行进脉冲源于个体对其走走停停运动的协调：以羊群为例
斑图形成与孤子
2018-12-27 v2 适应与自组织系统
生物物理
其他定量生物学
摘要
通过在野外监测自发演化的小群羊，我们解读了羊在个体尺度上为了维持集体运动所遵循的行为规则。个体在零速度的采食模式与步行速度的移动模式之间交替，因此凝聚运动源于它们对两种模式切换时机的同步。我们提出了一种个体决策过程的模型，其基于在停止/行走状态之间依赖于他人在后/前位置与状态的切换率。我们根据数据对该模型进行参数化。接着，我们将这一（微观）基于个体的模型转化为其密度-流（宏观）方程对应形式。对这些方程进行数值求解，显示出一个以恒定速度传播的行进脉冲，尽管每个个体在任何时刻要么停止要么行走。考虑这些方程中蕴含的最小模型，我们解析地推导出行进脉冲的稳态形状（双曲正割平方）。脉冲的参数（形状与速度）表示为个体参数的函数。该脉冲源于开始/停止个体决策的非线性耦合，其恰好补偿扩散并维持行走/停止个体的稳态比例，进而决定脉冲的行进速度。系统似乎从任意初始条件收敛到该脉冲，并在扰动后恢复脉冲。这赋予了该协调机制极高的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.1712.05774,
title = {Traveling pulse emerges from individuals coordinating their stop-and-go motion: a case study in sheep},
author = {Manon Azaïs and Stéphane Blanco and Richard Bon and Richard Fournier and Marie-Hélène Pillot and Jacques Gautrais},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05774},
year = {2018}
}