Graphic summary
  • Show / hide key
  • Information


Scientific and technological production
  •  

1 to 50 of 392 results
  • Emergent bimodal firing patterns implement different encoding strategies during gamma-band oscillations

     De Sancristobal Alonso, Belen; Vicente, Raul; Sancho Herrero, José María; Garcia Ojalvo, Jorge
    Frontiers in computational neuroscience
    Vol. 7, p. 18-1-18-13
    DOI: 10.3389/fncom.2013.00018
    Date of publication: 2013-03-26
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Upon sensory stimulation, primary cortical areas readily engage in narrow-band rhythmic activity between 30 to 90 Hz, the so-called gamma oscillations. Here we show that, when embedded in a balanced network, type-I excitable neurons entrained to the collective rhythm show a discontinuity in their firing rates between a slow and a fast spiking mode. This jump in the spiking frequencies is characteristic to type II neurons, but is not present in the frequency-current curve (f-I curve) of isolated type I neurons. There-fore, this rate bimodality arises as an emerging network property in type I population models. We have studied the mechanisms underlying the generation of these two firing modes, in order to reproduce the spiking activity of in vivo cortical recordings, which is known to be highly irregular and sparse. We have also analyzed the relation between afferent inputs and the single unit activity...

  • Circuit-level input integration in bacterial gene regulation

     Espinar Calvo, Maria Lorena; Dies Miracle, Marta; Garcia Ojalvo, Jorge; Cagatay, Tolga; Süel, Gürol M.
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
    Vol. 110, num. 17, p. 7091-7096
    DOI: 10.1073/pnas.1216091110
    Date of publication: 2013-04
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Gene regulatory circuits can receive multiple simultaneous inputs, which can enter the system through different locations. It is thus necessary to establish how these genetic circuits integrate multiple inputs as a function of their relative entry points. Here, we use the dynamic circuit regulating competence for DNA uptake in Bacillus subtilis as a model system to investigate this issue. Specifically, we map the response of single cells in vivo to a combination of (i) a chemical signal controlling the constitutive expression of key competence genes, and (ii) a genetic perturbation in the form of copy number variation of one of these genes, which mimics the level of stress signals sensed by the bacteria. Quantitative time-lapse fluorescence microscopy shows that a variety of dynamical behaviors can be reached by the combination of the two inputs. Additionally, the integration depends strongly on the relative locations where the two perturbations enter the circuit. Specifically, when the two inputs act upon different circuit elements, their integration generates novel dynamical behavior, whereas inputs affecting the same element do not. An in silico bidimensional bifurcation analysis of a mathematical model of the circuit offers good quantitative agreement with the experimental observations, and sheds light on the dynamical mechanisms leading to the different integrated responses exhibited by the gene regulatory circuit.

  • ESTOCASTICIDAD EN SISTEMAS COMPLEJOS NOLINEALES

     Pons Rivero, Antonio Javier; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Masoller Alonso, Cristina; Pigolotti, Simone; Ramirez de La Piscina Millan, Laureano; Peñaranda Ayllon, Angelina; Malagarriga Guasch, Daniel; Dies Miracle, Marta; Aragoneses Aguado, Andres; Deza, Juan Ignacio; Garcia Ojalvo, Jorge
    Competitive project

     Share

  • Neuronal oscillations: from single-unit activity to emergent dynamics and back  Open access

     De Sancristobal Alonso, Belen
    Department of Physics and Nuclear Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    L'objectiu principal d'aquesta tesi és comprendre el processament d'informació en xarxes neuronals en presència d'oscil·lacions subumbrals. La majoria de neurones propaguen la seva activitat elèctrica a través de sinapsis químiques que s'activen quan el corrent elèctric que les travessa supera un llindar. És per això que les descàrregues ràpides i intenses produïdes al soma neuronal (els potencials d'acciò) són considerades la unitat bàsica d'informació neuronal. El codi neuronal és entès com un llenguatge binari que expressa qualsevol missatge (estímul sensorial, memòries, etc.) en un tren de potencials d'acció. Circuits de milers de neurones connectades entre sí donen lloc a certs ritmes, palesos en registres d'activitat colectiva com els electroencefalogrames (EEG) o els potencials de camp local (LFP). La sincronització del potencials d'acció de cada cèl·lula, desencadenats per fluctuacions estocàstiques de les corrents sinàptiques, causa aquesta periodicitat a nivell de xarxa.Per entendre si aquests ritmes intervenen en el codi neuronal hem estudiat tres situacions. Primer, en el Capítol 2, mostrem com una cadena oberta de neurones amb un potencial de membrana intrínsecament oscil·latori filtra un senyal periòdic arribant per un dels extrems. La resposta de cada neurona (pulsar o no pulsar) depèn de la seva fase, de forma que cada una d'elles rep un missatge filtrat per la precedent. Els potencial d'acció presinàptics provoquen un canvi de fase en la neurona postsinàptica que depèn de la seva posició en l'espai de fases. Els períodes d'entrada capaços de sincronitzar les oscil·lacions subumbrals són aquells que mantenen la fase d'arribada dels potencials d'acció fixa al llarg de la cadena. El missatge arriba intacte a la darrera neurona si que aquesta fase permet la descàrrega del voltatge transmembrana.En segon cas, hem estudiat una xarxa neuronal on les oscil·lacions subumbrals emergeixen de l'activitat col·lectiva reflectida en els corrents sinàptics. Les neurones inhibidores aporten un ritme a l'excitabilitat de la xarxa. Quan la inhibició és baixa, la probabilitat d'una descàrrega global de la població neuronal és alta. En el Capítol 3 mostrem com aquest ritme implica l'aparició d'una bretxa en la freqüència de descàrrega de les neurones: o bé polsen espaiadament en el temps o bé en ràfegues d'elevada intensitat. La fase del LFP determina l'estat de la xarxa neuronal codificant l'activitat de la població: els mínims indiquen la descàrrega simultània de moltes neurones degut a un decreixement global de la inhibició, mentre que els màxims indiquen la coexistència de ràfegues degut a decreixements locals de la inhibició en estats globals d'excitació. En el Capítol 4 considerem acoblament entre dues xarxes neuronals per estudiar la interacció entre ritmes diferents. Les oscil·lacions indiquen recurrència en la sincronització de l'activitat col·lectiva. Durant aquestes finestres temporals una població optimitza el seu impacte en una xarxa diana. Quan el ritme de la població receptora i el de l'emissora difereixen significativament, l'eficiència en la comunicació decreix, ja que les fases de màxima resposta de la senyal LFP no mantenen una diferència constant entre elles. Finalment, en el Capítol 5 hem estudiat com les oscil·lacions col·lectives pròpies de l'estat de son donen lloc a coherència estocàstica. Per a una intensitat òptima del soroll, modulat per l'excitabilitat de la xarxa, el LFP assoleix una regularitat màxima donant lloc a un període refractari de la població neuronal. En resum, aquesta Tesi mostra exemples d'interacció entre els potencials d'acció, propis de la dinàmica de neurones individuals, i les oscil·lacions subumbrals, fruit de l'acoblament entre les cèl·lules i ubiqües en la dinàmica de poblacions neuronals. Aquests resultats aporten funcionalitat a aquests ritmes emergents, agents sincronitzadors i moduladors de les descàrregues neuronals i reguladors de la comunicació entre xarxes neuronals.

