混沌稳定化内耳毛细胞耦合系统的同步
神经元与认知
2021-03-31 v1 生物物理
摘要
听觉与前庭系统的毛细胞对外界信号展现出惊人的灵敏度、频率选择性与时间分辨率。这些特化细胞利用内部主动放大器实现高灵敏度的机械检测。该主动过程的一种表现形式是毛细胞束的自发极限环运动。由于在体条件下的毛束通常经由覆盖结构相互耦合，我们结合理论与实验方法探究这种耦合在系统动力学中的作用。我们的数值模型表明，单个毛束响应中混沌动力学的存在增强了其在耦合时的同步能力，从而显著改善系统检测弱信号的能力。这种同步即便在较大频率离散度与较多振荡器组成系统时依然持续。此外，主动运动的幅值与相干性不会随振荡器数量增加而降低。利用人工膜，我们对从感觉上皮离体制备中选取的活体功能性毛束群施加机械耦合，从而能够在实验中探究耦合的作用。与混沌系统的数值模拟一致，即便在较大频率离散度与较多毛细胞情况下仍发生同步。而且，自发振荡的幅值与相干性与网络中毛细胞数量无关。因此我们提出，毛细胞利用其混沌动力学来稳定同步态并避免振幅死亡 regime，从而产生集体相干运动，这可能参与产生自发性耳声发射并增强检测弱信号的能力。
引用
@article{arxiv.2012.04761,
title = {Chaos stabilizes synchronization in systems of coupled inner-ear hair cells},
author = {Justin Faber and Hancheng Li and Dolores Bozovic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.04761},
year = {2021}
}