<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">714978</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2021.714978</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Synchronization in Networks With Heterogeneous Adaptation Rules and Applications to Distance-Dependent Synaptic Plasticity</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Berner and Yanchuk</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Synchronization in Networks With Distance-Dependent Plasticity</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>Rico</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1294541/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>Serhiy</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/81670/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Institut f&#xfc;r Mathematik, Technische Universit&#xe4;t Berlin, <addr-line>Berlin</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>Institut f&#xfc;r Theoretische Physik, Technische Universit&#xe4;t Berlin, <addr-line>Berlin</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/225025/overview">Jun Ma</ext-link>, Lanzhou University of Technology, China</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/598942/overview">Syamal Kumar Dana</ext-link>, Jadavpur University, India</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/644332/overview">Gopal R</ext-link>., SASTRA University, India</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Rico Berner, <email>rico.berner@physik.tu-berlin.de</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Dynamical Systems, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>714978</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>26</day>
<month>05</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>21</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Berner and Yanchuk.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Berner and Yanchuk</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) and the copyright owner(s) 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&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>This work introduces a methodology for studying synchronization in adaptive networks with heterogeneous plasticity (adaptation) rules. As a paradigmatic model, we consider a network of adaptively coupled phase oscillators with distance-dependent adaptations. For this system, we extend the master stability function approach to adaptive networks with heterogeneous adaptation. Our method allows for separating the contributions of network structure, local node dynamics, and heterogeneous adaptation in determining synchronization. Utilizing our proposed methodology, we explain mechanisms leading to synchronization or desynchronization by enhanced long-range connections in nonlocally coupled ring networks and networks with Gaussian distance-dependent coupling weights equipped with a biologically motivated plasticity&#x20;rule.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>synaptic plasticity</kwd>
<kwd>adaptive networks</kwd>
<kwd>phase oscillator</kwd>
<kwd>synchronization</kwd>
<kwd>distance-dependent synaptic plasticity</kwd>
<kwd>nonlocally coupled rings</kwd>
<kwd>master stability approach</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">411803875 440145547</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Deutsche Forschungsgemeinschaft10.13039/501100001659</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>In nature and technology, complex networks serve as a ubiquitous paradigm with a broad range of applications from physics, chemistry, biology, neuroscience, socioeconomic, and other systems [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Dynamical networks consist of interacting dynamical units, such as neurons or lasers. Collective behavior in dynamical networks has attracted much attention in recent decades. Depending on the network and the specific dynamical system, various synchronization patterns with increasing complexity were explored [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Even in simple models of coupled oscillators, patterns such as complete synchronization [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], cluster synchronization [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], and various forms of partial synchronization have been found, such as frequency clusters [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], solitary [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], or chimera states [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. In particular, synchronization is believed to play a crucial role in brain networks, for example, under normal conditions in the context of cognition and learning [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>], and under pathological conditions, such as Parkinson&#x2019;s disease [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], epilepsy [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>], tinnitus [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], schizophrenia, to name a few&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>The powerful methodology of master stability function [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] has been a milestone for the analysis of synchronization phenomena. This method allows for the separation of dynamic and structural features in dynamical networks. It greatly simplifies the problem by reducing the dimension and unifying the synchronization study for different networks. Since its introduction, the master stability approach has been extended and refined for various complex systems [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], and methods beyond the local stability analysis have been developed [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. More recently, the master stability approach has been extended to another class of oscillator networks with high application potential, namely adaptive networks&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>].</p>
<p>Adaptive networks are commonly used models for various systems from nature and technology [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. A prominent example are neuronal networks with spike-timing dependent plasticity, in which the synaptic coupling between neurons changes depending on their relative spiking times [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>]. There are a large number of studies investigating the dynamic properties induced by this form of synaptic plasticity [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>]. However, analysis is usually limited to only one or two forms of spike timing-dependent plasticity within a neuronal population. On the other hand, experimental studies indicate that different forms of spike timing-dependent plasticity may be present within a neuronal population, where the form depends on the connection structure between the axons and dendrites [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>]. Among all structural aspects, an important factor for the specific form of the plasticity rule is the distance between neurons [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>]. More specifically, it has been found that the plasticity rule between proximal or distal neurons, respectively, can change from Hebbian-like to anti-Hebbian-like [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>].</p>
<p>This work introduces a methodology to study synchronization in adaptive networks with heterogeneous plasticity (adaptation) rules. As a paradigmatic system, we consider an adaptively coupled phase oscillator network [<xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B75">75</xref>], which is proven to be useful for predicting and describing phenomena occurring in more realistic and detailed models [<xref ref-type="bibr" rid="B76">76</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B79">79</xref>]. More specifically, in the spirit of the master stability function approach, we consider the synchronization problem as the interplay between network structure and a heterogeneous adaptation rule arising from distance- (or location-)dependent synaptic plasticity. For a given heterogeneous adaptation rule, our master stability function provides synchronization criteria for any coupling configuration. As illustrative examples, we consider a nonlocally coupled ring with biologically motivated plasticity rule, and a network with a Gaussian distance-dependent coupling weights. We explained such intriguing effects as synchronization or desynchronization by enhancement of long-distance&#x20;links.</p>
<p>We introduce the model in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>. Building on findings from [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], we develop a master stability approach in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> that takes a heterogeneous adaptation rule in account. In <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>, we provide an approximation of the structural eigenvalues that determine the stability of the synchronous state. We then consider two different setups: a nonlocally coupled ring in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref> and a weighted network with Gaussian distance distribution of coupling weights in <xref ref-type="sec" rid="s4-3">Section 4.3</xref>. Both systems are equipped with a biologically motivated plasticity rule. In <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, we summarize the results.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Model</title>
<p>In this work, we study the synchronization on networks with adaptive coupling weights, where the adaptation (plasticity) rule depends on the distance between oscillators (neurons). We consider the model of adaptively coupled phase oscillators, which has proven to be useful for understanding dynamics in neuronal systems with spike timing-dependent plasticity [<xref ref-type="bibr" rid="B77">77</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B79">79</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. The model reads as follows:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x211d;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2124;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is the phase of the <italic>i</italic>th oscillator, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is the dynamical coupling weight from oscillator <italic>j</italic> to <italic>i</italic>, <italic>&#x3c9;</italic> denotes the natural frequency of each oscillator, and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the entries of the weighted adjacency matrix <italic>A</italic> describing the network connectivity. The time scales of the &#x201c;fast&#x201d; phase oscillators and &#x201c;slow&#x201d; coupling weights are separated by the parameter &#x3f5;, which we assume to be small <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The functions <italic>g</italic> and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the coupling and the <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> plasticity functions, respectively. For illustrative purposes, the coupling function is set throughout the paper to <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the phase lag parameter &#x3b1; [<xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>]. Such a phase lag can account for a small synaptic propagation delay [<xref ref-type="bibr" rid="B81">81</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B81">48</xref>]. For formal derivations, however, a generic coupling function is used. Note that the system <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> is shift-symmetric, i.e.,&#x20;invariant under the transformation <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x21a6;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for any <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This allows us to restrict our consideration to the case <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by introducing a new &#x201c;co-rotating&#x201d; coordinate system <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>new</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The main difference of system <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> from the models considered previously in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B74">74</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>], is that the plasticity functions <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be different for each network connection <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>A solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> is called <italic>phase-locked</italic> if, for all <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the phases evolve as <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with some <italic>collective frequency</italic> <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x211d;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. If <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the phase-locked state is called <italic>in-phase synchronous</italic> or, short, <italic>synchronous</italic>&#x20;state.</p>