    L’objectiu principal d’aquesta tesi és avançar en la comprensió del processament d’informació en xarxes neuronals en presència d’oscil lacions subumbrals. La majoria de neurones propaguen la seva activitat elèctrica a través de sinapsis químiques que són activades, exclusivament, quan el corrent elèctric que les travessa supera un cert llindar. És per aquest motiu que les descàrregues ràpides i intenses produïdes al soma neuronal, els anomenats potencials d’acció, són considerades la unitat bàsica d’informació neuronal, és a dir, el senyal mínim i necessari per a iniciar la comunicació entre dues neurones. El codi neuronal és entès, doncs, com un llenguatge binari que expressa qualsevol missatge (estímul sensorial, memòries, etc.) en un tren de potencials d’acció. Tanmateix, cap funció cognitiva rau en la dinàmica d’una única neurona. Circuits de milers de neurones connectades entre sí donen lloc a determinats ritmes, palesos en registres d’activitat colectiva com els electroencefalogrames (EEG) o els potencials de camp local (LFP). Si els potencials d’acció de cada cèl lula, desencadenats per fluctuacions estocàstiques de les corrents sinàptiques, no assolissin un cert grau de sincronia, no apareixeria aquesta periodicitat a nivell de xarxa. Per tal de poder entendre si aquests ritmes intervenen en el codi neuronal hem estudiat tres situacions. Primer, en el Capítol 2, hem mostrat com una cadena oberta de neurones amb un potencial de membrana intrínsecament oscil latori filtra un senyal periòdic arribant per un dels extrems. La resposta de cada neurona (pulsar o no pulsar) depèn de la seva fase, de forma que cada una d’elles rep un missatge filtrat per la precedent. A més, cada potencial d’acció presinàptic provoca un canvi de fase en la neurona postsinàptica que depèn de la seva posició en l’espai de fases. Els períodes d’entrada capaços de sincronitzar les oscil lacions subumbrals són aquells que mantenen la fase d’arribada dels potencials d’acció fixa al llarg de la cadena. Per tal de què el missatge arribi intacte a la darrera neurona cal, a més a més, que aquesta fase permeti la descàrrega del voltatge transmembrana. En segon cas, hem estudiat una xarxa neuronal amb connexions tant a veïns propers com de llarg abast, on les oscil lacions subumbrals emergeixen de l’activitat col lectiva reflectida en els corrents sinàptics (o equivalentment en el LFP). Les neurones inhibidores aporten un ritme a l’excitabilitat de la xarxa, és a dir, que els episodis en què la inhibició és baixa, la probabilitat d’una descàrrega global de la població neuronal és alta. En el Capítol 3 mostrem com aquest ritme implica l’aparició d’una bretxa en la freqüència de descàrrega de les neurones: o bé polsen espaiadament en el temps o bé en ràfegues d’elevada intensitat. La fase del LFP determina l’estat de la xarxa neuronal codificant l’activitat de la població: els mínims indiquen la descàrrega simultània de moltes neurones que, ocasionalment, han superat el llindar d’excitabilitat degut a un decreixement global de la inhibició, mentre que els màxims indiquen la coexistència de ràfegues en diferents punts de la xarxa degut a decreixements locals de la inhibició en estats globals d’excitació. Aquesta dinàmica és possible gràcies al domini de la inhibició sobre l’excitació. En el Capítol 4 considerem acoblament entre dues xarxes neuronals per tal d’estudiar la interacció entre ritmes diferents. Les oscil lacions indiquen recurrència en la sincronització de l’activitat col lectiva, de manera que durant aquestes finestres temporals una població optimitza el seu impacte en una xarxa diana. Quan el ritme de la població receptora i el de l’emissora difereixen significativament, l’eficiència en la comunicació decreix, ja que les fases de màxima resposta de cada senyal LFP no mantenen una diferència constant entre elles. Finalment, en el Capítol 5 hem estudiat com les oscil lacions col lectives pròpies de l’estat de son donen lloc al fenomen de coherència estocàstica. Per a una intensitat òptima del soroll, modulat per l’excitabilitat de la xarxa, el LFP assoleix una regularitat màxima donant lloc a un període refractari de la població neuronal. En resum, aquesta Tesi mostra escenaris d’interacció entre els potencials d’acció, característics de la dinàmica de neurones individuals, i les oscil lacions subumbrals, fruit de l’acoblament entre les cèl lules i ubiqües en la dinàmica de poblacions neuronals. Els resultats obtinguts aporten funcionalitat a aquests ritmes emergents, agents sincronitzadors i moduladors de les descàrregues neuronals i reguladors de la comunicació entre xarxes neuronals.

    The main objective of this thesis is to better understand information processing in neuronal networks in the presence of subthreshold oscillations. Most neurons propagate their electrical activity via chemical synapses, which are only activated when the electric current that passes through them surpasses a certain threshold. Therefore, fast and intense discharges produced at the neuronal soma (the action potentials or spikes) are considered the basic unit of neuronal information. The neuronal code is understood, then, as a binary language that expresses any message (sensory stimulus, memories, etc.) in a train of action potentials. Circuits of thousands of interconnected neurons give rise to certain rhythms, revealed in collective activity measures such as electroencephalograms (EEG) and local field potentials (LFP). Synchronization of action potentials of each cell, triggered by stochastic fluctuations of the synaptic currents, cause this periodicity at the network level.To understand whether these rhythms are involved in the neuronal code we studied three situations. First, in Chapter 2, we showed how an open chain of neurons with an intrinsically oscillatory membrane potential filters a periodic signal coming from one of its ends. The response of each neuron (to spike or not) depends on its phase, so that each cell receives a message filtered by the preceding one. Each presynaptic action potential causes a phase change in the postsynaptic neuron, which depends on its position in the phase space. Those incoming periods that are able to synchronize the subthreshold oscillations, keep the phase of arrival of action potentials fixed along the chain. The original message reaches intact the last neuron provided that this phase allows the discharge of the transmembrane voltage.I the second case, we studied a neuronal network with connections to both long range and close neighbors, in which the subthreshold oscillations emerge from the collective activity apparent in the synaptic currents. The inhibitory neurons provide a rhythm to the excitability of the network. When inhibition is low, the likelihood of a global discharge of the neuronal population is high. In Chapter 3 we show how this rhythm causes a gap in the discharge frequency of neurons: either they pulse single spikes or they fire bursts of high intensity. The LFP phase determines the state of the neuronal network, coding the activity of the population: its minima indicate the simultaneous discharge of many neurons, while its maxima indicate the coexistence of bursts due to local decreases of inhibition at global states of excitation. In Chapter 4 we consider coupling between two neural networks in order to study the interaction between different rhythms. The oscillations indicate recurrence in the synchronization of collective activity, so that during these time windows a population optimizes its impact on a target network. When the rhythm of the emitter and receiver population differ significantly, the communication efficiency decreases as the phases of maximum response of each LFP signal do not maintain a constant difference between them.Finally, in Chapter 5 we studied how oscillations typical of the collective sleep state give rise to stochastic coherence. For an optimal noise intensity, modulated by the excitability of the network, the LFP reaches a maximal regularity leading to a refractory period of the neuronal population.In summary, this Thesis shows scenarios of interaction between action potentials, characteristics of the dynamics of individual neurons, and the subthreshold oscillations, outcome of the coupling between the cells and ubiquitous in the dynamics of neuronal populations . The results obtained provide functionality to these emerging rhythms, triggers of synchronization and modulator agents of the neuronal discharges and regulators of the communication between neuronal networks.

