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Noise facilitates entrainment of a population of uncoupled limit cycle oscillators

Kumpost, Vojtech ORCID iD icon 1,2; Hilbert, Lennart ORCID iD icon 2,3; Mikut, Ralf ORCID iD icon 1
1 Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Biologische und Chemische Systeme (IBCS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Zoologisches Institut (ZOO), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Many biological oscillators share two properties: they are subject to stochastic fluctuations (noise) and they must reliably adjust their period to changing environmental conditions (entrainment). While noise seems to distort the ability of single oscillators to entrain, in populations of uncoupled oscillators noise allows population-level entrainment for a wider range of input amplitudes and periods. Here, we investigate how this effect depends on the noise intensity and the number of oscillators in the population. We have found that, if a population consists of a sufficient number of oscillators, increasing noise intensity leads to faster entrainment after a phase change of the input signal (jet lag) and increases sensitivity to low-amplitude input signals.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000154503
Veröffentlicht am 17.01.2023
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)
Institut für Biologische und Chemische Systeme (IBCS)
Zoologisches Institut (ZOO)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 01.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1742-5662
KITopen-ID: 1000154503
HGF-Programm 47.14.02 (POF IV, LK 01) Information Storage and Processing in the Cell Nucleus
Erschienen in Journal of The Royal Society Interface
Verlag The Royal Society
Band 20
Heft 198
Seiten Art.-Nr.: 20220781
Vorab online veröffentlicht am 11.01.2023
Schlagwörter circadian clock, stochastic oscillator, cellular noise
Nachgewiesen in PubMed
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