头足类动物的皮肤呈现出广泛的动态视觉展示形式，包括行波、明暗闪烁和闪变等；这些现象均由肌肉调节的、充满色素的弹性囊——色素胞——的扩张与回缩所产生。尽管中枢神经控制对于全身范围内的高级图案协调至关重要，但来自离体和去神经支配皮肤的实验证据表明，复杂的时空模式也可以在皮肤中自发产生。这引发了关于中枢控制与外周控制各自作用的问题。为确定产生此类模式所需的最简控制机制，我们开发了 ChromatoNet，这是一种色素胞阵列的生物物理模型；该模型在一维和二维晶格上纳入了机械相互作用以及径向肌肉的兴奋性特征。在极少外部输入的情况下，我们改进的 Morris–Lecar 模型再现了丰富的皮肤动态，包括自发闪变以及行波和螺旋波。自发产生的波和刺激诱发的波均以一种内在共振频率出现，该频率由模型参数决定。在不同条件下，传播速度保持稳定，并且与去神经支配皮肤制备物中观察到的速度范围一致。该模型在局部耦合以及输入刺激的时间依赖性和形状作用下，能够产生多样的输出状态，而几乎不需要自上而下的引导。研究结果提供了原理性证据，表明在极少中枢神经驱动的情况下，色素胞/肌肉动力学即可产生丰富的动态模式。
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仿生色素细胞网络模型生成类似头足类动物所观察到的动态皮肤图案
Yasemin Ersoy， Robin Peter， Gabriel Barello， Emily Meyer， Emily Mackevicius， Stephen Senft， Roger T. Hanlon， Bard Ermentrout， 查看 ORCID 记录 Stephanie Palmer
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.755305
Yasemin Ersoy 1 芝加哥大学；
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Robin Peter 2 加利福尼亚大学旧金山分校；
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Gabriel Barello 3 PitchBook；
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Emily Meyer 4 科罗拉多大学安舒茨医学院；
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Emily Mackevicius 5 Basis Research Institute；
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Stephen Senft 6 海洋生物学实验室；
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Roger T. Hanlon 6 海洋生物学实验室；
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Bard Ermentrout 7 匹兹堡大学
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Stephanie Palmer 1 芝加哥大学；
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通讯作者： sepalmer{at}uchicago.edu
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头足类动物的皮肤呈现出范围广泛的动态视觉展示，包括行进波、明暗闪烁以及闪动现象；这些现象均由肌肉调控的、充满色素的弹性囊状结构——色素细胞——的扩张与收缩所产生。尽管中枢神经控制对于全身范围内高级水平的图案协调至关重要，但对离体且去神经支配皮肤的实验研究表明，复杂的时空图案也能够在皮肤中自发产生。这引发了关于中枢控制与外周控制各自作用的问题。为确定生成此类图案所需的最简控制机制，我们开发了 ChromatoNet，这是一种色素细胞阵列的生物物理模型，其中包括一维和二维晶格上的机械相互作用，以及径向肌肉的兴奋性特征。在极少外部输入的条件下，我们改进的 Morris–Lecar 模型能够再现丰富的皮肤动态，包括自发闪动以及行进波和螺旋波。自发波和刺激诱发波均以一种内在共振频率出现，该频率由模型参数决定。在不同条件下，传播速度保持稳定，并且与去神经支配皮肤制备物中观察到的速度范围一致。该模型对局部耦合以及输入刺激的时间依赖性和形状产生多样化的输出状态，而几乎不需要自上而下的指导。研究结果提供了原理验证，表明在中枢神经驱动极少的情况下，色素细胞/肌肉动力学也能够产生丰富的动态图案。
利益冲突声明
作者已声明不存在利益冲突。
已声明的资助信息
Schmidt Sciences， https://ror.org/044fk6795 ，Polymaths
美国国家科学基金会， PHY-2317138， DMS-2235451
Simons Foundation， MP-TMPS-00005320
美国空军科学研究办公室， FA9550-22-1-0467
版权
本预印本的，允许其永久展示本文。
本文依据以下许可协议提供： CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议。
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发布于 2026 年 10 月 6 日。
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Yasemin Ersoy， Robin Peter， Gabriel Barello， Emily Meyer， Emily Mackevicius， Stephen Senft， Roger T. Hanlon， Bard Ermentrout， Stephanie Palmer
bioRxiv 2026.09.30.755305； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.755305
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仿生色素细胞网络模型生成类似头足类动物所观察到的动态皮肤图案
Yasemin Ersoy， Robin Peter， Gabriel Barello， Emily Meyer， Emily Mackevicius， Stephen Senft， Roger T. Hanlon， Bard Ermentrout， Stephanie Palmer
bioRxiv 2026.09.30.755305； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.755305
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.755305v1?rss=1
🏷️ 色素细胞 头足类动物 生物物理模型 动态皮肤图案 行波与螺旋波 Morris–Lecar模型