秀丽隐杆线虫连接组的生长拓扑结构
神经元与认知
2021-08-26 v2 代数拓扑
摘要
探究秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）发育中的神经回路增进了我们对神经系统的理解。C. elegans 连接组与其他物种类似，其特征是嵌入在小世界架构中的密集连接神经元富集俱乐部（rich club）。这种由定量网络统计刻画神经元连接的组织方式，为系统执行整合计算的能力提供了洞见。然而，这些网络度量在检测弱连接模体（如可能支持系统分离计算能力的拓扑空腔）方面存在局限。我们通过使用持续同调（persistent homology）追踪发育过程中生长的 C. elegans 连接组中拓扑空腔的演化，并评估生长连接组拓扑结构对生物噪声的抵抗程度，来解决这一局限。我们表明，发育中的连接组拓扑既对神经元出生时间的变化相对鲁棒，又未被类似生长模型所刻画。此外，我们量化了神经元特定出生时间的后果，并探究该度量是否追踪神经元的其他生物学属性。我们的结果表明，生长中的连接组拓扑是发育连接组的一个鲁棒特征，不同于其他网络属性，并且生长拓扑对一小部分主要为运动神经元的精确出生时间尤为敏感。通过利用追踪生物学特征的新测量方法，我们预期本研究将有助于构建更精确的 C. elegans 神经元发育模型。
引用
@article{arxiv.2101.00065,
title = {The growing topology of the C. elegans connectome},
author = {Alec Helm and Ann S. Blevins and Danielle S. Bassett},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.00065},
year = {2021}
}