引入内部状态与环境影响力的活细胞迁移：环境记忆涌现及其行为后果

《Nature Communications》：Emergent memory in cell-like active systems

　　# 摘要从分子机器到人类群体，跨尺度的活性系统通常被建模为由内生动力的自驱动粒子组成的集合。然而，这些模型往往假设无记忆动力学。在此，我们以活细胞为例——近期研究表明活细胞表现出多时间尺度的记忆效应——引入了一个最小的理论框架，将内部状态动力学和环境感知纳入细胞迁移的过阻尼活性粒子模型中。我们表明，当自推进依赖于具有自身复杂动力学的内部变量——并受局部环境线索调制——时，环境记忆会自发涌现，并产生新的行为类别。这些包括：记忆诱导响应、复杂景观中的可适应定位、运动诱导相分离的抑制以及增强型堵塞转变。我们的结果表明，像活细胞这样具有内部状态的远离平衡智能体所固有的最小信息处理能力，可以深刻地影响个体和集体行为。该框架架起了细胞尺度活动与大尺度智能运动之间的桥梁，并为从合成胶体到生物集体和机器人群的定量分析和设计开辟了新途径。