  • Transient and stochastic dynamics in cellular processes  Open access

     Rue Queralt, Pau
    Department of Applied Physics, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    En aquesta Tesi s'estudien diferents processos intracel·lulars i de poblacions cel·lulars regits per dinàmica estocàstica i no lineal.El problemes biològics tractats graviten al voltant el concepte de dinàmica transitòria i de relaxació d'un estat dinàmic pertorbat a l'estat estacionari. En aquest sentit, en tots els processos estudiats, les fluctuacions estocàstiques, presents intrínsecament o aplicades de forma externa, hi tenen un paper constructiu, ja sigui empenyent els sistemes fora de l'equilibri, interferint amb les lleis deterministes subjacents, o establint els nivells d¿heterogeneïtat necessaris.La primera part de la Tesi es dedica a l'estudi de processos cel·lulars transitoris regulats genèticament. En ella analitzem des d'un punt de vista teòric tres circuits genètics de control de polsos excitables i, contràriament al que s¿havia especulat anteriorment, establim que tots ells poden treballar en dos tipus de règim excitable. Analitzem també com, en presència de soroll molecular, aquests circuits excitables poden generar polsos periòdics i multimodals degut a la combinació de dos fenòmens induïts per soroll: l¿estabilització estocàstica d¿estats inestables i la ressonància de coherència.D¿altra banda, estudiem com un mecanisme genètic excitable pot ser el responsable de regular a nivell transcripcional les fluctuacions que s'observen experimentalment en alguns factors de pluripotència en cèl·lules mare embrionàries. En l¿embrió, la pluripotència és un estat cel·lular transitori i la sortida de les cèl·lules d¿aquest sembla que està associada a fluctuacions transcripcionals. En relació al control de la pluripotència, presentem també un nou mecanisme basat en la regulació post-traduccional d'un petit conjunt de 4 factors de pluripotència. El model teòric proposat, basat en la formació de complexos entre els diferents factors de pluripotència, l'hem validat mitjançant experiments quantitatius en cèl·lules individuals. El model postula que l¿estat de pluripotència no depèn dels nivells cel·lulars d¿un únic factor, sinó d¿un equilibri de correlacions entre diverses proteïnes. A més, prediu el fenotip de cèl·lules mutants i suggereix que la funció reguladora de les interaccions entre les quatre proteïnes és la d¿esmorteir l¿activitat transcripcional d¿Oct4, un dels principals factors de pluripotència.En el segon apartat de la Tesi estudiem el comportament d¿una xarxa computacional de senyalització cel·lular de fibroblast humà en presència de senyals externs fluctuants i cíclics. Els resultats obtinguts mostren que la xarxa respon de forma no trivial a les fluctuacions ambientals, fins i tot en presència d¿una senyal externa. Diferents nivells de soroll permeten modular la resposta de la xarxa, mitjançant la selecció de rutes alternatives de transmissió de la informació.Finalment, estudiem la dinàmica de poblacions cel·lulars durant la formació de biofilms, pel·lícules arrugades d¿aglomerats de bacteris que conformen un dels exemples més simples d¿estructures multicel·lulars auto-organitzades. En aquesta Tesi presentem un model espai-temporal de creixement i mort cel·lular motivat per l¿evidència experimental sobre l¿aparició de patrons de mort massiva de bacteris previs a la formació de les arrugues dels biofilms. Aquests patrons localitzats concentren les forces mecàniques durant l¿expansió del biofilm i inicien la formació de les arrugues característiques. En aquest sentit, el model proposat explica com es formen els patrons de mort a partir dels canvis de mobilitat dels bacteris deguts a la producció de matriu extracel·lular combinats amb un creixement espacialment heterogeni. Una important predicció del model és que la producció de matriu és un procés clau per a l¿aparició dels patrons i, per tant de les arrugues. En aquest aspecte, els nostres resultats experimentals en bacteris mutants que no produeixen components essencials de la matriu, confirmen les prediccions.

    This Thesis studies different cellular and cell population processes driven by non-linear and stochastic dynamics. The problems addressed here gravitate around the concepts of transient dynamics and relaxation from a perturbed to a steady state. In this regard, in all processes studied, stochastic fluctuations, either intrinsically present in or externally applied to these systems play an important and constructive role, by either driving the systems out of equilibrium, interfering with the underlying deterministic laws, or establishing suitable levels of heterogeneity. The first part of the Thesis is committed the analysis of genetically regulated transient cellular processes. Here, we analyse, from a theoretical standpoint, three genetic circuits with pulsed excitable dynamics. We show that all circuits can work in two different excitable regimes, in contrast to what was previously speculated. We also study how, in the presence of molecular noise, these excitable circuits can generate periodic polymodal pulses due to the combination of two noise induced phenomena: stabilisation of an unstable spiral point and coherence resonance. We also studied an excitable genetic mechanism for the regulation of the transcriptional fluctuations observed in some pluripotency factors in Embryonic Stem cells. In the embryo, pluripotency is a transient cellular state and the exit of cells from it seems to be associated with transcriptional fluctuations. In regard to pluripotency control, we also propose a novel mechanism based on the post-translational regulation of a small set of four pluripotency factors. We have validated the theoretical model, based on the formation of binary complexes among these factors, with quantitative experimental data at the single-cell level. The model suggests that the pluripotency state does not depend on the cellular levels of a single factor, but rather on the equilibrium of correlations between the different proteins. In addition, the model is able to anticipate the phenotype of several mutant cell types and suggests that the regulatory function of the protein interactions is to buffer the transcriptional activity of Oc4, a key pluripotency factor. In the second part of the Thesis we studied the behaviour of a computational cell signalling network of the human fibroblast in the presence of external fluctuations and signals. The results obtained here indicate that the network responds in a nontrivial manner to background chatter, both intrinsically and in the presence of external periodic signals. We show that these responses are consequence of the rerouting of the signal to different network information-transmission paths that emerge as noise is modulated. Finally, we also study the cell population dynamics during the formation of microbial biofilms, wrinkled pellicles of bacteria glued by an extracellular matrix that are one of the simplest cases of self-organised multicellular structures. In this Thesis we develop a spatiotemporal model of cellular growth and death that accounts for the experimentally observed patterns of massive bacterial death that precede wrinkle formation in biofilms. These localised patterns focus mechanical forces during biofilm expansion and trigger the formation of the characteristic ridges. In this sense, the proposed model suggests that the death patterns emerge from the mobility changes in bacteria due to the production of extracellular matrix and the spatially inhomogeneous cellular growth. An important prediction of the model is that matrix productions is crucial for the appearance of the patterns and, therefore for winkle formation. We have also experimentally validated validated this prediction with matrix deficient bacterial strains, which show neither death patterns nor wrinkles.

