集体行为与众不同：自组织模式形成中的信息交换与速度-精度权衡
生物物理
2026-02-05 v2 适应与自组织系统
摘要
在发育过程中，高度有序的结构通过细胞集体协调而涌现。尽管近期研究已阐明了个体细胞如何处理和响应外部信号，但理解集体细胞决策仍是一项重大挑战。本文提出了一种最小化、可解析的模型，用于通过局部细胞间通信实现细胞模式形成。利用该框架，我们识别了集体模式形成的速度与精度之间的权衡，并通过借鉴随机化学动力学的技术，量化了模式形成过程中细胞间的信息流。我们的分析揭示了集体模式形成的反直觉特征：全局优化的解不一定最大化细胞间信息传递，个体细胞在孤立状态下可能表现次优。此外，该模型预测在模式形成过程中，细胞间瞬时共享的信息可随时间呈非单调变化。对果蝇蛹腹部侧向抑制的近期实验数据分析发现定性相似的效应。
引用
@article{arxiv.2510.01397,
title = {Collective is different: Information exchange and speed-accuracy trade-offs in self-organized patterning},
author = {Ashutosh Tripathi and Jörn Dunkel and Dominic J. Skinner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.01397},
year = {2026}
}
备注
Main text: 18 pages, 9 figures. Supplemental material: 25 pages, 10 figures