Differential cellular contractility as a mechanism for stiffness sensing
细胞感知和响应其环境的机械特性的能力是一系列细胞行为的基础，基底硬度越来越多地被发现是一个关键的信号传导因素。虽然细胞骨架的主动收缩性对于细胞中的刚度感测显然是必要的，但是将收缩性与机械感测和分子构象变化连接起来的物理机制还没有很好地理解。在这里，我们提出了一个收缩驱动的机制，连接基板刚度的变化与内部构象的变化。细胞收缩性通常被认为意味着相关的压缩应变。然而，我们表明，在收缩性是不均匀的，局部地区的内部拉伸可以产生更硬的基板遇到。这表明一个物理机制的拉伸激活的mechanotransductive分子在较硬的基板。重要的是，内部拉伸的区域不与传统上与刚度感测相关的区域（例如，局灶性粘连）共定位，这支持了最近关于全细胞机械驱动的机械转导的实验结果。考虑到细胞的形状，我们表明，纵横比作为一个额外的控制参数，使发病的正应变移动到更高的刚度值在椭圆形细胞。
2018-07-20 q-bio.CB
Sense and sensitivity: physical limits to multicellular sensing, migration and drug response
转移是一个细胞迁移的过程，可以是集体的，并由化学线索引导。以这种方式看待转移，作为一种物理现象，允许人们从细胞生物学中的集体感知和迁移的其他研究中汲取见解。在这里，我们回顾了最近的进展，在研究细胞传感和迁移的集体现象，包括在转移细胞的背景下。我们描述了简单的物理模型，产生的限制，细胞传感的精度，我们审查的实验证据表明，细胞在这些限制。集体迁移模型进行调查，以了解如何集体转移性侵袭可能发生。最后，我们将细胞的感觉能力与它们对药物的敏感性进行了对比，并提出了基于细胞死亡的癌症疗法的潜在替代方案。
2016-03-09 physics.bio-ph q-bio.CB
Chemical sensing by cell-surface chemoreceptor arrays: the roles of receptor cooperativity and adaptation
大多数感觉细胞使用跨膜化学感受器来检测环境中的化学信号。化学感受器的生化特性和空间组织在实现和维持化学传感的灵敏度和准确性方面起着重要作用。在这里，我们调查的影响受体的协同性和适应的限制梯度感应。我们研究了单个细胞表面聚集的化学感受器阵列，并从瞬时感受器活性的不确定性推导出梯度传感极限的一般公式。在独立的受体相比，我们发现，由非适应性受体的协同性可以显着降低的化学浓度范围内的配体-受体结合和配体诱导的受体活性的生化特性确定的传感极限。适应性受体的协同作用有利于在宽范围的背景浓度内进行梯度传感。我们的研究结果还表明，各向同性受体聚集体的细胞表面上的布局代表了梯度传感的最佳配置。
2013-02-20 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.MN
Quorum sensing contributes to activated B cell homeostasis and to prevent autoimmunity
维持血浆IgM水平对于人和小鼠的免疫系统功能和体内平衡至关重要。然而，控制活化的分泌IgM的B细胞的稳态的机制是未知的。过继转移到免疫缺陷宿主后，B淋巴细胞扩增不佳，但完全重建天然IgM分泌细胞库和循环IgM水平。通过使用连续的细胞转移和B细胞群从几个突变小鼠，我们能够确定新的机制调节IgM分泌的B细胞池的大小。与先前描述的调节稳态的机制（其涉及具有重叠存活要求的细胞对相同小生境的竞争）相反，当B细胞群体能够通过检测其分泌产物来监测活化B细胞的数量时，也实现了先天性IgM分泌B细胞库的稳态。值得注意的是，B细胞群能够通过检测其分泌的IgG来评估活化B细胞的密度。该过程涉及FcγRIIB（一种在B细胞上表达并作为B细胞活化负调节剂的低亲和力IgG受体）及其细胞内效应物肌醇磷酸酶SHIP。由于这种抑制途径的参与，活化的分泌IgM的B细胞的数量保持在控制之下。我们推测，这种群体感应机制的故障可能会导致不受控制的B细胞活化和自身免疫。
2012-09-03 q-bio.CB
Collective gradient sensing with limited positional information
