Modeling rhythmic patterns in the hippocampus

We investigate different dynamical regimes of neuronal network in the CA3 area of the hippocampus. The proposed neuronal circuit includes two fast- and two slowly-spiking cells which are interconnected by means of dynamical synapses. On the individual level, each neuron is modeled by FitzHugh-Nagumo equations. Three basic rhythmic patterns are observed: gamma-rhythm in which the fast neurons are uniformly spiking, theta-rhythm in which the individual spikes are separated by quiet epochs, and theta/gamma rhythm with repeated patches of spikes. We analyze the influence of asymmetry of synaptic strengths on the synchronization in the network and demonstrate that strong asymmetry reduces the variety of available dynamical states. The model network exhibits multistability; this results in occurrence of hysteresis in dependence on the conductances of individual connections. We show that switching between different rhythmic patterns in the network depends on the degree of synchronization between the slow cells.Comment: 10 pages, 9 figure

Multifactorial approach to preparing Russian young people for a future profession

This article examines the theory and practice of a multi-level system of continuous innovative education. The pedagogical system of multilevel continuous creative education is considered in detail, and sufficient creative pedagogical methods are put forward for the formation of creative thinking and the development of students' creative abilities. Creative approach provides teachers and students with intellectual tools for the formation of creative systems thinking, teaches them to look at the world systematically and manage thought processes. Innovative teaching methods in the continuous formation of a multilevel system of creative thinking provide the basic principles of teaching by changing the structure of the lessons and implementing their original content. Using them, it is possible to significantly accelerate the solution of a pressing problem in Russia: formation of a creative personality of students

New Approach to Nonlinear Dynamics of Fullerenes and Fullerites

New type of nonlinear (anharmonic) excitations -- bushes of vibrational modes -- in physical systems with point or space symmetry are discussed. All infrared active and Raman active bushes for C60 fulerene are found by means of special group-theoretical methods.Comment: LaTeX, 8 pages, to be published in Fizika Tverdogo Tela, 200

Вплив L-aргініну на швидкість розрішення післяопераційного парезу кишечника у хворих з ургентною абдомінальною патологією

