轴突生长的发育时间窗口影响神经元网络拓扑

早期大脑连接发育包含多个阶段：神经元诞生、迁移以及随后的轴突和树突生长。每个阶段的发生时间取决于神经元类型和皮层层次。通过轴突生长形成神经元之间的突触——所有神经元的轴突生长时间高度重叠（平行，即最大重叠的时间窗口）或在不同时间点发生（串行，即时间窗口无重叠）——可能影响神经元网络的拓扑和空间性质。这里，我们特别探讨轴突形成的极端情况，关注早期发育中的短距离连接：要么所有神经元同时开始轴突生长（平行，即最大重叠的时间窗口），要么每个神经元依次单独进行（串行，即时间窗口无重叠）。两种情况下，潜在突触和已建立突触的数量相当。然而，拓扑和空间性质有所不同：串行生长中早期开始轴突生长的神经元具有更高的出度、更高的局部效率和更长的轴突长度，而平行生长中神经元表现出更均匀的连通模式。其次，连接概率随神经元间距离的增加下降速度在平行生长中比串行生长更快。第三，双向连接的数量在平行生长中更多。最后，我们用 C. elegans 数据检验了我们的预测。综合来看，这表明轴突生长的发育时间窗口影响神经元网络的拓扑和空间性质，为基于已发育网络的网络性质后验估计发育机制提供了可能性。