihara</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Stability analysis of associative memory network composed of stochastic neurons and dynamic synapses</article-title>. <source>Front. Comput. Neurosci.</source> <volume>7</volume>:<fpage>6</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fncom.2013.00006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23440567</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Katori</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Sakamoto</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Saito</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Tanji</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Mushiake</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Aihara</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Representational switching by dynamical reorganization of attractor structure in a network model of the prefrontal cortex</article-title>. <source>PLoS Comput. Biol.</source> <volume>7</volume>:<fpage>e1002266</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1002266</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22102803</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kawaguchi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Kubota</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Gabaergic cell subtypes and their synaptic connections in rat frontal cortex</article-title>. <source>Cereb. Cortex</source> <volume>7</volume>, <fpage>476</fpage>&#x02013;<lpage>486</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/cercor/7.6.476</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9276173</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Klimesch</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis</article-title>. <source>Brain Res. Rev.</source> <volume>29</volume>, <fpage>169</fpage>&#x02013;<lpage>195</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0165-0173(98)00056-3</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10209231</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Komuro</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Kamiyama</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Endo</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Aihara</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Quasi-periodic bifurcations of higher-dimensional tori</article-title>. <source>Int. J. Bifurcation Chaos</source> <volume>26</volume>:<fpage>163001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218127416300160</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kopell</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Ermentrout</surname> <given-names>G. B.</given-names></name> <name><surname>Whittington</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Traub</surname> <given-names>R. D.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Gamma rhythms and beta rhythms have different synchronization properties</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.</source> <volume>97</volume>, <fpage>1867</fpage>&#x02013;<lpage>1872</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.97.4.1867</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10677548</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kramer</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>Roopun</surname> <given-names>A. K.</given-names></name> <name><surname>Carracedo</surname> <given-names>L. M.</given-names></name> <name><surname>Traub</surname> <given-names>R. D.</given-names></name> <name><surname>Whittington</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>Kopell</surname> <given-names>N. J.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Rhythm generation through period concatenation in rat somatosensory cortex</article-title>. <source>PLoS Comput. Biol.</source> <volume>4</volume>:<fpage>e1000169</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1000169</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18773075</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuznetsov</surname> <given-names>Y. A.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <source>Elements of Applied Bifurcation Theory (Applied Mathematical Sciences Vol. 112), 3rd Edn.</source> <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lux</surname> <given-names>H. D.</given-names></name> <name><surname>Pollen</surname> <given-names>D. A.</given-names></name></person-group> (<year>1966</year>). <article-title>Electrical constants of neurons in the motor cortex of the cat</article-title>. <source>J. Neurophysiol</source> <volume>29</volume>, <fpage>207</fpage>&#x02013;<lpage>220</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">5927458</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Malerba</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Kopell</surname> <given-names>N. J.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Phase resetting reduces theta-gamma rhythmic interaction to a one-dimensional map</article-title>. <source>J. Math. Biol.</source> <volume>66</volume>, <fpage>1361</fpage>&#x02013;<lpage>1366</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00285-012-0534-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22526842</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mann</surname> <given-names>E. O.</given-names></name> <name><surname>Suckling</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Hajos</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Greenfield</surname> <given-names>S. A.</given-names></name> <name><surname>Paulsen</surname> <given-names>O.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Perisomatic feedback inhibition underlies cholinergically induced fast network oscillations in the rat hippocampus <italic>in vitro</italic></article-title>. <source>Neuron</source> <volume>45</volume>, <fpage>105</fpage>&#x02013;<lpage>117</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neuron.2004.12.016</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15629706</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Markram</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Tsodyks</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Redistribution of synaptic efficacy between neocortical pyramidal neurons</article-title>. <source>Nature</source> <volume>382</volume>, <fpage>807</fpage>&#x02013;<lpage>810</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/382807a0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">8752273</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Markram</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Tsodyks</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Differential signaling via the same axon of neocortical pyramidal neurons</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.