基于趋化性的神经网络自布线的通用建模

神经系统的正常功能在很大程度上取决于系统发育过程中产生的复杂突触连接网络。在网络形成期间，生长锥通过化学通讯在胚胎环境中迁移至其靶标。阐明这种自布线基本原理的主要障碍在于所分析系统的复杂性。因此，大量工作致力于对更简单的二维模型系统进行体外实验。在这些实验中，神经元被放置在聚-L-赖氨酸（PLL）表面上，以便更容易监测其自布线。受细菌菌落生长和变形虫聚集研究的启发，我们开发了一个模型来重现二维系统的主要特征。我们用能够捕捉真实神经元通用特征的活性元素来表示神经元（每个神经元由细胞体、神经突和生长锥组成）。该模型还包含了代表细胞体的固定单元和代表生长锥的通讯行走器。固定单元一次发送一个神经突，并对化学信号作出响应。行走器响应于胞体发出的趋化物质而迁移，并通过趋化“反馈”相互之间以及与胞体进行通讯。趋化排斥和趋化吸引响应之间的相互作用由行走器内部能量的动力学决定，该能量受胞体控制。这些特征使神经元能够执行复杂的自布线任务。