介观组织揭示约束秀丽隐杆线虫神经系统的因素

生物学中最大的挑战之一是理解神经元在细胞水平上的活动（作为它们相互相互作用的结果）如何导致生物体响应各种环境刺激的观察行为。研究神经系统中中间或介观水平的组织是理解微观动力学整合如何导致宏观功能的关键步骤。在本文中，我们考虑了线虫秀丽隐杆线虫的体神经系统，其整个神经元连接图是已知的。我们关注系统组织成模块，即与整体网络相比具有相对较高连接密度的神经元群。我们表明，这种介观特征不能仅用诸如优化资源约束（即总布线成本）和通信效率（即网络路径长度）等因素来解释。与其他设计用于高效传输（信号或资源）的复杂网络相比，表明神经元网络形成了一个独特的类别。这表明网络的主要功能，即处理感觉信息以产生适当的运动反应，可能在决定连接拓扑中起着至关重要的作用。使用模块化谱分析，我们明确了神经系统中功能与结构之间的密切关系。通过仅根据模块内和模块间连接的模式识别功能关键的神经元，这一点进一步得到体现。我们的研究揭示了神经系统的设计如何反映多种约束，包括其作为信息处理器的关键功能角色。