    En aquesta Tesi s’estudien diferents processos intracel·lulars i de poblacions cel·lulars regits per dinàmica estocàstica i no lineal. El problemes biològics tractats graviten al voltant el concepte de dinàmica transitòria i de relaxació d’un estat dinàmic pertorbat a l’estat estacionari. En aquest sentit, en tots els processos estudiats, les fluctuacions estocàstiques, presents intrínsecament o aplicades de forma externa, hi tenen un paper constructiu, ja sigui empenyent els sistemes fora de l’equilibri, interferint amb les lleis deterministes subjacents, o establint els nivells d’heterogeneïtat necessaris. La primera part de la Tesi es dedica a l’estudi de processos cel·lulars transitoris regulats genèticament. En ella analitzem des d’un punt de vista teòric tres circuits genètics de control de polsos excitables i, contràriament al que s’havia especulat anteriorment, establim que tots ells poden treballar en dos tipus de règim excitable. Analitzem també com, en presència de soroll molecular, aquests circuits excitables poden generar polsos periòdics i multimodals degut a la combinació de dos fenòmens induïts per soroll: l’estabilització estocàstica d’estats inestables i la ressonància de coherència. D’altra banda, estudiem com un mecanisme genètic excitable pot ser el responsable de regular a nivell transcripcional les fluctuacions que s’observen experimentalment en alguns factors de pluripotència en cèl·lules mare embrionàries. En l’embrió, la pluripotència és un estat cel·lular transitori i la sortida de les cèl·lules d’aquest sembla que està associada a fluctuacions transcripcionals. En relació al control de la pluripotència, presentem també un nou mecanisme basat en la regulació post-traduccional d’un petit conjunt de 4 factors de pluripotència. El model teòric proposat, basat en la formació de complexos entre els diferents factors de pluripotència, l’hem validat mitjançant experiments quantitatius en cèl·lules individuals. El model postula que l’estat de pluripotència no depèn dels nivells cel·lulars d’un únic factor, sinó d’un equilibri de correlacions entre diverses proteïnes. A més, prediu el fenotip de cèl·lules mutants i suggereix que la funció reguladora de les interaccions entre les quatre proteïnes és la d’esmorteir l’activitat transcripcional d’Oct4, un dels principals factors de pluripotència. En el segon apartat de la Tesi estudiem el comportament d’una xarxa computacional de senyalització cel·lular de fibroblast humà en presència de senyals externs fluctuants i cíclics. Els resultats obtinguts mostren que la xarxa respon de forma no trivial a les fluctuacions ambientals, fins i tot en presència d’una senyal externa. Diferents nivells de soroll permeten modular la resposta de la xarxa, mitjançant la selecció de rutes alternatives de transmissió de la informació. Finalment, estudiem la dinàmica de poblacions cel·lulars durant la formació de biofilms, pel·lícules arrugades d’aglomerats de bacteris que conformen un dels exemples més simples d’estructures multicel·lulars autoorganitzades. En aquesta Tesi presentem un model espai-temporal de creixement i mort cel·lular motivat per l’evidència experimental sobre l’aparició de patrons de mort massiva de bacteris previs a la formació de les arrugues dels biofilms. Aquests patrons localitzats concentren les forces mecàniques durant l’expansió del biofilm i inicien la formació de les arrugues característiques. En aquest sentit, el model proposat explica com es formen els patrons de mort a partir dels canvis de mobilitat dels bacteris deguts a la producció de matriu extracel·lular combinats amb un creixement espacialment heterogeni. Una important predicció del model és que la producció de matriu és un procés clau per a l’aparició dels patrons i, per tant de les arrugues. En aquest aspecte, els nostres resultats experimentals en bacteris mutants que no produeixen components essencials de la matriu, confirmen les prediccions.

  • A mesoscopic study of the excitatory/inhibitory coupling effect on synchronization and segregation

     Pons Rivero, Antonio Javier; Malagarriga Guasch, Daniel; Garcia Ojalvo, Jorge
    NETT Summer School
    Presentation's date: 2013-07-01
    Presentation of work at congresses

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Consistency mediated by transient chaos

     Pons Rivero, Antonio Javier; Tiana Alsina, Jordi; Martín Buldú, Javier; Torrent Serra, Maria del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge
    Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física
    p. 744-
    Presentation's date: 2013-07-17
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Towards a statistical mechanics of cell fate decisions

     Garcia Ojalvo, Jorge; Martinez Arias, Alfonso
    Current opinion in genetics and development
    Vol. 22, num. 6, p. 619-626
    DOI: 10.1016/j.gde.2012.10.004
    Date of publication: 2012-12
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Premi ICREA Acadèmia

     Masoller Alonso, Cristina; Garcia Ojalvo, Jorge; Llorca Pique, Jordi
    Award or recognition

     Share

  • NEURAL ENGINEERING TRANSFORMATIVE TECHNOLOGIES

     Pons Rivero, Antonio Javier; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Masoller Alonso, Cristina; Garcia Ojalvo, Jorge
    Competitive project