</source> <volume>95</volume>, <fpage>5323</fpage>&#x02013;<lpage>5328</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.95.9.5323</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9560274</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Marro</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Cortes</surname> <given-names>J. M.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Chaotic hopping between attractors in neural networks</article-title>. <source>Neural Netw.</source> <volume>20</volume>, <fpage>230</fpage>&#x02013;<lpage>235</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neunet.2006.11.005</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17196366</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Matsumoto</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Ide</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Watanabe</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Retrieval property of attractor network with synaptic depression</article-title>. <source>J. Phys. Soc. Jpn.</source> <volume>76</volume>:<fpage>084005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1143/JPSJ.76.084005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Hernandez-Gomez</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Short-term synaptic facilitation improves information retrieval in noisy neural networks</article-title>. <source>EPL</source> <volume>97</volume>:<fpage>48008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/97/48008</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Irregular dynamics in up and down cortical states</article-title>. <source>PLoS ONE</source> <volume>5</volume>:<fpage>e13651</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0013651</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21079740</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>The role of synaptic facilitation in spike coincidence detection</article-title>. <source>J. Comput. Neurosci.</source> <volume>24</volume>, <fpage>222</fpage>&#x02013;<lpage>234</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10827-007-0052-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17674172</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Maximum memory capacity on neural networks with short-term synaptic depression and facilitation</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>21</volume>, <fpage>851</fpage>&#x02013;<lpage>871</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/neco.2008.02-08-719</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18928372</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Emergence of resonances in neural systems: the interplay between adaptive threshold and short-term synaptic plasticity</article-title>. <source>PLoS ONE</source> <volume>6</volume>:<fpage>e17255</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0017255</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21408148</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mongillo</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Barak</surname> <given-names>O.</given-names></name> <name><surname>Tsodyks</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Synaptic theory of working memory</article-title>. <source>Science</source> <volume>319</volume>, <fpage>1543</fpage>&#x02013;<lpage>1546</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1150769</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18339943</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nowak</surname> <given-names>L. G.</given-names></name> <name><surname>Azouz</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Sanchez-Vives</surname> <given-names>M. V.</given-names></name> <name><surname>Gray</surname> <given-names>C. M.</given-names></name> <name><surname>McCormick</surname> <given-names>D. A.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Electrophysiological classes of cat primary visual cortical neurons <italic>in vivo</italic> as revealed by quantitative analyses</article-title>. <source>J. Neurophysiol.</source> <volume>89</volume>, <fpage>1541</fpage>&#x02013;<lpage>1566</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/jn.00580.2002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12626627</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Otsubo</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Nagata</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Oizumi</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Influence of synaptic depression on memory storage capacity</article-title>. <source>J. Phys. Soc. Jpn.</source> <volume>80</volume>:<fpage>084004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1143/JPSJ.80.084004</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pantic</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Coincidence detection with dynamic synapses</article-title>. <source>Network</source> <volume>14</volume>, <fpage>17</fpage>&#x02013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0954-898X/14/1/302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12613550</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pantic</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name> <name><surname>Gielen</surname> <given-names>S. C.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Associative memory with dynamic synapses</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>14</volume>, <fpage>2903</fpage>&#x02013;<lpage>2923</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976602760805331</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12487797</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pinamonti</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Joaquin</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Torres</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Stochastic resonance crossovers in complex networks</article-title>. <source>PLoS ONE</source> <volume>7</volume>:<fpage>e51170</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0051170</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23272090</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Roopun</surname> <given-names>A. K.</given-names></name> <name><surname>Kramer</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>Carracedo</surname> <given-names>L. M.</given-names></name> <name><surname>Kaiser</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Davies</surname> <given-names>C. H.</given-names></name> <name><surname>Traub</surname> <given-names>R. D.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2008</year>). <article-title>Period concatenation underlies interactions between gamma and beta rhythms in neocortex</article-title>. <source>Front. Cell. Neurosci.</source> <volume>2</volume>:<fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/neuro.03.001.2008</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18946516</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rulkov</surname> <given-names>N. F.