分层网络结构作为分层动力学（幂律频谱）的源头在生命和非生命系统中：通过生物物理学的第一原则如何产生状态-特性连续体（体型规划、个性）
摘要：活体系统是显示小世界网络结构的分层控制系统，在其中许多较小的簇嵌套在较少的较大簇内，从而产生具有幂律簇大小分布（整体论）的类似分形的结构。除了它们的结构，生物系统的动力学也显示出类似分形的特性：内在信息传递和外显行为的时间序列包含嵌套在较低频率或特质（低音）内的高频率或状态（高音），产生被行为科学称为状态-特质连续性的幂律频谱。在这里，我们认为生物系统的幂律动力学结果源于它们的幂律网络结构：生物体垂直编码它们（预期的）环境的深度时空结构，以此效果，层次结构底部的许多小簇产生高频信号变化，而其顶部的较少大簇产生超低频。这种超低频率产生物理特性和行为特性（即身体计划和个性）。嵌套模块化结构会导致较高频率嵌入在较低频率内，从而产生一个幂律状态-特质连续体。在这样的动力学中，核心问题是通过耦合振荡器网络进行高效能量耗散，这也统治着非生物系统（如地震、股市波动）的动力学。由于分层结构产生分层动力学，分层结构的发展和崩溃（如成熟和疾病期间）应该在嵌套模块化系统的动力学中留下特定的痕迹，这些痕迹可能作为系统失败的早期警示信号。这一思想的应用范围从（生物）物理学和物种起源学到个体发育和临床医学。
作者：Rutger Goekoop, Roy de Kleijn
论文ID：2304.07094
分类：Neurons and Cognition
分类简称：q-bio.NC
提交时间：2023-06-22