真核细胞通过感知化学梯度来决定何时何地移动。细胞簇可以通过整合跨簇进行的浓度测量来比单个细胞更准确地感测梯度。当细胞对它们在集群内的位置具有有限的知识（即有限的位置信息）时，这种梯度感测准确性是否受到阻碍？我们采用最大似然估计研究梯度传感精度的一群细胞与有限的位置信息。如果细胞必须估计它们在集群内的位置，这会降低集体梯度感测的准确性。我们将我们的结果与拔河模型进行比较，在拔河模型中，细胞通过集体指导机制对梯度做出反应，而不依赖于它们的位置信息。随着细胞位置不确定性的增加，存在一种权衡，其中拔河模型更准确地响应化学梯度。然而，对于足够大的细胞簇或浅的化学梯度，即使位置不确定性很高，拔河模型也总是低于整合所有细胞信息的模型。
2021-10-19 physics.bio-ph q-bio.CB
Gradient sensing limit of a cell when controlling the elongating direction
本文研究细胞在梯度感知中自适应改变形状时的估计极限，通过贝叶斯非线性滤波分析得到解析表达式，证明沿垂直于估计方向伸长可提高估计精度，揭示了细胞通过形状调控优化趋化效率的机制。
2024-05-08 q-bio.CB
Precision of flow sensing by self-communicating cells
转移性癌细胞通过自我交流检测淋巴流向：它们分泌并检测一种化学物质，由于流动，该化学物质各向异性地返回细胞表面。分泌速率低，意味着检测噪声可能起重要作用，但尚未探索这种机制的感官精度。在这里，我们推导出两种普遍存在的检测方法的流量传感精度：吸收与与表面受体的可逆结合。我们发现，由于吸收扭曲了细胞旨在检测的信号，因此结合更加精确。与实验相比，我们的结果表明，癌细胞的操作非常接近物理检测极限。我们的预测是，细胞应该可逆地结合该化学物质，而不是吸收它，这一预测得到了该配体-受体对的内吞数据的支持。
2020-07-11 physics.bio-ph q-bio.CB
Modelling physical limits of migration by a kinetic model with non-local sensing
迁移细胞选择它们的优先运动方向，以响应通过跨越它们的外部环境而感知到的不同信号和刺激。然而，致密纤维区的存在、缺乏适当的底物和细胞过度拥挤可能阻碍细胞在某些方向上移动，甚至阻碍细胞感知实际上像物理障碍一样的区域。我们扩展了Loy和Preziosi（2019）提出的非局部动力学模型，以包括传感半径不是恒定的情况，但取决于位置，传感方向和时间，因为细胞的行为可能是根据在达到物理限制配置之前收集的信息来确定的。我们分析如何实际可能的环境传感影响的动态恢复适当的宏观限制，并通过数值积分的动力学输运方程。
2019-08-22 nlin.AO q-bio.CB
Bayesian gradient sensing in the presence of rotational diffusion
生物细胞估计信号分子的浓度梯度，其精度不仅受到感知噪声的限制，而且还受到细胞自身随机运动的限制。我们要求在运动和感知噪声的存在下的梯度估计的理论极限。我们引入了一个极小模型的一个固定的趋化剂在平面上旋转扩散，它使用贝叶斯估计，以最佳的推断从嘈杂的浓度测量的梯度方向。相反，已知的情况下，梯度传感的时间比较，我们表明，对于空间比较，梯度传感尺度的最终精度不与旋转扩散时间，但与其平方根。为了达到这种精度，单个代理需要知道自己的旋转扩散系数。该代理可以准确地估计代理集合内的预期可变性。然而，如果一个代理，不考虑自己的运动噪声，贝叶斯估计失败的特征。
2020-02-19 physics.bio-ph q-bio.CB
Cell-cell communication enhances the capacity of cell ensembles to sense shallow gradients during morphogenesis
细胞对外源性信号的集体反应依赖于细胞间的相互作用。原则上，这些可以导致对微弱和嘈杂刺激的敏感性增强。然而，这还没有被实验证明，并且，关于多细胞信号处理如何调节单细胞对细胞外信号输入的敏感性，包括那些指导组织形式和功能的复杂变化的信号输入，知之甚少。在这里，我们探讨了细胞间通讯是否可以增强细胞系的感知能力，并对趋化性线索的弱梯度作出反应。使用与乳腺上皮细胞和数学建模的实验相结合，我们发现，多细胞传感能够检测和响应浅表皮生长因子（EGF）梯度是无法检测到的单细胞。然而，这种类型的梯度传感的优点是有限的信号传递的噪声，必要的整合空间分布的配体浓度信息。我们计算了这种通信噪声所施加的基本感官限制，并将其与实验数据相结合，以估计梯度传感中涉及的多细胞感觉组的有效大小。功能实验强烈暗示通过间隙连接的细胞间通信和钙从细胞内存储的集体梯度传感介质的释放。由此产生的综合分析提供了一个框架，了解感官信息处理的化学耦合细胞的继电器的优点和局限性。
