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沙景:具有涌现分支和翻转的自修改能量景观

定量方法 2026-07-12 v1

摘要

能量景观为描述学习、胚胎发育和集体动力学提供了一个通用框架。尽管这些景观可能随时间演化,但它们的动力学通常是由外部规定的,而不是由系统本身产生的。在这里,我们从生物学中获得灵感,引入沙景:自修改景观,其中相互作用主体的运动不断重塑支配其自身轨迹的景观。我们从相互作用Hopfield单元的极简模型推导出沙景,其中每个吸引子的盆地由其占据率调制。沙景自发地产生顺序对称性破缺和分化树,局部分支由耦合Ising动力学描述。然后我们驱动沙景的动力学(使用生物学中常见的局部增殖),并利用突变理论证明沙景自组织朝向翻转分岔,这暗示了普遍存在的二元细胞命运决定涌现的通用机制。我们进一步证明沙景可以作为发育轨迹的生成模型:仅从终末状态开始,我们重建了具有多层中间祖细胞状态的真实造血分化树。更广泛地说,我们的结果将沙景确定为自适应动力学的一般原理,解释了主体与景观之间的反馈如何在学习与生物学中产生分支、临界性和自组织。

关键词

引用

@article{arxiv.2607.10903,
  title  = {Sandscapes: self-modifying energy landscapes with emergent branching and flips},
  author = {Nacer Eddine Boukacem and Madhav Mani and Paul François},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.10903},
  year   = {2026}
}