Background. Postoperative ileus is widespread in the postoperative period and occurs not only after extended operations on the abdominal cavity, retroperitoneal cavity, but also after minor surgical interventions, including laparoscopic operations [1, 2]. The aim of this study is to increase the effectiveness of intensive care after urgent abdominal surgeries by developing a drug correction for bowel motility disorders based on studying of the motor and evacuator function of the gastrointestinal tract, inflammatory markers, hemodynamic parameters and electrolyte blood composition. Materials and methods. 51 patients were examined, who underwent urgent surgical interventions with laparotomy access for infringed hernias, acute intestinal obstruction, perforation of duodenal ulcers. Depending on the variant of drug correction of postoperative intestinal motility disorder, patients were divided into 2 groups. The first (control) group (n = 27). In the postoperative period, the pharmacological correction of the motor-evacuator function of the gastrointestinal tract was performed by combining a solution of 0,5% metoclopramide and neostigmine bromide. The second (main) group (n = 24). In the postoperative period, the pharmacological correction of the motor-evacuator function of the gastrointestinal tract was performed by combining 0.5% metoclopramide solution and L-arginine (Tivortin, Yuriya-Farm, Ukraine). Motorevacuation disorders of the gastrointestinal tract (the frequency of development of bloating, nausea, vomiting, delay in the escape of gases, an independent moving of gases, measurement of intra-abdominal pressure), parameters of hemodynamics, the level of systolic, diastolic, mean arterial pressure, cardiac index, stroke volume, total peripheral vascular resistance, heart rate, minute volume of blood circulation and left ventricular power, markers of inflammation (leukocyte count, fibrinogen, IL-lα, TNFα, IL-10, calculation of leukocyte intoxication index, the study of electrolytes of blood serum (Na+, K+, Ca2+, Cl- ) were studied before and after 1st, 3rd and 7th days after the operation. Results. The use of L-arginine leads to a decrease in the phenomena of peripheral vasospasm, which, improving the microcirculation of the intestinal wall leads to a faster recovery of the motor-evacuation function of the gastrointestinal tract. With standard prokinetic therapy (combination of metoclopramide with neostigmine bromide), the number of patients with elevated intra-abdominal pressure increases in 92,1%, оn the second day after surgery, the number of patients with elevated intra-abdominal pressure exceeds the norm in 100%. The resumption of intestinal motility 3 days after the operation is accompanied by the normalization of intra-abdominal pressure in 55% of patients. Against the backdrop of the use of L-arginine with metoclopramide on day 1 after the operation, the number of patients with an increase in intra-abdominal pressure does not exceed 50%. 37,5% of them have elevated intra-abdominal pressure, 8,3% have abdominal hypertension of the 1st degree. On the second day of the observation, intraabdominal pressure in 41,7% patients normalized, abdominal hypertension of 1 degree was noted in 16,7%. of them. On the 3rd day after surgery, intra-abdominal pressure corresponded to the norm in 79,2% of patients, abdominal hypertension of 1st degree was registered in 8,3% of patients. Сonclusions. The use of a combination of metoclopramide with L-arginine reduces the stress on the myocardium, activates - anti-inflammatory link of the cytokine system, accelerates the normalization of intra-abdominal pressure, increases the rate of self-evacuation, independent defecation, and reduces the patients’ stay in the intensive care, which makes it possible to recommend it as the most optimal remedy for resuming motor activity intestines after urgent operations in abdominal surgery.Актуальность. Моторно-эвакуаторная дисфункция желудочно-кишечного тракта широко распространена в послеоперационном периоде и возникает не только после больших операций на брюшной полости, забрюшинном пространстве, но и после небольших по объему оперативных вмешательств, в том числе выполненных лапароскопически [1, 2]. Целью данного исследования является повышение эффективности интенсивной терапии после неотложных абдоминальных операций путем разработки медикаментозной коррекции нарушений моторики кишечника на основании изучения моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта, маркеров воспаления, показателей гемодинамики и электролитного состава крови. Материалы и методы. Обследовано 51 больных, которым проводились ургентные оперативные вмешательства лапаротомным доступом по поводу ущемленнных грыж, острой кишечной непроходимости, перфорации язв двенадцатиперстной кишки. В зависимости от варианта медикаментозной коррекции послеоперационного нарушения моторики кишечника пациенты были разделены на 2 группы. У больных первой (контрольной) группы (n=27) в послеоперационном периоде медикаментозная коррекция моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта проводилась комбинацией раствора метоклопрамида и неостигмина бромида. Больным второй (основной) группы (n = 24) в послеоперационном периоде медикаментозная коррекция моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта проводилась комбинацией раствора метоклопрамида и L-аргинина (Тивортин, “Юрия-Фарм”, Украина). Моторно-эвакуаторные нарушения желудочно-кишечного тракта (частоту развития вздутия живота, тошноту, рвоту, задержку отхождения газов, начало самостоятельного отхождения газов, измерение