<p>In the case of in-phase synchronous state, we can set <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each oscillator due to the shift symmetry of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>. The in-phase synchronous state is given as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where we assume that the weighted row sum <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is constant for all. Such an assumption of constant row sum is necessary for the existence of the synchronous state. Moreover, it is satisfied for commonly considered cases of global or nonlocal shift-invariant coupling.</p>
<p>In the following section, we show how the stability of the synchronous state is determined in a master-stability-like approach.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Master Stability Approach</title>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, we have introduced a general class of models and&#x20;the&#x20;synchronous state, that are considered throughout this&#x20;paper. In this section, we derive a framework for the local stability analysis of the synchronous states. We note that the master stability approach for homogeneous adaptations <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> was introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>]. Here we extend the methodology to heterogeneous adaptation&#x20;rules.</p>
<p>To describe the local stability, we introduce the variations <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The linearized equations for these variations can be written in the following matrix form<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is <italic>N</italic>-dimensional vector containing the perturbations <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the phases and <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>- dimensional vectorized perturbations of coupling weights <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">vec</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> weighted Laplacian matrix <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has the following elements<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The time-independent matrices <italic>B</italic> and <italic>C</italic> are<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22f1;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22f1;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>diag</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>diag</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mtext>diag</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22f1;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that due to the shift symmetry of <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>, the Jacobian <italic>J</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> is time independent. Therefore, the real parts of the <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> eigenvalues <italic>&#x3bb;</italic> of <italic>J</italic> are the Lyapunov exponents of the synchronous state and hence determine its local stability. In the following proposition, we exploit the fact that <italic>J</italic> contains a large diagonal block <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to reduce the dimension of the eigenvalue problem for&#x20;<italic>J</italic>.</p>
<p>
<statement content-type="proposition" id="proposition_1">
<p>P<sc>roposition</sc> 1. <italic>Suppose</italic> <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is an in-phase synchronous state of</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>
<italic>. Then its linear stability is determined by the</italic> <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>-dimensional linear system</italic>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<italic>where</italic> <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>are as in</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> <italic>and the</italic> <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>weighted Laplacian matrix</italic> <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>possesses the following elements</italic>
<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="proof" id="uProof_1">
<label>P<sc>roof</sc>.</label>
<p> We remind that system <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> determines the spectrum (Lyapunov exponents) of the synchronous state. The Jacobian matrix in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> is sparse with a large <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> block given by the simple diagonal matrix <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This implies that <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> possess <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stable directions with Lyapunov exponents <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To find these directions, we substitute <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> and obtain the linear system<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This system has at least <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> linearly independent solutions, since the matrix in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> is degenerate due to the large <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> zero block. The structure of the invariant subspaces in system <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq.&#x20;5</xref>&#x20;allows for introducing new coordinates, which separate the <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stable directions (corresponding to the eigenvalues <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) from the remaining <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions. Explicitly, this transformation is given by<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix <italic>R</italic>. Here <italic>K</italic> is an <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> orthogonal matrix with <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Applying this transformation, we obtain the following system<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are an <italic>N</italic> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional vectors, respectively, and the <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> weighted Laplacian matrix <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>. For more details on the transformation, we refer the reader to [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>]. We observe that the variables <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are independent on <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, separating the master from the slave system, the resulting coupled differential equations that determine the stability of the synchronous state are given by system <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref>. This concludes the&#x20;proof.</p>
<p>&#x2003;<xref ref-type="statement" rid="proposition_1">Proposition 1</xref> reduces the problem&#x2019;s dimension significantly from <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the spirit of the master stability approach [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>], we aim for further decomposition of the <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>- dimensional coupled system <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> into dynamically independent blocks of dimension 2. For this, we restrict our consideration to the case when <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be diagonalized <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by a nonsingular complex-valued matrix <italic>Q</italic>. Note that the eigenvalues <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> lie on the diagonal of <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In general, the matrices <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> do not commute. Therefore, <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is not necessarily of upper triangular shape. Regardless of this fact, the following proposition provides an explicit form for the eigenvalues of <italic>J</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> in the limit of slow adaptation, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="proposition" id="proposition_2">
<p>P<sc>roposition</sc> 2. <italic>Assume that</italic> <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is diagonalizable, with</italic> <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>being the associated diagonal matrix and Q the corresponding transformation. Let</italic> <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>be an in-phase synchronous state of</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eqs. 1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> <italic>Then, the local stability of this state is determined by the solutions of N quadratic equations, which are given up to the first order in</italic> &#x3f5; <italic>as</italic>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<italic>where</italic> <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>are the eigenvalues of</italic> <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>located on the diagonal of</italic> <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>are the corresponding diagonal elements of</italic> <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <italic>If</italic> <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>commute, then</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> <italic>is exact, and</italic> <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>are the eigenvalues of</italic>&#x20;<inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>P<sc>roof</sc>. Due to <xref ref-type="statement" rid="proposition_1">Proposition 1</xref>, the eigenvalues of the Jacobian in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> are given by<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where we have used the transformation <italic>Q</italic> that brings <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the diagonal form <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Making further use of the Schur complement [<xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref>], we obtain<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The latter equation is almost diagonal. The only off-diagonal components remain from <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and scale with &#x3f5;. Let us consider the Leibniz formula for the determinant of an <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix <italic>F</italic> with entries <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that reads <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mtext>Perm</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the latter expression <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Perm</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the set of all permutations &#x3c3; of the integer numbers <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the sign of&#x20;the permutation. Since all off-diagonal terms of the matrix considered in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref> scale with &#x3f5;, for any but the identical permutation each term <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> scales with <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or higher. Hence, we are left with <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x220F;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and find<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mtext>det</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x220F;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the eigenvalues of <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the diagonal elements of <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x220F;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes higher order terms (<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). If <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> commute, both matrices share the same set of eigenvectors and hence they can be brought to the diagonal form with the same transformation <italic>Q</italic>. In this case, the diagonal elements <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the eigenvalues of <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the higher order terms <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x220F;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref> vanish.</p>