     Share

  • Dinámica de circuitos de regulación genética en bacterias  Open access

     Espinar Calvo, Maria Lorena
    Department of Applied Physics, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    El objetivo de esta Tesis es el estudio de diferentes comportamientos celulares dinámicos en Escherichia coli y Bacillus subtilis. Es interesante comprender cómo estos organismos sencillos poseen mecanismos complejos para responder al entorno en el que se encuentran. Dicha respuesta está regulada por complicadas redes de regulación formadas por genes y proteínas, donde al igual que los instrumentistas de una orquesta, cada elemento de las redes genéticas debe tomar parte en armonía, en el momento justo y la cantidad adecuada para dar lugar a la respuesta celular apropiada. La Parte I introduce aspectos básicos de la metodología utilizada y conceptos fundamentales para la comprensión de los resultados. El Capítulo 1 es una breve introducción a los circuitos de regulación genética y el uso de proteínas fluorescentes para el estudio in vivo y en células individuales de la dinámica de dichos circuitos. El Capítulo 2 describe los materiales y técnicas utilizadas, desde el cultivo y obtención de cepas bacterianas, los métodos para filmar dichas cepas con microscopía de fluorescencia temporalizada, al análisis de las imágenes. El Capítulo 3 describe las características básicas de los procesos biológicos de estudio. El Capítulo 4 describe ciertos aspectos de la dinámica celular como el comportamiento oscilatorio o excitable de algunos sistemas biológicos, y las herramientas matemáticas usadas para contrastar los datos experimentales. La Parte II corresponde a los resultados. El Capítulo 5 describe los resultados del estudio del control del inicio de la replicación cromosómica en E. coli. Mediante una serie de perturbaciones en las proteínas que regulan este proceso, y mediante el análisis de las imágenes obtenidas por microscopía, se cuantificó el efecto ejercido sobre el inicio de replicación, comparando los resultados con una cepa control. El Capítulo 6 describe los resultados del estudio de la forma en que el circuito genético que regula la competencia en B. subtilis integra múltiples señales simultáneas. Se caracterizó experimentalmente y con un análisis de bifurcación del modelo matemático del circuito, la respuesta en células individuales e in vivo a señales químicas de diferente intensidad que controlan la expresión constitutiva de los genes que forman el circuito, y a la variación del número de copias de uno de estos genes. El Capítulo 7 describe los resultados del estudio del proceso de toma de decisión celular en B. subtilis, basado en la decisión de estas bacterias por optar entre los programas de diferenciación en competencia genética y esporulación, los cuales compiten entre sí en el tiempo. El análisis simultáneo y en células individuales de ambos programas permitió descubrir por qué las bacterias optan por uno u otro mediante un mecanismo de carrera molecular entre estos dos programas en competición. El Capítulo 8 describe los resultados del estudio de la adaptación celular al estrés mediante esporulación y la toma de decisión de una forma robusta en B. subtilis. Se analizó de forma cuantitativa la expresión de los genes implicados en la progresión hacia la formación de esporas y se desarrolló un modelo matemático poblacional para estudiar el efecto de la reversibilidad en el proceso de adaptación celular a cambios en los niveles de estrés. La Parte III corresponde a las Conclusiones y la perspectiva futura para los resultados descritos en la Parte II. Los resultados obtenidos contribuyen a la comprensión de determinados comportamientos en E. coli y B. subtilis. Estas bacterias, sencillas si se comparan con organismos superiores, ofrecen la posibilidad de estudiar mecanismos utilizados por sistemas más complejos, pero que para su estudio se requieren técnicas complicadas. El estudio en células individuales de la dinámica de redes de regulación mediante las técnicas utilizadas nos permite el análisis in vivo y en tiempo real de lo que sucede con dichas redes en el interior de las células respecto al exterior celular.

    The aim of this Thesis is the study of different dynamic cellular behaviors in Escherichia coli and Bacillus subtilis. It is interesting to understand how these simple organisms have not so simple mechanisms to respond to their environment. This response is regulated by complex regulatory networks consisting of genes and proteins, where as instrumentalists in an orchestra, each element of the network should operates in harmony, at the right time and the right amount to give an appropriate cellular response. Part I introduces basic aspects of the methodology and concepts for the understanding of the results presented in this Thesis. Chapter 1 provides a brief introduction to genetic regulatory circuits and the fluorescent proteins used for the study of the dynamics of such circuits in vivo and in individual cells. Chapter 2 describes the materials and techniques used, from growing and obtaining bacterial strains, to the methodology used for filming these strains by temporalized fluorescence microscopy, and to the analysis of the obtained images. Chapter 3 describes the main features of the dynamical biological processes studied in E. coli and B. subtilis. Chapter 4 refers to certain aspects of cellular dynamics such as oscillatory or excitable behavior of some biological systems, as well as the mathematical tools used to compare the data obtained experimentally. Part II corresponds to the results. Chapter 5 describes the results of the study of the control of chromosome replication initiation in E. coli. We implemented a set of perturbations in the main proteins that regulate this process, and their effect on the initiation of replication, quantified by analyzing the images obtained by fluorescence microscopy, comparing the results with a control strain. Chapter 6 describes the results obtained from the study of how a genetic circuit in B. subtilis, namely the one regulating competence, integrates multiple simultaneous inputs. We characterized experimentally the response of individual cells in vivo to different chemical signals that control the strength of the constitutive expression of genes forming the circuit, in addition to the copy number variation of one of these genes. The results were compared with a bifurcation analysis of the mathematical model of the circuit. Chapter 7 describes the results obtained in a study of the decision making process of microorganism B. subtilis. Specifically, we studied the decision of these bacteria between two differentiation programs such as genetic competence and sporulation, which compete with each other in time. The simultaneous analysis in individual cells of both programs allowed us to uncover the way in which bacteria choose between these two competing programs, showing that the competition occurs through a molecular race. Finally, Chapter 8 describes the results obtained in the study of reversible progression towards an all-or-none switch in the sporulation of B. subtilis. We quantitatively analyzed the expression of genes involved in the progression towards spore formation and a population model was developed to study the effect of reversibility in the process of cellular adaptation to changes in stress levels. Part III details the conclusions and a description of the possible future perspectives for each of the results described in Part II. The results obtained contribute to the understanding of certain dynamic behaviors in the microorganisms E. coli and B. subtilis. These bacteria, although simple when compared with higher organisms, offer the possibility of studying mechanisms that are frequently utilized by more complex systems, which require more sophisticated analysis techniques. The study at the single cell level of network dynamics of gene regulation by the techniques used in this Thesis, allows the analysis in vivo and in real time of the underlying dynamic of such networks inside cells in response to the cell environment.

  • Correlations between the levels of Oct4 and nanog as a signature for naive pluripotency in mouse embryonic stem cells

     Muñoz Descalzo, Silvia; Rue Queralt, Pau; Garcia Ojalvo, Jorge; Martinez Arias, Alfonso
    Stem cells
    Vol. 30, num. 12, p. 2683-2691
    DOI: 10.1002/stem.1230
    Date of publication: 2012-12
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Localized cell death focuses mechanical forces during 3D patterning in a biofilm

     Asally, M.; Kittisopikul, M.; Rue Queralt, Pau; Du, Yingjie; Hu, Zheng; Cagatay, Tolga; Robinson, A.B.; Lu, Hongliang; Garcia Ojalvo, Jorge; Süel, Gürol M.
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
    Vol. 46, p. 18891-18896
    DOI: 10.1073/pnas.1212429109
    Date of publication: 2012-11-13
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Zero-lag synchronization and bubbling in delay-coupled lasers

     Tiana Alsina, Jordi; Hicke, K.; Porte, X.; Soriano, M.C.; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge
    Physical review E: statistical, nonlinear, and soft matter physics
    Vol. 85, num. 2, p. 1-5
    DOI: 10.1103/PhysRevE.85.026209
    Date of publication: 2012-02-21
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Speed-dependent cellular decision making in nonequilibrium genetic circuits

     Nené, N.R.; Garcia Ojalvo, Jorge; Zaikin, Alexey
    PLoS one
    Vol. 7, num. 13, p. 1-7
    DOI: 10.1371/journal.pone.0032779
    Date of publication: 2012-03-13
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Noise-induced up/down dynamics in scale-free neuronal networks

     Grau Moya, Jordi; Pons Rivero, Antonio Javier; Garcia Ojalvo, Jorge
    International journal of bifurcation and chaos
    Vol. 22, num. 7, p. 1-11
    DOI: 10.1142/S0218127412501751
    Date of publication: 2012-07-31
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Cortical neuronal networks are known to exhibit regimes of dynamical activity characterized by periods of elevated firing (up states) separated by silent phases (down states). Here, we show that up/down dynamics may emerge spontaneously in scale-free neuronal networks, provided an optimal amount of noise acts upon all network nodes. Our conclusions are drawn from numerical simulations of networks of subthreshold integrate-and-fire neurons, connected to each other according to a scale-free topology. We study the structure of the up/down regime both in time and in terms of the node degree. We also examine whether localized random perturbations applied to specific network nodes are able to generate up/down dynamics, showing that this regime arises when noisy inputs are applied to low-degree (nonhub) network nodes, but not when they act upon network hubs.

