β细胞的集体感知在最优胰岛尺寸下生成代谢编码

胰岛的主要部分由分泌胰岛素的β细胞组成，胰岛素是调节营养物质流入脊椎动物所有细胞以支持营养、维持稳态或能量储存的关键激素。β细胞通过间隙连接的直接短程相互作用和旁分泌长程信号传导，持续相互通讯。然而，这些细胞相互作用如何塑造胰岛中导致胰岛素释放的集体感知和细胞行为尚不清楚。当受到特定配体（主要是葡萄糖）刺激时，β细胞会集体响应，在多个时间尺度上表达一系列瞬态Ca$^{2+}$变化。在此，我们分析了在生理条件下记录的急性啮齿动物胰腺组织切片中的一组Ca$^{2+}$脉冲序列。我们发现，强相关的共发放细胞状态与遍布整个胰岛的、大多较弱的成对相关性共存。此外，胰岛中的集体Ca$^{2+}$发放活动表现出开关间歇性，并伴有发放振幅的标度律，以及刺激依赖的自联想记忆特征。我们使用一个简单的类自旋玻璃模型来描述β细胞集体的功能网络，以解释这些发现，并论证由β细胞集体感知产生的Ca$^{2+}$脉冲序列构成了胰岛代谢编码的一部分，该编码调节胰岛素释放并限制胰岛尺寸。