<p>The <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> solutions <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the <italic>N</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> determine the stability of the synchronous state. More precisely, the real parts of theses solutions determine the Lyapunov exponents. If <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the synchronous state is locally stable, while for <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> it is locally unstable. The case <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> provides the stability boundary.</p>
<p>Note that for a fixed time scale parameter <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> and hence its solutions depend on the coupling function <italic>g</italic>, the&#x20;connectivity, and the adaptation structure. This dependence, however, is only encoded in the two complex parameters <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, we define the master stability function <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2102;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x211d;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that maps each pair of parameters <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the corresponding Lyapunov exponent.</p>
<p>For an illustration, we consider a cross-section of <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>- space by setting <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This cross-section is of particular interest in cases of symmetric matrices <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> since their eigenvalues are real. In <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, we present the master stability function for the coupling function <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and different values of the parameter &#x3b1;. In case of real &#x3bc; and <italic>&#x3bd;</italic>, we obtain two explicit stability conditions from <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>: The synchronous state is locally stable (<inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) if<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>These conditions agree with the black dashed lines in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> and are used subsequently to describe stability for certain network models.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The master stability function <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the coupling function <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and real &#x3bc; and &#x3bd; (<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The values of the master stability function are color-coded in all panels <bold>(A&#x2013;E)</bold>. The dashed black line describes the border between regions corresponding to local stability and instability, respectively. Parameters: <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.8</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-714978-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Synchronization on Networks With Distance-Dependent Plasticity</title>
<p>In the previous section, we established a generic analytic tool for studying stability of synchronous states. In this section, we focus on the application of the tool to certain network models. For the rest of the work, we restrict our attention to the following generalization of the Kuramoto-Sakaguchi system with distance-dependent synaptic plasticity<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The plasticity function <italic>h</italic> depends on the phase difference <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and on the distance <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this work, we associate the distance to the difference of indices by <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the plasticity function, we consider<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>With this form of the adaptation function, we have a symmetric <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a circulant <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> structure of the corresponding matrix with entries <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Particularly, for the numerical analysis, we use<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where the distance dependence is encoded in the phase shift function<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;even</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;odd</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2A</xref>, we illustrate the distance-dependent plasticity function <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> for a network of <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes. The illustration shows the different plasticity functions depending on the distance between the nodes <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The plasticity function changes from a Hebbian to anti-Hebbian rule for proximal and distal node, respectively. This change, particularly in the proximity of <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is in qualitative agreement with the experimental findings in [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>]. Note the symmetry of the plasticity function that renders the matrix with elements <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> circulant.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Panel <bold>(A)</bold> shows the plasticity function <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> depending on the distance <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exemplified for node <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in a network with <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes. Note that the colors of the links in the network <bold>(left)</bold> correspond to the colors of the depicted plasticity function (right). Panel <bold>(B)</bold> displays the connectivity structure of a nonlocally coupled ring network with <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes and a coupling range <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Panel <bold>(C)</bold> displays the weighted connectivity structure of a network with <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes <bold>(left)</bold> with distance-dependent Gaussian weight distribution <bold>(right)</bold>. Note that the colors of the links in the network (left) correspond to the colors of the bars in the weight distribution <bold>(right)</bold>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-714978-g002.tif"/>
</fig>
<p>If not indicated differently, we consider the coupling structure given by<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a bounded and piece-wise continuous function. This corresponds to a distant-dependent coupling, and it results to a dihedral symmetry in the coupling structure (ring-like).</p>
<p>In the following section, we provide an approximation for the eigenvalues of <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Dh</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for large networks with circulant connectivity and plasticity structure. Using this approximation, we subsequently analyze the stability of the synchronous state on nonlocally coupled networks and on isotropic networks with Gaussian weight distribution.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Approximation of the Eigenvalues for Large Systems With Circulant Structure</title>
<p>In the previous part, we have defined the plasticity functions <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in such a way that the structures of <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> inherit important properties from the underlying network structure <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In particular, assuming that the adjacency matrix is circulant, renders <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to be circulant, as&#x20;well.</p>
<p>In this section, we briefly recall how one can derive the eigenvalues <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) in case of a circulant structure. It is well-known that for a circulant matrix the eigenvalues are determined by applying a discrete Fourier approach [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>]. More precisely, suppose <italic>L</italic> is a circulant <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix where the elements of the first row are given by the entries <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Then the <italic>k</italic>th eigenvalue is explicitly given by<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>For the case of <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>, <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>, we obtain<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since the adjacency matrix <italic>A</italic> is assumed to be symmetric, the eigenvalues of <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are real. Therefore, we omit considering the imaginary part of <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref> provides exact expressions for the eigenvalues. However, the values depend on the total number of oscillators <italic>N</italic> that makes it harder to study the influence of other system properties, such as the coupling structure or the plasticity function. To remove this <italic>N</italic>-dependence, we consider the continuum limit <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (compare with [<xref ref-type="bibr" rid="B86">86</xref>]) and obtain<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Due to the definition of <italic>h</italic> and the symmetry of <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we find<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>for any <italic>k</italic>. This explicit expression allows studying the distribution of the eigenvalues <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for a given plasticity function <italic>h</italic> and coupling structure <italic>a</italic>. Note that a similar expression as (23) can be analogously derived for the eigenvalues of <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and reads<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We note that <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> due to the Laplacian structure of <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and&#x20;<inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The results from <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eqs. 23</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref> are applied in the next sections to analyze different networks.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Synchronization on Nonlocally Coupled Ring Networks</title>
<p>In this section, we analyze the effect of long distance connections on the stability of synchronous states in nonlocally coupled ring networks. We consider the coupling structure given by<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>for</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>for</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This means that any two oscillators are coupled if they are separated at most by the coupling range <italic>P</italic>. The coupling <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> defines a nonlocal ring structure with coupling range <italic>p</italic> to each side and two special limiting cases: local ring for <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and globally coupled network for <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (if <italic>N</italic> is even, else <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The matrix of the form Eq. 25 is circulant [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>] and has constant row sum, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. An illustration for <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> adn <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is presented in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2B</xref>.</p>
