拓扑度量揭示无序介质中的隐藏序
软凝聚态物质
2021-01-29 v2 无序系统与神经网络
统计力学
摘要
显微镜技术的最新进展使得以单细胞的分辨率研究从细菌群落到组织和类器官等复杂生物物理系统的生长、动力学和响应成为可能。与有序晶体不同，如何可靠地区分两种无定形但结构不同的细胞材料并不明显。在此，我们引入一种无序结构之间的拓扑推土机（TEM）距离，该方法比较微观细胞质心网络的局部图邻域。利用邻域模体分布中包含的结构信息，TEM 度量允许仅从静态系统快照可解释地重建平衡和非平衡相空间及嵌入路径。应用于细胞分辨率成像数据时，该框架在无需关于底层动力学的先验知识的情况下恢复时间排序，揭示果蝇翅膀发育解决了一个拓扑最优传输问题。将我们的拓扑分析扩展到细菌群，我们发现与 Tracy-Widom 律一致的普适邻域尺寸分布。
引用
@article{arxiv.2001.08788,
title = {Topological metric detects hidden order in disordered media},
author = {Dominic J. Skinner and Boya Song and Hannah Jeckel and Eric Jelli and Knut Drescher and Jörn Dunkel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.08788},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 25 figures. Fly wing analysis extended; new bacterial swarming example added; co-authors added