腸内の周波数同調の数理的解明(How a Chorus of Synchronized Frequencies Helps You Digest Your Food)

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2025-10-30 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、腸の蠕動運動における「同期現象」を数理的に解明した。腸の各部位は異なる周波数で振動するが、隣接する部分同士が「ロック」し合うことで階段状の同期パターンを形成し、食物を一定方向に移動させる。このモデルは血管や神経活動の同期にも応用可能とされ、消化運動障害の理解に新たな手がかりを与える。成果は『Physical Review Letters』に掲載された。

腸内の周波数同調の数理的解明(How a Chorus of Synchronized Frequencies Helps You Digest Your Food)
実験的な蠕動運動とモデリングデータの比較。(左)円は健常な腸で記録された振動周期で、灰色の階段はモデルから得られたものです。(右)振動の3つの時間経過の構造。

<関連情報>

不均一振動媒体における欠陥、区画化、および再正規化された負の拡散係数 Defects, Parcellation, and Renormalized Negative Diffusivities in Nonhomogeneous Oscillatory Media

Marie Sellier-Prono, Massimo Cencini, David Kleinfeld, and Massimo Vergassola
Physical Review Letters  Published: 14 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/8njd-qd14

Abstract

Spatial nonhomogeneities can synchronize clusters of spatially extended oscillators in different frequency plateaus. Motivated by physiological rhythms, we fully characterize the phase diagram of a Ginzburg-Landau (GL) model with a gradient of frequencies. For large gradients and diffusion, the rest state is stable, and the linear spectrum around it maps onto the non-Hermitian Bloch-Torrey equation. When complex pairs of eigenvalues turn unstable, precursors of plateaus grow, separated by defects where the GL amplitude vanishes. Nonlinear effects either saturate the amplitude of plateaus or lead to a phase-locked state, with saddle-node bifurcations separating the two regimes. In the region of plateaus, we trace the formation of defects to a nonlinear renormalization of the diffusivity, and determine the scaling of their number and length vs dynamical parameters.

医療・健康
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