2015-08-19 q-bio.CB
Gradient Sensing via Cell Communication
实验证据支持这样一种猜想，即细胞链感知外部化学浓度梯度的能力可能依赖于细胞与细胞之间的通讯。这是局部激发、全局抑制（LEGI）原理的特定模型类型的梯度感测性质的基础，其中外部化学场的强度通过局部激发物质和经由细胞链中的细胞内反应共享的全局抑制剂之间的比较来感测。在这项研究中，我们概括了最近邻通信机制在上述LEGI模型，以探讨化学传感特性如何依赖于通信本身的参数化，细胞大小，和邻近细胞的影响半径。结果发现，影响半径的重要性低于近似模型的通信。通信机制的高阶近似能够更好地感知外部梯度。然而，对信噪比的分析表明，高阶通信模型更容易受到噪声的影响，因此信噪比较低。的泛化，以及在分析中使用的工具的动态可以扩展到更多的异构网络，从而可以证明有用的模型和观察的过程中理解化学梯度通过LEGI模型与通信组件。
2020-04-15 q-bio.CB q-bio.QM
Collective sensing of $β$-cells generates the metabolic code at optimal islet size
胰岛的主要部分由分泌胰岛素的β细胞组成，胰岛素是调节营养物质流入脊椎动物生物体中所有细胞以支持营养、管家或能量储存的关键激素。β细胞通过间隙连接和旁分泌的长距离信号传导进行直接的短程相互作用，不断地相互交流。然而，这些细胞相互作用如何形成集体感知和胰岛中导致胰岛素释放的细胞行为尚不清楚。当被特异性配体（主要是葡萄糖）刺激时，β细胞在几个时间尺度上共同响应一系列瞬时Ca $^{2+}$变化的表达。在这里，我们分析了一组钙$^{2+}$尖峰列车记录在急性啮齿动物胰腺组织切片在生理条件下。我们发现强烈相关的状态共存的共同尖峰细胞大多数弱成对的相关性广泛分布在整个胰岛。此外，集体的钙$^{2+}$峰活动在胰岛中显示开-关的不稳定性与峰幅度的缩放，和刺激依赖的自联想记忆功能。我们使用一个简单的自旋玻璃样模型的功能网络的β细胞集体来描述这些发现，并认为，钙$^{2+}$尖峰列车产生的集体感应β细胞构成的一部分，胰岛代谢代码，调节胰岛素的释放和限制胰岛的大小。
2017-10-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Cell-to-cell variation sets a tissue-rheology-dependent bound on collective gradient sensing
当单个细胞感受到化学梯度和化学税时，随机受体-配体结合可能是细胞准确性的基本限制。然而，对于响应梯度的细胞簇，有一个关键的区别：即使是遗传上相同的细胞对化学信号的反应也不同。通过理论和模拟，我们发现集体趋化性受到细胞间信号变化的限制。我们发现，当不同的细胞合作时，产生的偏差可能比配体-受体结合的影响大得多。具体而言，当强响应细胞位于细胞簇的一端时，簇运动偏向于该细胞。如果群集在足够长的时间内对测量值进行平均，以使细胞重新排列，则可以减轻这些错误。因此，流体集群能够更好地感知梯度：我们推导出集群精度，细胞到细胞的变化，和集群流变学之间的联系。由于这种联系，增加单个细胞运动的噪音实际上可以通过改善流动性来增加集群的集体准确性。
2017-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Optimal census by quorum sensing
群体感应是响应细胞密度变化的基因表达调节。为了测量它们的细胞密度，细菌群体产生并检测称为自诱导物的可扩散分子。单个细菌通过监测蛋白的水平在内部代表自诱导物的外部浓度。反过来，这些监控蛋白通常调节自身的生产和自身诱导物的生产，从而建立内部和外部反馈。在这里，我们问反馈是否可以增加细胞的局部密度的信息。我们量化可用的信息之间的相互信息的丰度的监测蛋白质和局部细胞密度的生物相关模型的群体感应。使用变分的方法，我们证明，反馈可以增加信息的传输，使细菌能够解决两个额外的范围内的细胞密度相比，菌群传感系统。我们的分析是相关的多智能体系统，跟踪外部驱动程序隐式通过内生产生的信号。
