通过空间间隙实现鱼群的相位同步
Phase synchronization of fish schools through spatial gaps
- Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
- Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
- Institute of Complex Systems (UBICS)（复杂系统研究所）
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AI总结：
该研究通过含透明间隙分隔的两个鱼群实验，以视觉为交互通道，发现鱼群转向会驱动距离依赖的相位同步，用耦合随机双稳态振荡器建模重现结果，建立非平衡活性系统与耦合随机振荡器的联系，为生物群体跨边界信息传递提供见解。
AI中文摘要：
我们研究感官耦合如何介导空间分离的受限活性系统之间的相位相干性。利用被充满水的透明间隙分隔的两个鱼群，我们将视觉确定为主要相互作用通道。在边界约束下，每个鱼群的质心航向呈现噪声双稳态动力学，沿分隔墙自发在两个反平行方向之间切换。一个鱼群的转向事件会偏向另一个鱼群的朝向，驱动与距离相关的相位同步。我们使用两个耦合的随机双稳态振荡器对该行为进行建模，其精确解可定量重现实验结果。本研究建立了非平衡活性系统与耦合随机振荡器之间的精确联系，为生物群体跨边界信息传递提供了见解。
英文摘要：
We investigate how sensory coupling mediates phase coherence between spatially separated, confined active systems. Using two fish schools separated by a water-filled transparent gap, we isolate vision as the primary interaction channel. Under boundary confinement, each school's center-of-mass heading exhibits noisy bistable dynamics, spontaneously switching between two antiparallel directions along the partition wall. Turning events in one school bias the orientation of the other, driving distance-dependent phase synchronization. We model this behavior using two coupled stochastic bistable oscillators whose exact solution quantitatively reproduces the empirical results. Our work establishes a precise connection between nonequilibrium active systems and coupled stochastic oscillators, offering insight into boundary-spanning information transfer in living collectives.