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Modeling of spiking-bursting neural behavior using two-dimensional map</article-title>. <source>PRE</source> <volume>65</volume>:<fpage>041922</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.65.041922</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12005888</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sirota</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Csicsvari</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Buhl</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Buzs&#x000E1;ki</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Communication between neocortex and hippocampus during sleep in rodents</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.</source> <volume>100</volume>, <fpage>2065</fpage>&#x02013;<lpage>2069</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.0437938100</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12576550</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Steriade</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Impact of network activities on neuronal properties in corticothalamic systems</article-title>. <source>J. Neurophysiol.</source> <volume>86</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>39</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">11431485</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tateno</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Harsch</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Robinson</surname> <given-names>H. P. C.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Threshold firing frequency-current relationship of neurons in rat somatosensory cortex: type 1 and type 2 dynamics</article-title>. <source>J. Neurophysiol.</source> <volume>92</volume>, <fpage>2283</fpage>&#x02013;<lpage>2294</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/jn.00109.2004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15381746</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Thomson</surname> <given-names>A. M.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Facilitation, augmentation and potentiation at central synapses</article-title>. <source>Trends Neurosci.</source> <volume>23</volume>, <fpage>305</fpage>&#x02013;<lpage>312</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0166-2236(00)01580-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10856940</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Cortes</surname> <given-names>J. M.</given-names></name> <name><surname>Marro</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Competition between synaptic depression and facilitation in attractor neural networks</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>19</volume>, <fpage>2739</fpage>&#x02013;<lpage>2755</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/neco.2007.19.10.2739</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17716010</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Marro</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Brain performance versus phase transitions</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>5</volume>:<fpage>12216</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep12216</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26193453</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Marro</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Mejias</surname> <given-names>J. F.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Can intrinsic noise induce various resonant peaks?</article-title> <source>New J. Phys.</source> <volume>13</volume>:<fpage>053014</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/13/5/053014</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Torres</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Pantic</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Kappen</surname> <given-names>H. J.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Storage capacity of attractor neural networks with depressing synapses</article-title>. <source>Phys. Rev. E</source> <volume>66</volume>:<fpage>06190</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.66.061910</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12513321</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tsodyks</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Pawelzik</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Markram</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Neural networks with dynamic synapses</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>10</volume>, <fpage>821</fpage>&#x02013;<lpage>835</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976698300017502</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9573407</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Markram</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Goodman</surname> <given-names>P. H.</given-names></name> <name><surname>Berger</surname> <given-names>T. K.</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Goldman-Rakic</surname> <given-names>P. S.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Heterogeneity in the pyramidal network of the medial prefrontal cortex</article-title>. <source>Nat. Neurosci.</source> <volume>9</volume>, <fpage>534</fpage>&#x02013;<lpage>542</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nn1670</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16547512</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>White</surname> <given-names>J. A.</given-names></name> <name><surname>Banks</surname> <given-names>M. I.</given-names></name> <name><surname>Pearce</surname> <given-names>R. A.</given-names></name> <name><surname>Kopell</surname> <given-names>N. J.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Networks of interneurons with fast and slow-aminobutyric acid type A (GABA<sub>A</sub>) kinetics provide substrate for mixed gamma-theta rhythm</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.</source> <volume>97</volume>, <fpage>8128</fpage>&#x02013;<lpage>8133</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.100124097</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10869419</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B64">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yoshimura</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Dantzker</surname> <given-names>J. L. M.</given-names></name> <name><surname>Callaway</surname> <given-names>E. M.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Excitatory cortical neurons form fine-scale functional networks</article-title>. <source>Nature</source> <volume>433</volume>, <fpage>868</fpage>&#x02013;<lpage>873</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature03252</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15729343</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>