<p>In order to study the influence of the coupling range, we use the approximations for the eigenvalues <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> derived in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>. The nonlocally coupled ring structure is expressed by the piecewise continuous function <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> otherwise with relative coupling range <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, for a nonlocally coupled ring Eq. 25 and plasticity function <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref>, we find<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>for the eigenvalues <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Analogously, we obtain<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>for <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of&#x20;<inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3A</xref>, we provide an error analysis of the&#x20;approximations <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> compared to the exact&#x20;eigenvalues given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>. As expected, the errors tend to zero as the number of oscillators increases. Additionally in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3B,C</xref>, we display <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for several values of <italic>k</italic> depending on the relative coupling range&#x20;<italic>p</italic>. We observe that <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <italic>k</italic>. This is due to given plasticity function <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref>, for which the update is positive (or equal to zero) for all distances at <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all&#x20;<inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Panel <bold>(A)</bold> shows the errors <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (black) and <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (blue) with <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>exact</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the approximations <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>, respectively, where <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>exact</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the exact eigenvalues derived by a discrete Fourier transformation, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>. The errors are displayed in dependence of the system size <italic>N</italic> (number of oscillators). The relative coupling range is set to <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Panel <bold>(B)</bold> and <bold>(C)</bold> show the approximated eigenvalues given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>, respectively, depending on the relative coupling range <italic>p</italic> for different values of <italic>k</italic>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-714978-g003.tif"/>
</fig>
<p>It is important to note, that our choice of the circulant adaptation functions imply that the matrices <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are diagonalizable and commute. Hence, <xref ref-type="statement" rid="proposition_2">Proposition 2</xref> holds with the master stability <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> being exact. Therefore, the stability criterium <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> is also&#x20;exact.</p>
<p>Combining the fact <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the stability criterium <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref>, we find <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a necessary condition for the stability of the synchronous state for <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This yields, that the synchronous state can be stable only for <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In contrast to <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is in general neither positive nor negative definite, hence the eigenvalues <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> may take positive or negative values. This is due to the fact that the plasticity function may change sign at the origin, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> may change signs depending on the distance <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In particular, we find that only the eigenvalue <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> changes the sign, see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3C</xref>. This change may lead to a destabilization of the synchronous states as we show in the subsequent analysis. Finally, note that there exist <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to which the eigenvalues converge for large values of <italic>k</italic>. These limits are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3B,C</xref> as black&#x20;lines.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref>, we show different scenarios for the stability of the synchronous state depending on the phase lag parameter &#x3b1; and the coupling range <italic>p</italic>. Due to the necessary condition <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we consider <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> only. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A,B</xref> show that for <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the second stability condition Eq. 15 is only fulfilled for <italic>p</italic> larger than a critical value of the coupling range <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In these cases, a higher coupling range stabilizes the synchronous state. Note that <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The results seen in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A,B</xref> are in agreement with the results for a network of <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> coupled phase oscillators. For this network, we calculate the Laplacian eigenvalues and plot them along with the master stability function in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4E,F</xref>. The outcomes from numerical simulations are presented in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures&#x20;4I,J</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Stability analysis of the synchronous state of system <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs. 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> with plasticity rule <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> and coupling structure <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref>. Panels <bold>(A&#x2013;D)</bold> show the function <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for different <italic>&#x3b1;</italic>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref>, calculated with the approximations <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> depending on the relative coupling range <italic>p</italic>. In each panel, <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is displayed for different values of <italic>k</italic>. The gray shaded regions refer to unstable synchronous states. Panels (e,f,g,h) show the master stability function <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x39b;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the cross-section <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for different values of <italic>&#x3b1;</italic> with color code as in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. The crosses and dots correspond to two sets of eigenvalue pairs <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) for relative coupling range <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (blue crosses) and <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.45</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (black points), respectively. Panels <bold>(I&#x2013;L)</bold> show the synchronization error <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<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:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for simulations with relative coupling range <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (blue) and <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.45</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (black). Each simulation is initialized at a slightly perturbed synchronous state. Parameters: <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(A, E, I)</bold> <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(B, F, J)</bold> <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C, G, K)</bold> <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D, H, L)</bold> <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-714978-g004.tif"/>
</fig>
<p>The situation changes for <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4C,D</xref>. Here, for a large range of &#x3b1;, all nonlocally coupled networks lead to a stable synchronous state. However, closer to <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, long distance connections destabilize the synchronous state. In particular, this destabilization can be traced back to the single negative eigenvalue <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the Laplacian <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4H</xref>. Hence, the unstable manifold of the synchronous state is only one-dimensional. This finding is in agreement with the example of <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> phase oscillators presented in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4G,H,K, L</xref>. Particularly in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4L</xref>, the low dimension of the unstable manifold manifests itself as follows: The black trajectory first tends to the synchronous state along the <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stable directions before it is repelled along the direction corresponding to <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>We have shown that long distance interactions may stabilize or destabilize the synchronous state depending on the phase lag parameter &#x3b1;. In this section, all links have the same weight independent of the corresponding distance. In the next section, we analyze a network with a more realistic structure with a distance-dependent distribution of weights.</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Synchronization on Isotropic and Homogeneous Network With Gaussian Distance Distribution</title>
<p>In the previous section, we used the prototypical example of a nonlocally coupled rings to study the effects of long-range interaction on synchronization. In this setup, however, all links are equally weighted. In realistic systems, in contrast, the number of links with a certain distance are distributed, see [<xref ref-type="bibr" rid="B76">67</xref>] for details. To incorporate this into our network model, we weight the links with respect to a distance distribution. Measurements suggest that the distance distribution can be estimated by a mean and a distribution width [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>]. The Gaussian distributions is a paradigmatic distribution that allows for studying effects emanating from the mean and the distribution width. For the remainder of the section, we consider the link distance distribution given by a Gaussian distribution, and weight the links of the network connectivity structure <italic>A</italic> accordingly, i.e.<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3be;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic> are the mean value and the standard deviation,&#x20;respectively. Note that the standard deviation characterizes the width of the distribution. For the numerical simulations, we normalize each row of <italic>A</italic> by <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, we further make the assumption that the network is homogeneous&#x20;and isotropic. This means that in any direction from a node and at each node the network looks the same. Hence, we obtain a circulant connectivity structure. An illustration of the weight distribution for <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is presented in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2C</xref>.</p>
<p>As we know from <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eqs. 14</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, for <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the values of <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> determine the stability of the synchronous state. In particular, the synchronous state is stable if <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for a given <italic>N</italic> and unstable otherwise. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5A</xref>, we display <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>min</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and different mean values &#x3be; and standard deviations &#x3c3; of the weight distribution. In agreement with the finding in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>, the synchronized state stabilizes due to an increase of long distance interaction expressed by an increase of &#x3c3;. Complementing the finding in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>, here, we note that the stability can be also achieved by distributions with peaks at long distance links alone. In this case, the width of the distribution is not important. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5B</xref> shows how the boundary between regions corresponding to stable and unstable synchronization change for different values of <italic>&#x3b1;</italic>. As in the case of nonlocally coupled ring networks, with <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (with <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) the boundary tends to the limiting point <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. On the contrary, if <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (with <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the width of the distribution has to increase to have stable synchronization for small values of the mean <italic>&#x3be;</italic>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Stability analysis of the synchronous state of system <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs. 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> with plasticity rule <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs. 18</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> and coupling structure <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref>. Panels <bold>(A, C)</bold> show the minimum over all <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, se <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref>, for two different values of &#x3b1; depending on the mean value <italic>&#x3be;</italic> and the standard deviation <italic>&#x3c3;</italic> of the weight distribution. The minima are displayed in color code. Panels <bold>(B, D)</bold> show the boundaries between stable and unstable regions in <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>- plane for different values of &#x3b1; as given in the figure. Parameters: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>400</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>400</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(B, C)</bold> <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-714978-g005.tif"/>
