DOI: https://doi.org/10.1523/eneuro.0464-25.2026
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42379880
تاريخ النشر: 2026-06-30
المؤلف: Marc G. Leguia وآخرون
الموضوع الرئيسي: إيقاع الساعة البيولوجية والميلاتونين
نظرة عامة
في السنوات الأخيرة، اكتسبت علم الأحياء الزمني اهتمامًا كبيرًا بسبب التقدم في فهم الآليات الجزيئية لدورة الساعة البيولوجية. تشير الأدلة الناشئة إلى أن الدورات الأطول، التي تُسمى “الدورات متعددة الأيام”، تلعب دورًا حيويًا في التغيرات الفسيولوجية التي تحدث على مدى عدة أيام، مما يؤثر على الصحة والمرض. على عكس الإيقاعات اليومية، التي غالبًا ما تكون محددة وراثيًا، تظهر الدورات متعددة الأيام تباينًا كبيرًا سواء داخل الأفراد أو بينهم، مما يشير إلى أنها قد لا تكون مشفرة وراثيًا.
تقترح هذه الدراسة أن الدورات متعددة الأيام قد تنشأ من تفاعلات بين مذبذبات الساعة البيولوجية المتصلة جزئيًا. باستخدام نموذج حلقي من المذبذبات المتصلة، يحقق المؤلفون في تطور التزامن داخل هذه الشبكة مع مرور الوقت. تكشف نتائجهم أن فترة التشغيل الحر التي تبلغ حوالي أسبوع واحد تظهر بشكل قوي من ديناميات الشبكة. علاوة على ذلك، تؤدي التغيرات في معلمات الاتصال إلى ظهور دورات متعددة الأيام إضافية، مع دورات تتماشى مع تلك التي لوحظت في أنواع مختلفة. يوفر هذا النموذج تفسيرًا معقولًا لتوقيت العديد من الأحداث البيولوجية التي تحدث على مدى أسابيع وشهور، مما يبرز أهمية الدورات متعددة الأيام في سياق الصحة والمرض.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة الضوء على تعقيد الدورات البيولوجية عبر مقاييس زمنية مختلفة، مما يبرز أهمية علم الأحياء الزمني في فهم هذه الهياكل الزمنية. تشير إلى التقدم الكبير الذي تم إحرازه في توضيح آليات ساعات الساعة البيولوجية ودورها الحاسم في تنظيم الوظائف الفسيولوجية بما يتماشى مع دورات الليل والنهار. تشير النتائج الأخيرة إلى وجود دورات بيولوجية أطول إلى جانب الإيقاعات اليومية في كل من البشر والحيوانات الأخرى، على الرغم من أن الآليات الأساسية لهذه الدورات الأطول لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير. هذا يمهد الطريق لمزيد من التحقيق في التفاعل بين الإيقاعات اليومية والإيقاعات البيولوجية الأطول.
النتائج
في هذه الدراسة، تم محاكاة نظام من 50 مذبذبًا متصلًا للتحقيق في التزامن الجزئي وآثاره على الديناميات الدورية. تم تكوين المذبذبات بعرض اتصال $b \in [14, 22]$ وتأخيرات الطور $\alpha \in [1.4, 1.60]$ راديان، مما أدى إلى ظهور حالات شيميرا تتميز بمعامل ترتيب كوراموتو $R(t) \approx 0.8$. من الجدير بالذكر أن النظام أظهر تقلبات دورية في التزامن ومعدلات النبض، مع دورات ناشئة تتركز حول حوالي 7 و 45 يومًا، تشبه الأنماط الملاحظة في النشاط الصرعي بين النوبات في المرضى الذين يعانون من الصرع البؤري.
كشفت التحليلات الإضافية أن تغيير عرض الاتصال وتأخير الطور يؤثر بشكل منهجي على دورية $R(t)$، حيث تتوافق عروض الاتصال الأوسع مع فترات متعددة الأيام الأطول. على العكس، فإن زيادة تأخير الطور تقلل من قوة الدورة متعددة الأيام، خاصة عند الاقتراب من ظروف الطور المعاكس. كما أظهرت الدراسة أنه بينما يمكن أن تدعم التباين في الترددات الطبيعية الدورات متعددة الأيام ضمن نطاق محدود، فإن التشتت المفرط يعطل التزامن. أدت إضافة Zeitgeber إلى تعزيز قوة الدورة الأسبوعية تقريبًا دون التأثير على الدورة الشهرية تقريبًا، مما يبرز أهمية التوقيت المتوافق مع التردد. أخيرًا، أشارت المحاكاة باستخدام طوبولوجيا شبكة خالية من المقياس إلى أن دوريات متعددة الأيام كبيرة يمكن أن تظهر حتى خارج الهياكل الحلقية التقليدية، مما يشير إلى تطبيق أوسع لهذه النتائج على الأنظمة البيولوجية.
المناقشة
في هذا القسم، يستكشف المؤلفون ظهور الدورات متعددة الأيام من التفاعلات بين شبكة من المذبذبات اليومية. يقترحون أن التباين في كثافة الاتصال وتأخيرات الإشارة داخل هذه الشبكة يمكن أن يولد طيفًا من الدوريات متعددة الأيام، التي تُلاحظ في كل من سياقات الصحة والمرض. يتحدى هذا النموذج فكرة وجود ساعة متعددة الأيام رئيسية واحدة، مقترحًا بدلاً من ذلك أن هذه الدورات تنشأ من التنظيم الذاتي داخل شبكة معقدة من المذبذبات اليومية. تشير النتائج إلى أن الدورات متعددة الأيام، بما في ذلك الإيقاعات الأسبوعية تقريبًا والشهرية تقريبًا، قد تُنتج داخليًا بدلاً من أن تكون مشفرة وراثيًا بشكل صارم، مع تداعيات لفهم الأنماط الفسيولوجية والسلوكية عبر الأفراد والأنواع.
