秀丽隐杆线虫神经信号传播图谱

神经科学中的一个基本问题是理解网络的特性如何决定其功能。连接组学提供了一种预测神经系统功能的途径。为明确检验这一点，我们通过直接光遗传激活与同步全脑钙成像，系统测量了线虫 Caenorhabditis elegans 头部 23,427 对神经元之间的信号传播。我们测量了这些神经元之间信号传播的符号（兴奋性或抑制性）、强度、时间特性与因果方向，从而创建了一幅功能图谱。我们发现信号传播不同于基于解剖学的预测。利用突变体，我们表明解剖学上不可见的胞外突触信号传导导致了这一差异。我们识别出许多在秒或更快时间尺度上依赖于致密核心囊泡的信号事件，其引发了急性钙瞬变，常出现在无直接连线连接但表达相关神经肽与受体的位置。我们提出，此处胞外释放的神经肽发挥了与经典神经递质类似的功能。最后，我们测得的信号传播图谱比解剖学更能预测自发活动的神经动力学。我们得出结论：突触与胞外突触信号传导均在短时间尺度上驱动神经动力学，并且对诱发信号传播的测量对于解释神经功能至关重要。