神经回路发育过程中的最优轴突与树突分支策略

在发育中的大脑里，轴突和树突能够以高精度相互连接。成像技术的最新进展使得监测体内轴突、树突和突触的动态成为可能。观察发现，大多数轴突和树突分支是“错误”形成的，随后又被回缩。分支过度产生的功能意义尚不清楚。在本研究中，我们利用计算模型研究了不同分支策略的速度和效率。我们表明，分支本身通过使用并行搜索，能够显著加速对适当目标的识别。我们还表明，在现有突触附近形成新分支会导致目标连通性的形成，同时减少错误分支的数量。这一发现使我们能够解释在非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 视网膜 - 顶盖系统中观察到的分支点与突触之间的高度相关性。我们还提出，轴突和树突的最有效分支规则是不同的。轴突的最优策略是在现有突触附近形成新分支，而树突的最优规则是优先在与突触前和突触后电活动相关的突触附近形成新分支。因此，我们的研究表明，发育中的神经系统采用了一套复杂的计算策略来促进所需回路的形成，从而使其能够以最快和最节约的方式进行。