Feedback between motion and sensation provides nonlinear boost in run-and-tumble navigation
Notice bibliographique
Résumé
Many organisms navigate gradients by alternating straight motions (runs) with random reorientations (tumbles), transiently suppressing tumbles whenever attractant signal increases. This induces a functional coupling between movement and sensation, since tumbling probability is controlled by the internal state of the organism which, in turn, depends on previous signal levels. Although a negative feedback tends to maintain this internal state close to adapted levels, positive feedback can arise when motion up the gradient reduces tumbling probability, further boosting drift up the gradient. Importantly, such positive feedback can drive large fluctuations in the internal state, complicating analytical approaches. Previous studies focused on what happens when the negative feedback dominates the dynamics. By contrast, we show here that there is a large portion of physiologically-relevant parameter space where the positive feedback can dominate, even when gradients are relatively shallow. We demonstrate how large transients emerge because of non-normal dynamics (non-orthogonal eigenvectors near a stable fixed point) inherent in the positive feedback, and further identify a fundamental nonlinearity that strongly amplifies their effect. Most importantly, this amplification is asymmetric, elongating runs in favorable directions and abbreviating others. The result is a "ratchet-like" gradient climbing behavior with drift speeds that can approach half the maximum run speed of the organism. Our results thus show that the classical drawback of run-and-tumble navigation-wasteful runs in the wrong direction-can be mitigated by exploiting the non-normal dynamics implicit in the run-and-tumble strategy.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».