</fig>
<p>An opposite scenario is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5C</xref> for <inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, an increase of the weights for long distance links destabilizes the synchronous state, as in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4D,H,L</xref>. We also note that for small values <italic>&#x3b1;</italic>, the synchronous state is stable for almost all values of <italic>&#x3c3;</italic> and <italic>&#x3be;</italic>, see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5D</xref>. Only in cases of distribution sharply peaked at long distances, i.e.,&#x20;<italic>&#x3be;</italic> close to <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3c3;</italic> close to 0, the synchronous state is unstable. This effect could not be found in networks with nonlocally coupled rings, see <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In summary, we have investigated the phenomenon of synchronization on adaptive networks with heterogeneous plasticity rules. In particular, we have modeled systems with distance-dependent plasticity as they have been found in neuronal networks experimentally [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>] as well as computational models [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>]. For the realization, we have used a ring-like network architecture and associated the distance of two nodes with the distance of their placement on the&#x20;ring.</p>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we have developed a generalized master stability approach for phase oscillator models that are adaptively coupled and where each link has its own adaptation rule (plasticity). By using an explicit splitting of the time scales between fast dynamics of the phase oscillators and slow dynamics of the link weights, we have established an explicit stability condition for the synchronous state. More precisely, we found that the stability is governed by the coupling function and the eigenvalues of two structure matrices. These structure matrices <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are determined by the connectivity of the network and the plasticity rules of the link weights. Note that for the structural matrices, the plasticity rule needs only to be known in the vicinity of 0, which greatly facilitates the application of the approach to realistic forms of synaptic plasticity. Thus, we have extended previous work on the master stability function of adaptive networks [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>] and broaden the scope of potential future applications for this methodology.</p>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we applied the novel technique to a system of adaptively coupled oscillators with distance-dependent plasticity. Here, we have used a ring-like network structure to study the impact of long- and short-distance connections on the stability of synchronization. For this purpose we introduced an approximation of the eigenvalues for the structure matrices in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>. This approximation allows for a comprehensive analysis of the stability as a function of various system parameters. Moreover, it enables us to identify critical eigenvalues that govern the stability of the synchronous state. In <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Sections 4.2</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s4-3">4.3</xref>, we have brought together all methodological findings and applied them to systems with a nonlocally coupled ring structure and with a Gaussian distribution of link weights. The latter structure accounts for the fact that in realistic neuronal populations the number of links with different distances are not uniformly distributed [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>]. We found that long-distance connections can stabilize or destabilize the synchronous state, depending on the coupling function between the oscillators. A remarkable fact with respect to neuronal applications relates to the destabilization scenario. Here we observed that the destabilization can be attributed to the pronounced change of the plasticity rule from Hebbian to anti-Hebbian. For more realistic connectivity structures, we found that weight distributions of the connectivity structure with sharp peaks at long distances lead to destabilization for a wide range of the coupling function.</p>
<p>All in all, in this article, we have provided a general framework to study the emergence of synchronization in neuronal system with a heterogeneous plasticity rule. The developed methodology is not limited to distance-dependent types of plasticity and can also be used for non-symmetric setups. For the latter case, we have provided the necessary analytical result. In this work, we have restricted our attention to the case of phase oscillators, but the methods can be extended to more realistic neuron models by using techniques established, for example, in [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. Moreover, techniques are available that allow for further generalization toward systems with slightly different local dynamics at each node [<xref ref-type="bibr" rid="B87">87</xref>]. On the one hand, the master stability approach offers a great tool to study the stability of the synchronous state depending on the networks structure. On the other hand, this approach allows for characterizing the network structures that are, in some sense, optimal for synchronization [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B89">89</xref>]. In this regard, it remains an open question as to how plasticity optimizes the synchronizability of the network in a self-organized way. In addition, recent studies have shown that there is a great interest in synchronization phenomena to understand diseases such as Parkinson&#x2019;s disease [<xref ref-type="bibr" rid="B90">90</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B92">92</xref>] or epilepsy [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B93">93</xref>] for the development of proper therapeutic treatments. We believe that our work provides an important step toward understanding synchronization under realistic conditions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>RB designed the study and did the numerical simulations. RB and SY developed the analytical results. Both authors contributed to the preparation of the manuscript. Both authors read and approved the final manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by the German Research Foundation DFG, Project Nos. 411803875 and 440145547, and the Open Access Publication Fund of TU Berlin.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</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>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Newman</surname>
<given-names>MEJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Structure and Function of Complex Networks</article-title>. <source>SIAM Rev</source> (<year>2003</year>) <volume>45</volume>:<fpage>167</fpage>&#x2013;<lpage>256</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/s003614450342480</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pikovsky</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenblum</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kurths</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Synchronization: A Universal Concept in Nonlinear Sciences</source>. <edition>1st ed.</edition> <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2001</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Strogatz</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Exploring Complex Networks</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2001</year>) <volume>410</volume>:<fpage>268</fpage>&#x2013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/35065725</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arenas</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>D&#xed;az-Guilera</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kurths</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moreno</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization in Complex Networks</article-title>. <source>Phys Rep</source> (<year>2008</year>) <volume>469</volume>:<fpage>93</fpage>&#x2013;<lpage>153</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physrep.2008.09.002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Boccaletti</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pisarchik</surname>
<given-names>AN</given-names>
</name>
<name>
<surname>del Genio</surname>
<given-names>CI</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amann</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Synchronization: From Coupled Systems to Complex Networks</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2018</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuramoto</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Chemical Oscillations, Waves and Turbulence</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>1984</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pecora</surname>
<given-names>LM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carroll</surname>
<given-names>TL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>GA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mar</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heagy</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fundamentals of Synchronization in Chaotic Systems, Concepts, and Applications</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>1997</year>) <volume>7</volume>:<fpage>520</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.166278</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.166278">https://doi.org/10.1063/1.166278</ext-link> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maistrenko</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mosekilde</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Partial Synchronization and Clustering in a System of Diffusively Coupled Chaotic Oscillators</article-title>. <source>Mathematics Comput Simulation</source> (<year>2001</year>) <volume>54</volume>:<fpage>491</fpage>&#x2013;<lpage>508</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0378-4754(00)00276-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Choe</surname>
<given-names>C-U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dahms</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>H&#xf6;vel</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Controlling Synchrony by Delay Coupling in Networks: from In-phase to Splay and Cluster States</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2010</year>) <volume>81</volume>:<fpage>025205</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.81.025205</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mesoscale and Clusters of Synchrony in Networks of Bursting Neurons</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2011</year>) <volume>21</volume>:<fpage>016106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3563581</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Motter</surname>