внутрибрюшного давления), параметры гемодинамики, уровень систолического, диастолического, среднего артериального давления, сердечный индекс, ударный объем, общее периферическое сосудистое сопротивление, частоту сердечных сокращений, минутный объем кровообращения, работу имощность левого желудочка, маркеры воспаления (уровень лейкоцитов, фибриногена, IL-lα, TNFα, IL-10, лейкоцитарный индекс интоксикации, уровень электролитов сыворотки крови (Na+ , K+ , Ca2+, Cl- ) изучали до и на 1, 3, 5 и 7 сутки после операции. Результаты. Применение L-аргинина уменьшало явления периферического вазоспазма, что за счёт улучшения микроциркуляции стенки кишки способствовало ускоренному восстановлению моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта. При стандартной прокинетической терапии (комбинация метоклопрамида с неостигмина бромидом) через 1 сутки после операции до 92,1% увеличивается количество больных с повышенным внутрибрюшным давлением, на 2 сутки после операции количество больных с повышенным внутрибрюшным давлением увеличивается до 100%. Возобновление моторики кишечника через 3 суток после операции сопровождается нормализацией внутрибрюшного давления у 55% больных. На фоне применения L-аргинина с метоклопрамидом в 1 сутки после операции количество больных с повышенным внутрибрюшым давлением не превышает 50%, из них 37,5% имеют повышенное внутрибрюшное давление, 8,3% – внутрибрюшную гипертензию 1 степени. На вторые сутки наблюдения у 41,7% больных внутрибрюшное давление нормализуется, внутрибрюшная гипертензия 1 степени отмечается у 16,7%. На 3 сутки после операции внутрибрюшное давление соответствует норме у 79,2% больных, внутрибрюшная гипертензия 1 степени регистрируется у 8,3% больных. Выводы. Использование комбинации метоклопрамида с L-аргинином уменьшает нагрузку на миокард, активизирует противовоспалительное звено цитокиновой системы, ускоряет нормализацию внутрибрюшного давления, увеличивает скорость самостоятельного отхождения газов и дефекации, сокращает пребывание пациентов в ОАИТ, что позволяет рекомендовать его в качестве наиболее оптимального варианта возобновления моторики кишечника после неотложных операций в абдоминальной хирургии.Актуальність. Моторно-евакуаторна дисфункція шлунково-кишкового тракту широко розповсюджена в післяопераційному періоді і виникає не тільки після великих операцій на черевній порожнині, заочеревиннному просторі, а й після невеликих за обсягом оперативних втручань, у тому числі виконаних лапароскопічно. Порушення моторики шлунка та кишечника зазвичай триває перші 3–5 діб після операції, що підвищує тривалість перебування в стаціонарі, летальність та вартість лікування [1, 2]. Мета дослідження. Підвищення ефективності інтенсивної терапії після невідкладних абдомінальних операцій шляхом розробки та обґрунтування медикаментозної корекції порушень моторики кишок на підставі вивчення моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту, маркерів запалення, показників гемодинаміки та електролітного складу крові. Матеріали та методи. Обстежено 51 хворих, яким у КЗ “Дніпропетровська шоста міська клінічна лікарня” ДОР проводилися оперативні втручання лапаротомним доступом з приводу защемлених кил, гострої кишкової непрохідності, перфорації виразок 12-палої кишки з розлитим перитонітом. Залежно від варіанта медикаментозної корекції післяопераційного порушення моторики кишок хворих було поділено на дві групи. До 1 (контрольної) групи увійшло 27 пацієнтів. Тривалість оперативного втручання у хворих цієї групи становила 81,5 ± 29,0 хвилин. Медикаментозна корекція порушень моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту у них проводилася комбінацією метоклопраміду та неостигміну броміду. До 2 (основної) групи увійшло 24 хворих, серед яких було 9 чоловіків і 15 жінок. Тривалість оперативного втручання складала 104,6 ± 48,3 хвилини. Хворим цієї групи медикаментозна корекція моторно-евакуаторної функції шлунково-кишкового тракту проводилася комбінацією розчину 0,5 % метоклопраміду та L-аргініну (Тівортін, “Юрія-Фарм”, Україна). Моторно-евакуаторні порушення шлунково-кишкового тракту, вимірювання внутрішньочеревного тиску, параметрів гемодинаміки, маркерів запалення здійстнювали до операції, через 1, 3 і 7 діб після неї. Прикінцевими результатами лікування були: тривалість перебування у BAIT та у стаціонарі, летальність у BAIT та у стаціонарі, строки відновлення самостійного відходження газів та відновлення самостійної дефекації. Кінцевою точкою дослідження була 28 доба після оперативного втручання, коли оцінювали якість життя за шкалою Rancho Los Amigos Scale (RLAS). Результати. До операції гострі хірургічні захворювання органів черевної порожнини супроводжуються моторно-евакуаторними розладами шлунково-кишкового тракту, помірною внутрішньочеревною гіпертензією, гемодинамічними змінами у вигляді підвищення роботи лівого шлуночка при зменшенні його потужності, збільшенням периферичного судинного опору на тлі зменшення ударного об’єму. В післяопераційному періоді стандартної стимуляції шлунково-кишкового тракту у більшості хворих порушення моторики шлунково-кишкового тракту досягають свого максимуму на 2–3 добу та супроводжуються підвищенням внутрішньочеревного тиску, наростаючим збільшенням судинного опору, підвищеною роботою лівого шлуночка при зменшеній його потужності та запальною відповіддю організму, яка зберігається понад 7 діб після операції. Прискорення відновлення перистальтики настає при включенні до терапії L-аргініну і супроводжується зменшенням постнавантаження, сталою роботою лівого шлуночка при збільшенні його потужності та прискореним розрішенням запальної відповіді організму