2015-04-01 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.MN
Perfect adaptation in eukaryotic gradient sensing using cooperative allosteric binding
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究提出通过变构因子调控受体结合状态，实现细胞在不同浓度下对化学梯度的精准感知，并发现适应速度与感知精度存在权衡关系。
2025-08-29 physics.bio-ph q-bio.CB
Tradeoffs in concentration sensing in dynamic environments
本文研究动态环境中细胞浓度感知的权衡问题，通过建模分析细菌游动导致的浓度变化，发现最优感知策略由感知噪声与环境变化比率及时间尺度比率决定。
2023-09-29 physics.bio-ph q-bio.CB
Single-cell directional sensing at ultra-low chemoattractant concentrations from extreme first-passage events
University of Notre Dame（圣母大学）；University of Utah（犹他大学）
该研究通过分析早期受体结合事件，揭示了单细胞在超低浓度趋化因子下快速准确判断源方向性的机制。
2026-08-13 q-bio.CB
Autologous chemotaxis at high cell density
细胞分泌和检测分子以确定流体流动方向的自主趋化性在高细胞密度下受阻，因为来自其他细胞的分子干扰给定细胞的信号。使用自体趋化性的极小模型，我们确定了传感失败的细胞密度，并发现它与转移性癌细胞的实验观察一致。为了理解这一协议，我们推导出一个物理限制自体趋化性的细胞密度，佩克莱数，和长度尺度的细胞和它的环境。令人惊讶的是，在信号分子均匀过饱和的环境中，我们发现传感不仅可能失败，而且可能被逆转，导致向后的细胞运动。我们的研究结果触及了化学和机械细胞传感之间竞争的核心，并阐明了癌细胞在密集肿瘤环境中采用的感觉策略。
2021-12-06 physics.bio-ph q-bio.CB
Determining the accuracy of spatial gradient sensing using statistical mechanics
许多真核细胞能够通过直接测量空间浓度差来感知化学梯度。这种梯度感测的精度受到扩散颗粒与细胞表面上的特定受体结合的波动的限制。在这里，我们探索的空间传感机制的物理限制，通过建模的趋化细胞作为一个伊辛自旋链受到空间变化的领域。这使我们能够得到梯度参数的最大似然估计以及其渐近不确定性的明确表达式。准确性随着细胞的大小而增加，并且我们的结果表明，通过在相邻受体之间引入非零协同性，可以进一步提高这种准确性。因此，与最近的实验数据一致，小细菌可以进行梯度的空间测量。
2010-06-02 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.QM
Emergent collective chemotaxis without single-cell gradient sensing
本研究提出一种无需单细胞梯度感知的集体趋化新机制，指出受趋化因子调控的运动接触抑制可使细胞团产生定向运动，并给出解析公式与验证方法。
2015-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spontaneous polarization in eukaryotic gradient sensing: A mathematical model based on mutual inhibition of frontness and backness pathways
