主题：具有内部导航控制系统的活性粒子在复杂环境中的动力学和宏观模型
摘要：自我推动的活动粒子的密集系统，如细菌到绵羊，具有控制粒子行为的复杂内部动态。在本研究中，我们假设这样的复杂内部动态可以通过马尔可夫链来描述，该链控制粒子的移动方向、速度和内部状态。我们将这个马尔可夫链称为导航控制系统(Navigation Control System, NCS)。此外，我们模拟代理感知环境，考虑到NCS的过渡速率取决于环境的局部(标量)测量，如化学浓度、光强或温度。在本研究中，我们研究了在哪些条件下代理的(渐近)行为可以简化为对代理密度的有效对流-扩散方程，提供对于漂移和扩散项的有效表达式。我们将所开发的通用框架应用到一系列具体示例中，以展示获取漂移项所需满足的两个条件：i) NCS的过渡速率应依赖于代理的位置；ii) 过渡速率应是非对称的。此外，我们指出漂移项的符号 - 代理是否产生正向或负向的趋化反应 - 可以通过修改NCS的非对称性或交换与内部状态相关的速度来改变。所开发的理论框架为对各种生物系统进行建模铺平了道路，并提供了坚实的证明，即即使代理不能测量梯度并且缺乏存储过去环境测量的记忆，趋化反应仍然可以产生。
作者：L. G''omez-Nava, T. Goudon, F. Peruani
论文ID：2109.01007
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2021-09-03