<given-names>AE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Symmetry-independent Stability Analysis of Synchronization Patterns</article-title>. <source>SIAM Rev</source> (<year>2020</year>) <volume>62</volume>:<fpage>817</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/19m127358x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multiclusters in Networks of Adaptively Coupled Phase Oscillators</article-title>. <source>SIAM J&#x20;Appl Dyn Syst</source> (<year>2019</year>) <volume>18</volume>:<fpage>2227</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/18m1210150</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jaros</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brezetsky</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levchenko</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dudkowski</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kapitaniak</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maistrenko</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Solitary States for Coupled Oscillators with Inertia</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2018</year>) <volume>28</volume>:<fpage>011103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5019792</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Teichmann</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenblum</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Solitary States and Partial Synchrony in Oscillatory Ensembles with Attractive and Repulsive Interactions</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2019</year>) <volume>29</volume>:<fpage>093124</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5118843</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Polanska</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Solitary States in Adaptive Nonlocal Oscillator Networks</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;Spec Top</source> (<year>2020</year>) <volume>229</volume>:<fpage>2183</fpage>&#x2013;<lpage>203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2020-900253-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuramoto</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Battogtokh</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coexistence of Coherence and Incoherence in Nonlocally Coupled Phase Oscillators</article-title>. <source>Nonlin Phen Complex Sys</source> (<year>2002</year>) <volume>5</volume>(4):<fpage>380</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abrams</surname>
<given-names>DM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Strogatz</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Chimera States for Coupled Oscillators</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2004</year>) <volume>93</volume>:<fpage>174102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.93.174102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization Patterns and Chimera States in Complex Networks: Interplay of Topology and Dynamics</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;Spec Top</source> (<year>2016</year>) <volume>225</volume>:<fpage>891</fpage>&#x2013;<lpage>919</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2016-02646-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Omel&#x2019;chenko</surname>
<given-names>OE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Mathematics behind Chimera States</article-title>. <source>Nonlinearity</source> (<year>2018</year>) <volume>31</volume>:<fpage>R121</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1261-6544/aaaa07</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Omel&#x2019;chenko</surname>
<given-names>OE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Knobloch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Chimerapedia: Coherence-Incoherence Patterns in One, Two and Three Dimensions</article-title>. <source>New J&#x20;Phys</source> (<year>2019</year>) <volume>21</volume>:<fpage>093034</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/ab3f6b</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singer</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuronal Synchrony: A Versatile Code for the Definition of Relations?</article-title> <source>Neuron</source> (<year>1999</year>) <volume>24</volume>:<fpage>49</fpage>&#x2013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0896-6273(00)80821-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fell</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Axmacher</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Role of Phase Synchronization in Memory Processes</article-title>. <source>Nat Rev Neurosci</source> (<year>2011</year>) <volume>12</volume>:<fpage>105</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nrn2979</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hammond</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bergman</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brown</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Pathological Synchronization in Parkinson&#x27;s Disease: Networks, Models and Treatments</article-title>. <source>Trends Neurosciences</source> (<year>2007</year>) <volume>30</volume>:<fpage>357</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tins.2007.05.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goriely</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuhl</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bick</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Neuronal Oscillations on Evolving Networks: Dynamics, Damage, Degradation, Decline, Dementia, and Death</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2020</year>) <volume>125</volume>:<fpage>128102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.125.128102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pfeifer</surname>
<given-names>KJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kromer</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cook</surname>
<given-names>AJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hornbeck</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lim</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mortimer</surname>
<given-names>BJP</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Coordinated Reset Vibrotactile Stimulation Induces Sustained Cumulative Benefits in Parkinson&#x27;s Disease</article-title>. <source>Front Physiol</source> (<year>2021</year>) <volume>12</volume>:<fpage>624317</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2021.624317</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jiruska</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Curtis</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jefferys</surname>
<given-names>JGR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schevon</surname>
<given-names>CA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schiff</surname>
<given-names>SJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schindler</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization and Desynchronization in Epilepsy: Controversies and Hypotheses</article-title>. <source>J&#x20;Physiol</source> (<year>2013</year>) <volume>591</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>787</fpage>&#x2013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1113/jphysiol.2012.239590</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jirsa</surname>
<given-names>VK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stacey</surname>
<given-names>WC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quilichini</surname>
<given-names>PP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ivanov</surname>
<given-names>AI</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bernard</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the Nature of Seizure Dynamics</article-title>. <source>Brain</source> (<year>2014</year>) <volume>137</volume>:<fpage>2210</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/brain/awu133</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Andrzejak</surname>
<given-names>RG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rummel</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mormann</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schindler</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>All Together Now: Analogies between Chimera State Collapses and Epileptic Seizures</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2016</year>) <volume>6</volume>:<fpage>23000</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep23000</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gerster</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sawicki</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zakharova</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>&#x160;koch</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hlinka</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>FitzHugh-Nagumo Oscillators on Complex Networks Mimic Epileptic-Seizure-Related Synchronization Phenomena</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2020</year>) <volume>30</volume>:<fpage>123130</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0021420</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Adamchic</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Freund</surname>
<given-names>H-J</given-names>
</name>
<name>
<surname>von Stackelberg</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hauptmann</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Counteracting Tinnitus by Acoustic Coordinated Reset Neuromodulation</article-title>. <source>Restor Neurol Neurosci</source> (<year>2012</year>) <volume>30</volume>:<fpage>137</fpage>&#x2013;<lpage>59</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3233/rnn-2012-110218</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Popovych</surname>
<given-names>OV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Unlearning Tinnitus-Related Cerebral Synchrony with Acoustic Coordinated Reset Stimulation: Theoretical Concept and Modelling</article-title>. <source>Biol Cybern</source> (<year>2012</year>) <volume>106</volume>:<fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00422-012-0479-5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Uhlhaas</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pipa</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lima</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Melloni</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Neuenschwander</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nikolic</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Neural Synchrony in Cortical Networks: History, Concept and Current Status</article-title>. <source>Front Integr Neurosci</source> (<year>2009</year>) <volume>3</volume>:<fpage>17</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/neuro.07.017.2009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pecora</surname>
<given-names>LM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carroll</surname>
<given-names>TL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Master Stability Functions for Synchronized Coupled Systems</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1998</year>) <volume>80</volume>:<fpage>2109</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.80.2109</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Flunkert</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dahms</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronizing Distant Nodes: a Universal Classification of Networks</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>105</volume>:<fpage>254101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.105.254101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dahms</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lehnert</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cluster and Group Synchronization in Delay-Coupled Networks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>016202</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.86.016202</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Keane</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dahms</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lehnert</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Suryanarayana</surname>
<given-names>SA</given-names>
</name>
<name>
<surname>H&#xf6;vel</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronisation in Networks of Delay-Coupled Type-I Excitable Systems</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;B</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>407</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjb/e2012-30810-x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kyrychko</surname>
<given-names>YN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blyuss</surname>
<given-names>KB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization of Networks of Oscillators with Distributed Delay Coupling</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2014</year>) <volume>24</volume>:<fpage>043117</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4898771</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lehnert</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Controlling Synchronization Patterns in Complex Networks. Springer Theses</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2016</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xfc;</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>D&#x27;Souza</surname>
