免疫系统响应速率与时间的标度不变性：对免疫系统架构的见解及对人工免疫系统的启示
定量方法
2010-08-10 v1 分布式、并行与集群计算
最优化与控制
摘要
大多数生物速率和时间随生物体体型增大而系统性降低。我们使用一个关于鸟类西尼罗河病毒的常微分方程(ODE)模型表明，病原体复制速率随宿主体型增大而下降，但自然免疫系统(NIS)的响应速率并不随体型发生系统性变化。这令人惊讶，因为NIS需要在较大生物体中更大的物理空间内搜索少量病原体，并且还需要在较大生物体中产生更大绝对数量的抗体来响应。我们称之为标度不变的检测与响应。我们假设NIS已经进化出一种能有效中和病原体的架构。我们使用基于智能体的模型(ABM)研究了一系列架构。我们发现，一种子模块化的NIS架构（其中淋巴结数量和大小都随体型亚线性增长）能有效平衡局部病原体检测与使用抗体的全局响应之间的权衡。这导致了近乎标度不变的检测与响应，与实验数据一致。与NIS类似，物理空间和资源也是人工免疫系统(AIS)的重要约束，特别是用于通过短距离无线通信连接低功耗传感器的分布式系统应用。我们表明，AIS问题（如分布式机器人控制）也将需要子模块化架构，以有效平衡局部搜索解决方案与不同组件之间全局响应或解决方案扩散之间的权衡。这项研究在其他分布式系统AIS应用中具有广泛的适用性。
引用
@article{arxiv.1008.1380,
title = {Scale Invariance of Immune System Response Rates and Times: Perspectives on Immune System Architecture and Implications for Artificial Immune Systems},
author = {Soumya Banerjee and Melanie Moses},
journal= {arXiv preprint arXiv:1008.1380},
year = {2010}
}
备注
23 pages, 4 figures, Swarm Intelligence journal