  • Integration of cellular signals in chattering environments

     Rué Queralt, Pau; Domedel Puig, Nuria; Garcia Ojalvo, Jorge; Pons Rivero, Antonio Javier
    Progress in biophysics and molecular biology
    Vol. 110, num. 1, p. 106-112
    DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2012.05.003
    Date of publication: 2012-09-08
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Interspike-interval correlations induced by two-state switching in an excitable system

     Schwalger, T.; Tiana Alsina, Jordi; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge; Lindner, B.
    Europhysics letters
    Vol. 99, num. 1
    DOI: 10.1209/0295-5075/99/10004
    Date of publication: 2012-07
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Modelos físicos de actividad cerebral: de la micro- a la macro-escala

     Pons Rivero, Antonio Javier; Garcia Ojalvo, Jorge
    Revista española de física
    Vol. 26, num. 4, p. 48-53
    Date of publication: 2012-09-01
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • A dynamics analysis of antigen specific T cells during brain autoimmunity supports the role of regulatory T cells in disease outcome

     Martinez Pasamar, Sara; Abad Adan, Elena; Moreno, Beatriz; Velez de Mendizabal, Nieves; Martinez Forero, Ivan; Garcia Ojalvo, Jorge; Villoslada, Pablo
    International Congress of Neuroimmunology
    p. 166-167
    Presentation's date: 2012-12
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Synchronizability and dynamics of coupled neural mass oscillators

     Malagarriga Guasch, Daniel; Garcia Ojalvo, Jorge; Pons Rivero, Antonio Javier
    International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    p. 493-496
    Presentation's date: 2012-10-24
    Presentation of work at congresses

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Dynamical and synchronization properties of delay-coupled lasers

     Martinez Gonzalez, Maria Cristina; Soriano, M. C.; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge; Fischer, Ingho
    DOI: 10.1002/9783527639823
    Date of publication: 2011
    Book chapter

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Laboratorio de dinámica de láseres

     Masoller Alonso, Cristina; Torrent, M.C.; Garcia Ojalvo, Jorge; Bonatto, Cristian; Tiana Alsina, Jordi; Zamora Munt, Jordi; Aragoneses Aguado, Andres; Rubido, Nicolás
    Date: 2011-03-17
    Report

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Nonlinear and Stochastic Dynamics of Semiconductor Lasers: Modulation, Transient Dynamics and Synchronization

     Zamora Munt, Jordi
    Department of Physics and Nuclear Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • STOCHASTICITY,COMPLEXITY AND SYNCHRONIZATION IN SEMICONDUCTOR LASERS  Open access

     Tiana Alsina, Jordi
    Department of Applied Physics, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    The purpose of this Thesis is study the dynamical behavior of semiconductor lasers with optical feedback, as well as analyze the synchronization of this kind of systems under different coupling arquitectures. This study has been done from an experimental point of view, but in some cases we have used numerical models in order to verify and/or extend the experimental results. A semiconductor laser in absence of any optical feedback emits light at constant power. If one wants to induce dynamics in the laser, a good strategy is to introduce an external cavity able to reflect the emitted light back into the laser. Due to this feedback, the laser can show a large variety of dynamical behaviors. In this Thesis we will focus mainly in a dynamical regime known as low frequency fluctuations regime (LFF). The LFF regime takes place when the pump current of the laser is close to its threshold current and the feedback strength is sufficiently large, and it consists in sudden intensity dropouts arising at irregular times, followed by a gradual and stepwise recovery. During this Thesis, we have characterized in detail the dynamical behavior of the time between intensity dropouts for a semiconductor laser with feedback, by using different statistical techniques based on information theory concepts. We have quantified the probability of appearance of certain patterns within the temporal series, as well as its degree of complexity. As a result of these studies, we can conclude that the dynamics of a semiconductor laser with optical feedback is stochastic for pump current values close to the laser threshold. On the other hand, for larger pump currents the dynamics is basically deterministic (chaotic). Numerical simulations have shown a good qualitative and quantitive agreement with the experimental results. During this Thesis we have also studied the ability of semiconductor lasers to synchronize under different coupling architectures. First, we have characterized the leader-laggard dynamics showed by two semiconductor lasers bidirectionally coupled operating at the LFF regime, with a method that takes into account the number of forbidden patterns that appears in the temporal series. We have quantified the degree of stochasticity of the system as a function of the pump current of both lasers. A second coupling architecture studied here, consists in two lasers unidirectionally coupled via two paths. In this case, we have analyzed how the synchronization is affected under different values of the coupling strength of both paths, as well as the potential of this system (or rather, the lack thereof) to be used in chaotic communications. Finally we have characterized the synchronization at zero lag for two lasers coupled bidirectionally via a passive relay. In particular, we have studied the desynchronization events and their statistics for different pump currents. The experimental results obtained in this Thesis give a global perspective of the dynamical statistical properties of semiconductor laser dynamics, both isolated or coupled to other lasers, which contributes to a better understanding of this kind of dynamical systems.