真核细胞运动的一个关键问题是趋化梯度感应的信号机制。最近的实验已经揭示了梯度感应的分子相关性：前沿分子，如PI 3 P和Rac，定位在细胞的前端，而后端分子，如Rho和肌球蛋白II，积累在细胞的后部。重要的是，即使细胞暴露于均匀的化学引诱物分布，这种前后极化也会“自发地”发生。自发极化表明梯度传感器经历了图灵分叉。这导致了几个经典的激活剂-抑制剂和激活剂-底物模型，确定前沿分子与激活剂。这些模型中明显缺少对背角分子的解释。这与实验结果形成鲜明对比，实验结果表明，后向通路抑制了前向通路。在这里，我们制定了一个模型的基础上，相互抑制的相互作用之间的正面和背面的途径。该模型建立在Bourne及其同事提出的相互抑制模型（Xu等，Cell，114，201- 214，2003）上。我们发现，相互抑制单独，没有任何积极的反馈的帮助下，可以触发自发极化的正面和背面的途径。前、后分子响应于前、后通路抑制和激活的空间分布与实验中观察到的一致。此外，取决于参数值，该模型产生对应于化学吸引（前沿途径与外部梯度同相）和化学排斥（前沿途径与外部梯度异相）的空间分布。
2005-07-13 q-bio.CB
Triangulation sensing: how cells recover a source from diffusing particles in three dimensions
嵌入梯度浓度的细胞如何三角形定位源的位置并向其最终目的地迁移？源三角测量需要从位于细胞表面的窄窗口（接收器）处的扩散线索的通量恢复源的三维坐标。我们在这里开发了一种方法来解决这个问题，我们表明，在快速结合率的限制，至少有三个受体是必要的。我们使用渐近方法求解稳态扩散方程，这与混合随机分析模拟一致。有趣的是，如果源位于细胞大小几十倍的距离处，则精度为百分之几，无法定位源。最后，源恢复的精度随着接收器的数量而增加。
2019-11-07 cond-mat.stat-mech math.PR q-bio.CB
Cell decision-making through the lens of Bayesian learning
本文提出细胞决策由贝叶斯学习支配，通过时间尺度分离推导分层Fokker-Planck方程，发现微环境熵变化主导细胞状态分布，并实现仅凭少量关键参数即可理解细胞感知对决策的影响。
2023-03-20 physics.bio-ph q-bio.CB
Phenotype-structuring of non-local kinetic models of cell migration driven by environmental sensing
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Sorbonne Université, CNRS, Université de Paris, Inria, Laboratoire Jacques-Louis Lions UMR7598（索邦大学、法国国家科学研究中心、巴黎大学、法国国家信息与自动化研究所、雅克-路易·利翁斯实验室）；Université Paris Cité, CNRS, MAP5（巴黎西岱大学、法国国家科学研究中心、MAP5）
本文提出了一种基于表型结构化的非局部细胞迁移动力学模型，通过多尺度建模方法描述单细胞到群体水平的迁移行为，并通过实验验证模型的准确性。
2025-12-23 q-bio.CB q-bio.PE
Universal energy-accuracy tradeoffs in nonequilibrium cellular sensing
本研究结合多理论推导单细胞浓度传感精度极限，发现简单观测下非平衡受体存在能量-精度帕累托最优权衡，提出新型热力学不确定关系并推广经典Berg-Purcell极限。
2021-12-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Optimality theory of stigmergic collective information processing by chemotactic cells
本文将趋化细胞的集体探索建模为群体强化学习问题，推导出最优探索动力学并揭示其与Keller-Segel模型的结构对应关系，阐明了梯度感知与生成的最优耦合机制。
2025-01-02 nlin.AO q-bio.CB
Theory of epithelial cell shape transitions induced by mechanoactive chemical gradients
细胞形状由细胞的内在特性及其机械化学环境的平衡决定。不均匀的形状变化是许多形态发生事件的基础，并涉及由复杂的化学信号诱导的活性细胞力的空间梯度。在这里，我们介绍了一个机械化学模型的基础上的概念，细胞形状的变化可能会引起外部扩散的生物分子，影响细胞的收缩性（或等效的，粘附）在浓度依赖性的方式-其空间分布反过来又受到细胞形状的影响。我们从理论上描绘出化学浓度和细胞结构之间可能的相互作用。除了提供了一个直接的路线，在组织中的细胞形状轮廓的空间梯度，我们的研究结果表明，对细胞形状的依赖有助于创建强大的机械化学梯度。
