基于自适应布尔网络建模的局部相互作用纤毛细胞阵列中自清除拍动模式的自组织
软凝聚态物质
2019-07-30 v2 适应与自组织系统
生物物理
摘要
在多纤毛上皮上观察到的时空纤毛拍动模式被怀疑是各个层次自组织过程的结果。在此，我们提出一个多细胞层次的抽象上皮模型，旨在使纤毛拍动模式以及相关的跨气道上皮流体传输的自组织变得合理。纤毛细胞被建模为局部相互作用的振荡双态执行器。这些布尔执行器之间的局部相互作用由播种的黏液块触发。在模拟过程中，执行器的状态与相关的黏液速度场串联自组织。我们建议将多纤毛上皮上的动力学放在自适应（布尔）网络的背景下考虑。在自适应布尔网络框架内，纤毛细胞代表节点，而由于黏液建立了节点间的局部相互作用，其分布决定了网络的拓扑。此外，我们展示了综合参数研究的结果与见解。结果表明，所谓的确定性更新方案（旨在表示细胞间信号传导）导致更真实且鲁棒的动力学，因此可能受自然青睐。最后，我们推测无纤毛细胞在纤毛上皮上引入了模块化网络拓扑，使得自组织同时在每个“纤毛模块”中发生。这一推理为观察到的黏液调节波场的斑块状表达模式的含义提供了首个一致的解释。因此，模块化可被视为自然对于细胞数量跨越数个量级的纤毛上皮的模块化构建方案。
引用
@article{arxiv.1704.02633,
title = {Self-Organization of Self-Clearing Beating Patterns in an Array of Locally Interacting Ciliated Cells Formulated as an Adaptive Boolean Network},
author = {Martin Schneiter and Jaroslav Ricka and Martin Frenz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.02633},
year = {2019}
}