An extensive-air-shower-like event registered with the TUS orbital detector

TUS (Tracking Ultraviolet Set-up) is the world's first orbital detector of ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs). It was launched into orbit on 28th April 2016 as a part of the scientific payload of the Lomonosov satellite. The main aim of the mission was to test the technique of measuring the ultraviolet fluorescence and Cherenkov radiation of extensive air showers generated by primary cosmic rays with energies above ~100 EeV in the Earth atmosphere from space. During its operation for 1.5 years, TUS registered almost 80,000 events with a few of them satisfying conditions anticipated for extensive air showers (EASs) initiated by UHECRs. Here we discuss an event registered on 3rd October 2016. The event was measured in perfect observation conditions as an ultraviolet track in the nocturnal atmosphere of the Earth, with the kinematics and the light curve similar to those expected from an EAS. A reconstruction of parameters of a primary particle gave the zenith angle around 44$^\circ$ but an extreme energy not compatible with the cosmic ray energy spectrum obtained with ground-based experiments. We discuss in details all conditions of registering the event, explain the reconstruction procedure and its limitations and comment on possible sources of the signal, both of anthropogenic and astrophysical origin. We believe this detection represents a significant milestone in the space-based observation of UHECRs because it proves the capability of an orbital telescope to detect light signals with the apparent motion and light shape similar to what are expected from EASs. This is important for the on-going development of the future missions KLYPVE-EUSO and POEMMA, aimed for studying UHECRs from space.Comment: 24 pages; v2: important changes to address comments by the anonymous referee; main conclusions unchange

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ И БИОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

The article provides information about a research dedicated to the study of anthropogenic and biogenic pollution in the Russian seas on the basis of integrated use of satellite information, performed in Russian Space Research Institute. We discuss the goals and objectives of the project, state of the problem, methods and tools used for implementation of the project. Particular attention is paid to the expected results to be obtained upon completion of the project at the end of 2016.В статье приводится информация о работах по исследованию антропогенных и биогенных загрязнений в морях России на основе использования комплексной спутниковой информации, которые проводятся в ИКИ РАН. Обсуждаются цели и задачи исследований, состояние проблемы, методы и средства, используемые для выполнения работ. Особое внимание уделено ожидаемым результатам, которые будут получены в конце 2016 г

Time-Fractional Optimal Control of Initial Value Problems on Time Scales

We investigate Optimal Control Problems (OCP) for fractional systems involving fractional-time derivatives on time scales. The fractional-time derivatives and integrals are considered, on time scales, in the Riemann--Liouville sense. By using the Banach fixed point theorem, sufficient conditions for existence and uniqueness of solution to initial value problems described by fractional order differential equations on time scales are known. Here we consider a fractional OCP with a performance index given as a delta-integral function of both state and control variables, with time evolving on an arbitrarily given time scale. Interpreting the Euler--Lagrange first order optimality condition with an adjoint problem, defined by means of right Riemann--Liouville fractional delta derivatives, we obtain an optimality system for the considered fractional OCP. For that, we first prove new fractional integration by parts formulas on time scales.Comment: This is a preprint of a paper accepted for publication as a book chapter with Springer International Publishing AG. Submitted 23/Jan/2019; revised 27-March-2019; accepted 12-April-2019. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1508.0075