    L’objectiu d’aquesta Tesi ´es l’estudi de la din`amica de l`asers de semiconductor amb retroalimentaci´o `optica, aix´ý com l’an`alisis de la sincronitzaci´o d’aquest tipus de sistemes sota diferents arquitectures d’acoblament. Aquest estudi s’ha fet sempre des d’un punt de vista b`asicament experimental, tot i que en alguns casos hem utilitzat models num`erics per tal de verificar i/o ampliar els resultats experimentals. Un l`aser de semiconductor en abs`encia de retroalimentaci´o `optica o altres perturbacions externes, emet llum a una intensitat pr`acticament constant. Aix´ý doncs, si el que es vol ´es indu¨ýr din`amica en el l`aser, una bona estrat`egia ´es introdu¨ýr una cavitat externa capa¸c de reflexar la llum cap al l`aser. Un cop la llum ´es reinjectada, els l`asers de semiconductor poden mostrar una gran varietat de comportaments din`amics. En aquesta tesis ens centrarem principalment en un r`egim din`amic anomenat r`egim de fluctuacions de baixa frequ`encia (LFF en les seves sigles en angl`es). El r`egim d’LFF es d´ona quan el corrent d’injecci´o del l`aser es troba a prop del seu corrent llindar i la intensitat de la retroalimentaci´o ´es suficientment gran, i est`a caracteritzat per sobtades caigudes de la intensitat a temps irregulars, seguides per una recuperaci´o gradual i escalonada. Durant aquesta Tesi, hem caracteritzat de forma detallada el comportament din`amic de la distribuci´o dels temps entre les caigudes d’intensitat d’un l`aser de semiconductor amb retroalimentaci´o `optica, utilitzant diferents m`etodes estad´ýstics basats en conceptes de teoria de la informaci´o. En particular, hem quantificat la probabilitat d’aparici´o de certs patrons dins les s`eries temporals, aix´ý com el grau de complexitat d’aquestes. Durant aquest estudi hem observat que la din`amica d’un l`aser de semiconductor amb retroalimentaci´o es estoc`astica per valors del corrent d’injecci´o propers al corrent llindar del l`aser. D’altra banda, per a valors m´es grans del corrent d’injecci´o la din`amica ´es m´es determinista (ca`otica). Les simulacions num`eriques realitzades han mostrat un acord qualitatiu i quantitatiu amb els resultats experimentals. Durant aquesta Tesi tamb´e hem estudiat la sincronitzaci´o entre l`asers de semiconductor. Hem analitzat diferents arquitectures d’acoblament. Primer hem caracteritzat la din`amica leader-laggard que presenten dos l`asers de semiconductor acoblats bidireccionalment operant en r`egim de LFFs, amb un m`etode que t´e en compte el nombre de patrons prohibits que apareixen en la s`erie temporal. Hem quantificat el grau d’estocasticitat del sistema en funci´o del nivell de bombeig al qual est`an sotmesos els dos l`asers. La seg¨uent arquitectura d’acoblament que hem estudiat consisteix en dos l`asers acoblats unidireccionalment a trav´es de dos camins. En aquest cas hem analitzat com es veu afectada la sincronitzaci´o sota diferents valors de l’acoblament dels dos camins, aix´ý com el potencial d’aquest esquema experimental per realitzar comunicacions ca`otiques. Per ´ultim hem caracteritzat la sincronitzaci´o a retard zero per dos l`asers acoblats bidireccionalment, a on els dos l`asers tenen la seva pr`opia realimentaci´o `optica. En particular, hem estudiat els events de desincronitzaci´o i la seva estad´ýstica per a diferents corrents d’injecci´o. Els resultats experimentals obtinguts en aquesta Tesi, ofereixen una prespectiva global de les propietats estad´ýstiques de la din`amica de l`asers de semiconductor, tant a¨ýllats com acoblats a altres l`asers, que contribueixen a entendre millor aquests sistemes din`amics.

  • Dynamical consequences of bandpass feedback loops in a bacterial phosphorelay

     Sen, S.; Garcia Ojalvo, Jorge; Elowitz, Michael B.
    PLoS one
    Vol. 6, num. 9, p. 1-12
    DOI: 10.1371/journal.pone.0025102
    Date of publication: 2011-09-29
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Access to the full text
    Information routing driven by background chatter in a signaling network  Open access

     Domedel Puig, Nuria; Rué Queralt, Pau; Pons Rivero, Antonio Javier; Garcia Ojalvo, Jorge
    PLOS computational biology
    Vol. 7, num. 12, p. e1002297-1-e1002297-9
    DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002297
    Date of publication: 2011-12-08
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Living systems are capable of processing multiple sources of information simultaneously. This is true even at the cellular level, where not only coexisting signals stimulate the cell, but also the presence of fluctuating conditions is significant. When information is received by a cell signaling network via one specific input, the existence of other stimuli can provide a background activity –or chatter– that may affect signal transmission through the network and, therefore, the response of the cell. Here we study the modulation of information processing by chatter in the signaling network of a human cell, specifically, in a Boolean model of the signal transduction network of a fibroblast. We observe that the level of external chatter shapes the response of the system to information carrying signals in a nontrivial manner, modulates the activity levels of the network outputs, and effectively determines the paths of information flow. Our results show that the interactions and node dynamics, far from being random, confer versatility to the signaling network and allow transitions between different information-processing scenarios.

  • Gene circuit designs for noisy excitable dynamics

     Rue Queralt, Pau; Garcia Ojalvo, Jorge
    Mathematical biosciences
    Vol. 231, num. 1, p. 90-97
    DOI: 10.1016/j.mbs.2011.02.013
    Date of publication: 2011-05
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Mutual Inactivation of Notch Receptors and Ligands Facilitates Developmental Patterning

     Sprinzak, David; Lakhanpal, Amit; LeBon, Lauren; Garcia Ojalvo, Jorge; Elowitz, Michael B.
    PLOS computational biology
    Vol. 7, num. 6, p. 1-11
    DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002069
    Date of publication: 2011-06
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Dual-lag synchronization between coupled chaotic lasers due to path-delay interference

     Tiana Alsina, Jordi; Garcia Lopez, Pedro; Torrent, M.C.; Garcia Ojalvo, Jorge
    Chaos
    Vol. 21, num. 4, p. 1-7
    DOI: 10.1063/1.3644392
    Date of publication: 2011-12
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Language organization and temporal correlations in the spiking activity of an excitable laser: experiments and model comparison

     Rubido, Nicolás; Tiana Alsina, Jordi; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge; Masoller Alonso, Cristina
    Physical review E: statistical, nonlinear, and soft matter physics
    Vol. 84, num. 2, p. 1-9
    DOI: 10.1103/PhysRevE.84.026202
    Date of publication: 2011-08-09
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Reversible and Noisy Progression towards a Commitment Point Enables Adaptable and Reliable Cellular Decision-Making

     Kuchina, Anna; Espinar Calvo, Maria Lorena; Garcia Ojalvo, Jorge; Süel, Gürol M.
    PLOS computational biology
    Vol. 7, num. 11, p. 1-8
    DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002273
    Date of publication: 2011-11
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Research activities of the group on nonlinear dynamics, nonlinear optics and lasers (DONLL) at the universitat politècnica de catalunya (Campus de Terrassa)

     Tiana Alsina, Jordi; Zamora Munt, Jordi; Nistor, Ioan Cristian; Roppo, Vito; Maigyte, Lina; Aragoneses Aguado, Andres; Khumar, N.P.; Martinez Gonzalez, Maria Cristina; Fernandez Soler, Juanjo; Serrat Jurado, Carles; Font Garcia, Josep Lluís; Herrero Simon, Ramon; Cojocaru, Crina Maria; Trull, Jose; Masoller Alonso, Cristina; Staliunas, Kestutis; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Garcia Ojalvo, Jorge; Vilaseca Alavedra, Ramon
    Óptica pura y aplicada
    Vol. 44, num. 2, p. 219-225
    Date of publication: 2011-06
    Journal article

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Access to the full text
    Optimizing periodicity and polymodality in noise-induced genetic oscillators  Open access

     Rue Queralt, Pau; Süel, Gürol M.; Garcia Ojalvo, Jorge
    Physical review E: statistical, nonlinear, and soft matter physics
    Vol. 83, num. 6, p. 1-8
    DOI: 10.1103/PhysRevE.83.061904
    Date of publication: 2011
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Many cellular functions are based on the rhythmic organization of biological processes into self-repeating cascades of events. Some of these periodic processes, such as the cell cycles of several species, exhibit conspicuous irregularities in the form of period skippings, which lead to polymodal distributions of cycle lengths. A recently proposed mechanism that accounts for this quantized behavior is the stabilization of a Hopf-unstable state by molecular noise. Here we investigate the effect of varying noise in a model system, namely an excitable activator-repressor genetic circuit, that displays this noise-induced stabilization effect. Our results show that an optimal noise level enhances the regularity (coherence) of the cycles, in a form of coherence resonance. Similar noise levels also optimize the multimodal nature of the cycle lengths. Together, these results illustrate how molecular noise within a minimal gene regulatory motif confers robust generation of polymodal patterns of periodicity.