2017-09-05 physics.bio-ph q-bio.CB
Collective Cell Movement in Cell-Scale Tension Gradient on Tissue Interface
在本文中，我们研究了出现的细胞流诱导的张力梯度的组织界面上的液体界面上的Marangoni流的情况下。我们认为组织间异嗜性粘附的分子密度极性是张力梯度的来源。通过应用细胞Potts模型，我们证明了浓度极化（即，细胞内定位）可以诱导类似于Marangoni流的细胞流。与普通的马兰戈尼流相反，这种流动的方向与张力梯度的方向相反。还确定了存在这种流动的最佳粘附强度范围。
2021-10-01 cond-mat.soft q-bio.CB
Optimal concentration and gradient sensing by perfect monitors
Institute for Theoretical Physics, Department of Physics, Utrecht University（乌得勒支大学理论物理系）；Centre for Complex Systems Studies, Utrecht University（乌得勒支大学复杂系统研究中心）
该研究针对细胞感知化学浓度的精度限制，推导出最优空间加权的无偏估计器，发现最优权重集中于监测区域边界，可降低浓度与梯度感知的不确定性，且结果适用于任意几何和维度。
2026-10-22 math-ph math.MP math.PR
Cellular gradient flow structure connects single-cell-level rules and population-level dynamics
本文揭示了异质细胞群体的梯度流结构能自然连接单细胞规则与群体级动态，并证明单向类型切换等规则源于此结构，为理解多细胞动态提供了理论基础。
2022-05-26 q-bio.CB q-bio.PE
Localized Signaling Compartments in 2-D Coupled by a Bulk Diffusion Field: Quorum Sensing and Synchronous Oscillations in the Well-Mixed Limit
我们分析振荡不稳定性耦合PDE-ODE系统建模本地化的空间隔离的动态主动信号室，通过一个被动的细胞外体扩散场耦合在一个有界的2-D域之间的通信。假设每个信号室将化学物质分泌到细胞外介质（主体区域）中，并且它还可以感测其边界周围区域中该化学物质的浓度。这种来自整个细胞集合的体区的反馈反过来又改变了每个细胞内的细胞内动力学。在信号室是具有小公共半径$ε\ll 1$的圆盘且体扩散系数渐近大的极限下，利用匹配渐近分析将无量纲的PDE-ODE系统约化为具有全局耦合的非线性ODE系统.对于Sel'kov反应动力学，然后使用细胞内动力学和体扩散场的空间平均的ODE系统来研究由于全局耦合而触发的细胞动力学中的振荡不稳定性。特别是，数值分叉软件上的常微分方程用于研究耦合缺陷细胞（细胞的行为与其余细胞不同）的整体效果的一组相同的细胞。此外，当细胞的数量是大的，仓本序参量的计算，以预测的程度相同步的细胞内动力学。群体感应行为，其特征在于发病的集体行为的细胞内动态的细胞数量增加超过阈值，也进行了研究。我们的分析表明，细胞的人口密度起着双重作用的触发，然后淬灭同步振荡的细胞内动力学。
2020-06-06 nlin.PS q-bio.CB
Competing chemical gradients change chemotactic dynamics and cell distribution
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究探讨了细胞在多个趋化梯度下如何整合和优先处理信号，揭示了梯度感知精度对细胞导航行为的影响，包括各向异性空间模式和不同约束程度的细胞分布。
2025-07-25 physics.bio-ph q-bio.CB
Limits to the precision of gradient sensing with spatial communication and temporal integration