يبرز المؤلفون أهمية نموذجهم في تفسير تباين الدورات متعددة الأيام دون الاعتماد على عوامل خارجية مثل الوراثة أو التأثيرات البيئية. يشيرون إلى أن الإيقاعات الأسبوعية الملاحظة قد تكون نتاجًا لعمليات داخلية تتأثر بدورة الضوء والظلام التي تستمر 24 ساعة، بدلاً من أن تكون انعكاسًا للبنى الاجتماعية مثل الأسبوع الذي يمتد لسبعة أيام. تثير الدراسة أيضًا أسئلة مهمة بشأن إمكانية التباين بين الأفراد في الدورات متعددة الأيام بسبب تغييرات دقيقة في المعلمات وتأثير عوامل مثل العمر أو المرض على هذه الإيقاعات. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث إطارًا آليًا لفهم تعقيدات الدورات متعددة الأيام، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في دينامياتها من أجل إدارة فعالة للحالات المزمنة في مجالات طبية متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.1523/eneuro.0464-25.2026
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42379880
Publication Date: 2026-06-30
Author(s): Marc G. Leguia et al.
Primary Topic: Circadian rhythm and melatonin
Overview
In recent years, chronobiology has gained significant attention due to advancements in understanding the molecular mechanisms of the circadian cycle. Emerging evidence indicates that longer cycles, termed ‘multidien’ cycles, play a vital role in physiological variations that occur over several days, impacting health and disease. Unlike circadian rhythms, which are often genetically determined, multidien cycles exhibit considerable variability both within and among individuals, suggesting they may not be genetically encoded.
This study proposes that multidien cycles could arise from the interactions of partially-coupled circadian oscillators. Utilizing a ring model of coupled circadian oscillators, the authors investigate the evolution of synchrony within this network over time. Their findings reveal that a free-running period of approximately one week emerges robustly from the dynamics of the network. Furthermore, variations in coupling parameters lead to the emergence of additional multidien cycles, with periodicities that align with those observed in various species. This model provides a plausible explanation for the timing of numerous biological events occurring over weeks and months, highlighting the significance of multidien cycles in the context of health and disease.
Introduction
The introduction of the paper highlights the complexity of biological cycles across various timescales, emphasizing the significance of chronobiology in understanding these temporal structures. It notes the substantial progress made in elucidating the mechanisms of circadian clocks and their critical role in regulating physiological functions in alignment with day-night cycles. Recent findings indicate the existence of longer biological cycles alongside circadian rhythms in both humans and other animals, although the underlying mechanisms of these longer cycles remain largely unexplored. This sets the stage for further investigation into the interplay between circadian and longer biological rhythms.
Results
In this study, a system of 50 coupled oscillators was simulated to investigate partial synchronization and its implications for periodic dynamics. The oscillators were configured with coupling widths $b \in [14, 22]$ and phase lags $\alpha \in [1.4, 1.60]$ radians, leading to the emergence of chimera states characterized by a Kuramoto order parameter $R(t) \approx 0.8$. Notably, the system exhibited periodic fluctuations in synchronization and spiking rates, with emergent cycles centered around approximately 7 and 45 days, resembling patterns observed in inter-ictal epileptiform activity in patients with focal epilepsy.
Further analysis revealed that varying the coupling width and phase lag systematically influenced the periodicity of $R(t)$, with broader coupling widths correlating with longer multidien periods. Conversely, increased phase lag diminished multidien cycle strength, particularly when approaching anti-phase conditions. The study also demonstrated that while heterogeneity in natural frequencies could support multidien cycles within a limited range, excessive dispersion disrupted synchronization. The introduction of a Zeitgeber enhanced the strength of the about-weekly cycle without affecting the about-monthly cycle, emphasizing the importance of frequency-matched pacing. Finally, simulations using a scale-free network topology indicated that significant multidien periodicities could emerge even outside traditional ring structures, suggesting broader applicability of these findings to biological systems.
Discussion
In this section, the authors explore the emergence of multidien cycles from the interactions among a network of circadian oscillators. They propose that the variability in connection density and signaling lags within this network can generate a spectrum of multidien periodicities, which are observed in both health and disease contexts. This model challenges the notion of a singular master multidien clock, suggesting instead that these cycles arise from self-organization within a complex network of circadian oscillators. The findings indicate that multidien cycles, including about-weekly and about-monthly rhythms, may be endogenously generated rather than strictly genetically encoded, with implications for understanding physiological and behavioral patterns across individuals and species.
The authors highlight the significance of their model in explaining the variability of multidien cycles without relying on external factors such as genetics or environmental influences. They note that the observed about-weekly rhythms may be a product of endogenous processes influenced by the 24-hour light-dark cycle, rather than a reflection of social constructs like the seven-day week. The study also raises important questions regarding the potential for inter-individual variability in multidien cycles due to subtle parameter changes and the impact of factors such as age or illness on these rhythms. Overall, this research provides a mechanistic framework for understanding the complexities of multidien cycles, emphasizing the need for further investigation into their dynamics for effective management of chronic conditions in various medical fields.