<given-names>RM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Master Stability Functions for Complete, Intralayer, and Interlayer Synchronization in Multiplex Networks of Coupled R&#xf6;ssler Oscillators</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2019</year>) <volume>99</volume>:<fpage>012304</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.99.012304</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sawicki</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Birth and Stabilization of Phase Clusters by Multiplexing of Adaptive Networks</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2020</year>) <volume>124</volume>:<fpage>088301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.124.088301</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>B&#xf6;rner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schultz</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>&#xdc;nzelmann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hellmann</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kurths</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Delay Master Stability of Inertial Oscillator Networks</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>023409</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevresearch.2.023409</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mulas</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuehn</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coupled Dynamics on Hypergraphs: Master Stability of Steady States and Synchronization</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2020</year>) <volume>101</volume>:<fpage>062313</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.101.062313</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>VN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>IV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Connection Graph Stability Method for Synchronized Coupled Chaotic Systems</article-title>. <source>Physica D: Nonlinear Phenomena</source> (<year>2004</year>) <volume>195</volume>:<fpage>159</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physd.2004.03.012</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Lange</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization of Bursting Neurons: What Matters in the Network Topology</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>94</volume>:<fpage>188101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.94.188101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Generalized Connection Graph Method for Synchronization in Asymmetrical Networks</article-title>. <source>Physica D: Nonlinear Phenomena</source> (<year>2006</year>) <volume>224</volume>:<fpage>42</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physd.2006.09.014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasler</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization in Asymmetrically Coupled Networks with Node Balance</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2006</year>) <volume>16</volume>:<fpage>015102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2146180</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.2146180">https://doi.org/10.1063/1.2146180</ext-link> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Daley</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belykh</surname>
<given-names>IV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronizability of Directed Networks: The Power of Non-existent Ties</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2020</year>) <volume>30</volume>:<fpage>043102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5134920</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vock</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Desynchronization Transitions in Adaptive Networks</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2021</year>) <volume>126</volume>:<fpage>028301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.126.028301</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jain</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krishna</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Model for the Emergence of Cooperation, Interdependence, and Structure in Evolving Networks</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci</source> (<year>2001</year>) <volume>98</volume>:<fpage>543</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.98.2.543</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Proulx</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Promislow</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Phillips</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Network Thinking in Ecology and Evolution</article-title>. <source>Trends Ecol Evol</source> (<year>2005</year>) <volume>20</volume>:<fpage>345</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tree.2005.04.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>D&#x2019;Lima</surname>
<given-names>CJD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blasius</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Epidemic Dynamics on an Adaptive Network</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2006</year>) <volume>96</volume>:<fpage>208701</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.96.208701</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Martens</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Klemm</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Transitions from Trees to Cycles in Adaptive Flow Networks</article-title>. <source>Front Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>5</volume>:<fpage>62</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00062</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuehn</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multiscale Dynamics of an Adaptive Catalytic Network</article-title>. <source>Math Model Nat Phenom</source> (<year>2019</year>) <volume>14</volume>:<fpage>402</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/mmnp/2019015</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Horstmeyer</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuehn</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptive Voter Model on Simplicial Complexes</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2020</year>) <volume>101</volume>:<fpage>022305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.101.022305</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meisel</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptive Self-Organization in a Realistic Neural Network Model</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2009</year>) <volume>80</volume>:<fpage>061917</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.80.061917</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mikkelsen</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Imparato</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torcini</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Emergence of Slow Collective Oscillations in Neural Networks with Spike-Timing Dependent Plasticity</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>208101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.110.208101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mikkelsen</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Imparato</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torcini</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Sisyphus Effect in Pulse-Coupled Excitatory Neural Networks with Spike-timing-dependent Plasticity</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>062701</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.89.062701</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Markram</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xfc;bke</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frotscher</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakmann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Regulation of Synaptic Efficacy by Coincidence of Postsynaptic APs and EPSPs</article-title>. <source>Science</source> (<year>1997</year>) <volume>275</volume>:<fpage>213</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.275.5297.213</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abbott</surname>
<given-names>LF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nelson</surname>
<given-names>SB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synaptic Plasticity: Taming the Beast</article-title>. <source>Nat Neurosci</source> (<year>2000</year>) <volume>3</volume>:<fpage>1178</fpage>&#x2013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/81453</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Caporale</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dan</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spike Timing-dependent Plasticity: A Hebbian Learning Rule</article-title>. <source>Annu Rev Neurosci</source> (<year>2008</year>) <volume>31</volume>:<fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.neuro.31.060407.125639</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Popovych</surname>
<given-names>OV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized Noise Resistance of Oscillatory Neural Networks with Spike Timing-dependent Plasticity</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2013</year>) <volume>3</volume>:<fpage>2926</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep02926</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zenke</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Agnes</surname>
<given-names>EJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gerstner</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Diverse Synaptic Plasticity Mechanisms Orchestrated to Form and Retrieve Memories in Spiking Neural Networks</article-title>. <source>Nat Commun</source> (<year>2015</year>) <volume>6</volume>:<fpage>6922</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms7922</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tazerart</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mitchell</surname>
<given-names>DE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miranda-Rottmann</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Araya</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Spike-timing-dependent Plasticity Rule for Dendritic Spines</article-title>. <source>Nat Commun</source> (<year>2020</year>) <volume>11</volume>:<fpage>4276</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-020-17861-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Froemke</surname>
<given-names>RC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poo</surname>
<given-names>M-m.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dan</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spike-timing-dependent Synaptic Plasticity Depends on Dendritic Location</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2005</year>) <volume>434</volume>:<fpage>221</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature03366</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sj&#xf6;str&#xf6;m</surname>
<given-names>PJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>H&#xe4;usser</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Cooperative Switch Determines the Sign of Synaptic Plasticity in Distal Dendrites of Neocortical Pyramidal Neurons</article-title>. <source>Neuron</source> (<year>2006</year>) <volume>51</volume>:<fpage>227</fpage>&#x2013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neuron.2006.06.017</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Froemke</surname>
<given-names>RC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Letzkus</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kampa</surname>
<given-names>BM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hang</surname>
<given-names>GB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stuart</surname>
<given-names>GJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dendritic Synapse Location and Neocortical Spike-timing-dependent Plasticity</article-title>. <source>Front.Syna.Neurosci.</source> (<year>2010</year>) <volume>2</volume>:<fpage>29</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnsyn.2010.00029</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Letzkus</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kampa</surname>
<given-names>BM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stuart</surname>