梯度感测需要在空间中的不同点处进行至少两次测量。然后，这些测量结果必须被传送到一个公共位置进行比较，这是非常嘈杂的。虽然对细胞测量精度的限制了解很多，但对通信所带来的限制还不了解。最近的实验的动机，我们得出的基本限制，在多细胞系统中的梯度传感的精度，占通信和时间整合。通过比较外部浓度的“局部”和“全局”分子报告物来估计梯度，其中全局报告物在相邻细胞之间交换。使用的波动耗散框架，我们发现，在相反的情况下，当通信被忽略，精度饱和与测量持续时间的细胞的数量无关，因为通信建立了一个最大的长度尺度，在该传感器信息可以可靠地传达。令人惊讶的是，我们还发现，如果局部报告基因也在细胞之间交换，精确度也会提高，尽管比全局报告基因更慢。原因在于，当本地报告者的交换削弱比较时，它降低了测量噪声。我们称这种模型为“区域兴奋-全局抑制”（regional excitation-global inhibition，REGI）。我们的研究结果表明，基本的感知极限时，需要考虑到沟通信息的尖锐。
2015-05-17 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.MN
Patch coalescence as a mechanism for eukaryotic directional sensing
真核细胞拥有一个敏感的化学指南针，使它们能够定向到可溶性化学物质的来源。细胞外化学信号触发细胞膜分离成两个结构域，这两个结构域由不同的磷脂分子组成，并沿着信号各向异性取向。我们提出了一个理论，这个极化过程，这是阐明成后续阶段的胚芽成核，补丁粗化和合并成一个单一的域。我们发现极化时间$t_ε$通过幂律$t_ε\propto ε^{-2}$依赖于各向异性程度$ε$，并且在半径为$R$的单元中，应该存在最小可检测各向异性的阈值$ε_\mathrm{th}\propto R^{-1}$。
2008-10-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Protein gradients in single cells induced by their coupling to "morphogen"-like diffusion
细胞在其体积内传输信息的许多方式之一是通过不同蛋白质的稳定空间梯度。然而，没有任何来源或汇的蛋白质形成这种单细胞梯度的机制尚未完全理解。这种梯度形成的模型之一，基于差分扩散，是有限的蛋白质与其扩散常数或特定的蛋白质-大分子相互作用的大比例。我们介绍了一种新的机制梯度形成通过耦合的蛋白质在一个单一的细胞与一个分子，我们称之为“原”，其作用是类似的形态发生剂在多细胞组件，原产生固定流量在一侧的细胞。这种耦合导致细胞内的前原动力学的有效非线性扩散降解模型，这导致蛋白质浓度的稳态梯度。我们使用的稳定性分析表明，这些梯度是线性稳定的扰动。
2018-04-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Local Clustering and Global Spreading of Receptors for Optimal Spatial Gradient Sensing
本研究通过最小化梯度估计不确定性的理论模型，揭示细胞表面受体在完美球面均匀分布、扰动下高曲率区域聚类的最优分布规律，为现实场景中受体聚类提供实用解释。
2025-04-16 cond-mat.soft cs.IT math.IT
Properties of Cooperatively Induced Phases in Sensing Models
大量的真核细胞能够直接检测外部化学梯度，具有很高的准确性，其灵敏度的极限多年来一直是一个争论的话题。以前的工作已经做了了解这个过程的许多方面，但很少注意到紧急感知状态的可能性。在这里，我们研究如何在一个二维网络中存在的传感器之间的合作，因为他们做的细胞的表面上，可以增强和从根本上改变细胞的响应空间变化的信号。我们发现，弱相互作用的传感器线性放大传感器对外部梯度的响应，而网络的强相互作用的传感器形成一个集体的非线性响应与两个独立的域的活动和非活动的传感器形成所谓的“1/2状态”。在我们的分析中，我们研究了细胞的能力，感觉信号的方向，并特别注意在强相互作用的制度实现的实质性不同的行为。
2014-12-01 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