  • Temporal competition between differentiation programs determines cell fate choice

     Kuchina, Anna; Espinar Calvo, Maria Lorena; Cagatay, Tolga; Balbin, A.O.; Zhang, F.; Alvarado, A.; Garcia Ojalvo, Jorge; Süel, Gürol M.
    Molecular systems biology
    Vol. 7, num. 557, p. 1-11
    DOI: 10.1038/msb.2011.88
    Date of publication: 2011
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Modeling the effector - regulatory T cell cross-regulation reveals the intrinsic character of relapses in Multiple Sclerosis

     Velez de Mendizabal, Nieves; Carneiro, Jorge; Solé, Ricard V.; Goñi, Joaquín; Bragard, Jean; Martinez Forero, Ivan; Martinez Pasamar, Sara; Sepulcre, Jorge; Torrealdea, Javier; Bagnato, Francesca; Garcia Ojalvo, Jorge; Villoslada, Pablo
    BMC systems biology
    Vol. 5, num. 114
    DOI: 10.1186/1752-0509-5-114
    Date of publication: 2011-07-15
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Physical approaches to the dynamics of genetic circuits: a tutorial

     Garcia Ojalvo, Jorge
    Contemporary physics
    Vol. 52, num. 5, p. 439-464
    DOI: 10.1080/00107514.2011.588432
    Date of publication: 2011-09
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Modeling signaling information processing through a Boolean network

     Pons Rivero, Antonio Javier; Domedel Puig, Nuria; Rué Queralt, Pau; Garcia Ojalvo, Jorge
    International Congress on Molecular Systems Biology
    Presentation's date: 2011-05-12
    Presentation of work at congresses

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Modulating the Phase Coherence of Neuronal Population Oscillations in the Gamma Band

     De Sancristobal Alonso, Belen; Vicente, Raul; Pons Rivero, Antonio Javier; Pipa, Gordon; Garcia Ojalvo, Jorge
    International Conference on Cognitive Neurodynamics
    p. 475-482
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Crowd synchrony and quorum sensing transition in star-coupled non-identical semiconductor lasers with time delay

     Masoller Alonso, Cristina; Zamora Munt, Jordi; Garcia Ojalvo, Jorge; Roy, Rajarshi
    Congreso de Física Estadística
    p. P174-
    Presentation's date: 2011-06-03
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Neural oscillations: from mechanisms to functionality

     Pons Rivero, Antonio Javier; De Sancristobal Alonso, Belen; Garcia Ojalvo, Jorge
    Barcelona Computational and Systems Neuroscience Meeting
    Presentation's date: 2011-06-14
    Presentation of work at congresses

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • DINAMICA NOLINEAL Y ESTOCASTICA EN SISTEMAS FISICOS Y BIOFISICOS

     Masoller Alonso, Cristina; Domedel Puig, Nuria; Pons Rivero, Antonio Javier; De Sancristobal Alonso, Belen; Espinar Calvo, Maria Lorena; Zamora Munt, Jordi; Tiana Alsina, Jordi; Torrent Serra, Maria Del Carmen; Rue Queralt, Pau; Dies Miracle, Marta; Garcia Ojalvo, Jorge
    Competitive project

     Share

  • AJUT ICREA ACADEMIA 2010

     Junyent Giralt, Gabriel; Mataix Oltra, Jorge; Sallent Ribes, Sebastia; Alcober Segura, Jesus Angel; Rincon Rivera, David; Cervelló Pastor, Cristina; Paradells Aspas, Jose; Garcia Ojalvo, Jorge
    Competitive project

     Share

  • NOISE IN LIFE 2010

     Garcia Ojalvo, Jorge
    Competitive project

     Share

  • Multi-stability and transient chaotic dynamics in semiconductor lasers with time-delayed optical feedback

     Zamora Munt, Jordi; Masoller Alonso, Cristina; Garcia Ojalvo, Jorge
    Date of publication: 2010
    Book chapter

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    We investigate numerically the chaotic transient dynamics of a semiconductor laser with time-delayed optical feedback. This transient behavior is seen in the low-frequency fluctuations (LFF) regime ocurring when the laser is pumped close to thereshold and is subjected to moderate feedback strengths. We characterize the transient dynamics in terms of its duration, the time intervals between consecutive dropouts, and the total in each transient event. We statistically analyze these quantities as a function of the noise strength and other system parameters related to different nonlinear mechanisms of light-matter interaction inside the laser active medium.

  • Phase-response approach to firing-rate selectivity in neurons with subthreshold oscillations

     De Sancristobal Alonso, Belen; Sancho, Jose Maria; Garcia Ojalvo, Jorge
    Physical review E: statistical, nonlinear, and soft matter physics
    Vol. 82, num. 4, p. 1-8
    DOI: 10.1103/PhysRevE.82.041908
    Date of publication: 2010
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Cis-interactions between Notch and Delta generate mutually exclusive signalling states

     Sprinzak, David; Lakhanpal, Amit; LeBon, Lauren; Santat,, Leah A.; Fontes, Michelle E.; Anderson, Graham A.; Garcia Ojalvo, Jorge; Elowitz, Michael B.
    Nature
    Vol. 465, num. 7294, p. 86-U95
    DOI: 10.1038/nature08959
    Date of publication: 2010-05-06
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Resonant propagation of spike trains in delay-coupled neural subthreshold oscillators

     De Sancristobal Alonso, Belen; Sancho Herrero, José María; Garcia Ojalvo, Jorge
    European physical journal. Special topics
    Vol. 187, num. 1, p. 189-197
    DOI: 10.1140/epjst/e2010-01283-2
    Date of publication: 2010
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Crowd Synchrony and Quorum Sensing in Delay-Coupled Lasers

     Zamora Munt, Jordi; Masoller Alonso, Cristina; Garcia Ojalvo, Jorge; Roy, Rajarshi
    Physical review letters
    Vol. 105, num. 26, p. 1-4
    DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.264101
    Date of publication: 2010-12-22
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Modeling type I IFN pathway in macrophages: Implications for immunotherapy

     Pertsovskaya, Inna; Domedel Puig, Nuria; Garcia Ojalvo, Jorge; Villoslada, Pablo
    Journal of neuroimmunology
    Vol. 228, num. 1-2, p. 115
    Date of publication: 2010-11-15
    Journal article

     Share Reference managers Reference managers Open in new window