<given-names>GJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Learning Rules for Spike Timing-dependent Plasticity Depend on Dendritic Synapse Location</article-title>. <source>J&#x20;Neurosci</source> (<year>2006</year>) <volume>26</volume>:<fpage>10420</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1523/jneurosci.2650-06.2006</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meissner-Bernard</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>MC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Logiaco</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gerstner</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dendritic Voltage Recordings Explain Paradoxical Synaptic Plasticity: A Modeling Study</article-title>. <source>Front Synaptic Neurosci</source> (<year>2020</year>) <volume>12</volume>:<fpage>585539</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnsyn.2020.585539</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aoki</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aoyagi</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Co-evolution of Phases and Connection Strengths in a Network of Phase Oscillators</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>102</volume>:<fpage>034101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.102.034101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kasatkin</surname>
<given-names>DV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nekorkin</surname>
<given-names>VI</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized Emergence of Multilayer Structure and Chimera States in Dynamical Networks with Adaptive Couplings</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2017</year>) <volume>96</volume>:<fpage>062211</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.96.062211</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kasatkin</surname>
<given-names>DV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nekorkin</surname>
<given-names>VI</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Effect of Topology on Organization of Synchronous Behavior in Dynamical Networks with Adaptive Couplings</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;Spec Top</source> (<year>2018</year>) <volume>227</volume>:<fpage>1051</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2018-800077-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fialkowski</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kasatkin</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nekorkin</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hierarchical Frequency Clusters in Adaptive Networks of Phase Oscillators</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2019</year>) <volume>29</volume>:<fpage>103134</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5097835</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>What Adaptive Neuronal Networks Teach Us about Power Grids</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2021</year>) <volume>103</volume>:<fpage>042315</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.103.042315</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Feketa</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schaum</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meurer</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization and Multi-Cluster Capabilities of Oscillatory Networks with Adaptive Coupling</article-title>. <source>IEEE Trans Automat Control</source> (<year>2020</year>) <volume>66</volume>(<issue>7</issue>):<fpage>3084</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tac.2020.3012528</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Franovi&#x107;</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eydam</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ba&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wolfrum</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamics of a Stochastic Excitable System with Slowly Adapting Feedback</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2020</year>) <volume>30</volume>:<fpage>083109</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5145176</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Popovych</surname>
<given-names>OV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xenakis</surname>
<given-names>MN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Spacing Principle for Unlearning Abnormal Neuronal Synchrony</article-title>. <source>PLoS ONE</source> (<year>2015</year>) <volume>10</volume>:<fpage>e0117205</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0117205</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>L&#xfc;cken</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Popovych</surname>
<given-names>OV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Noise-enhanced Coupling between Two Oscillators with Long-Term Plasticity</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2016</year>) <volume>93</volume>:<fpage>032210</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.93.032210</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B78">
<label>78.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chakravartula</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Indic</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sundaram</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Killingback</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Emergence of Local Synchronization in Neuronal Networks with Adaptive Couplings</article-title>. <source>PLoS ONE</source> (<year>2017</year>) <volume>12</volume>:<fpage>e0178975</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0178975</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B79">
<label>79.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>R&#xf6;hr</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lameu</surname>
<given-names>EL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Popovych</surname>
<given-names>OV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Frequency Cluster Formation and Slow Oscillations in Neural Populations with Plasticity</article-title>. <source>PLoS ONE</source> (<year>2019</year>) <volume>14</volume>:<fpage>e0225094</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0225094</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B80">
<label>80.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sakaguchi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuramoto</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Soluble Active Rotater Model Showing Phase Transitions via Mutual Entertainment</article-title>. <source>Prog Theor Phys</source> (<year>1986</year>) <volume>76</volume>:<fpage>576</fpage>&#x2013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1143/ptp.76.576</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B81">
<label>81.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Madadi Asl</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Valizadeh</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dendritic and Axonal Propagation Delays Determine Emergent Structures of Neuronal Networks with Plastic Synapses</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2017</year>) <volume>7</volume>:<fpage>39682</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep39682</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B82">
<label>82.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Madadi Asl</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Valizadeh</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dendritic and Axonal Propagation Delays May Shape Neuronal Networks with Plastic Synapses</article-title>. <source>Front Physiol</source> (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>1849</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2018.01849</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B83">
<label>83.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vock</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berner</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanchuk</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;ll</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effect of Diluted Connectivities on Cluster Synchronization of Adaptively Coupled Oscillator Networks</article-title>. <source>Scientia Iranica D</source> (<year>2021</year>) <volume>28</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>1669</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B84">
<label>84.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liesen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mehrmann</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Linear Algebra</source>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2015</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-24346-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B85">
<label>85.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gray</surname>
<given-names>RM</given-names>
</name>
</person-group> <source>Toeplitz and Circulant Matrices: A Review. <italic>Found. Trends Commun. Inf. Theory</italic>
</source>, <publisher-loc>Hanover, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Now Publishers Inc.</publisher-name> (<year>2006</year>). p. <fpage>155</fpage>&#x2013;<lpage>239</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B86">
<label>86.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aoki</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aoyagi</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized Network of Phase Oscillators Coupled by Activity-dependent Interactions</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2011</year>) <volume>84</volume>:<fpage>066109</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.84.066109</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B87">
<label>87.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bollt</surname>
<given-names>EM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nishikawa</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Master Stability Functions for Coupled Nearly Identical Dynamical Systems</article-title>. <source>Europhys Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>85</volume>:<fpage>60011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/85/60011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B88">
<label>88.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Skardal</surname>
<given-names>PS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Taylor</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal Synchronization of Complex Networks</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2014</year>) <volume>113</volume>:<fpage>144101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.113.144101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B89">
<label>89.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Acharyya</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amritkar</surname>
<given-names>RE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Synchronization of Nearly Identical Dynamical Systems: Size Instability</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2015</year>) <volume>92</volume>:<fpage>052902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.92.052902</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B90">
<label>90.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kromer</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Long-lasting Desynchronization by Decoupling Stimulation</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>033101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevresearch.2.033101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B91">
<label>91.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kromer</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khaledi-Nasab</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Impact of Number of Stimulation Sites on Long-Lasting Desynchronization Effects of Coordinated Reset Stimulation</article-title>. <source>Chaos</source> (<year>2020</year>) <volume>30</volume>:<fpage>083134</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0015196</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B92">
<label>92.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khaledi-Nasab</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kromer</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tass</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Long-Lasting Desynchronization of Plastic Neural Networks by Random Reset Stimulation</article-title>. <source>Front Physiol</source> (<year>2021</year>) <volume>11</volume>:<fpage>622620</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2020.622620</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B93">
<label>93.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Olmi</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petkoski</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guye</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bartolomei</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jirsa</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Controlling Seizure Propagation in Large-Scale Brain Networks</article-title>. <source>Plos Comput Biol</source> (<year>2019</year>) <volume>15</volume>:<fpage>e1006805</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1006805</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>