热力学连通性揭示了 extrasynaptic 信号的功能专化和复合组织

神经通信既通过快速突触传递，又通过较慢的diffusive extrasynaptic信号，但这两种模式如何共同组织大脑功能仍不清楚。本文利用\emph{Caenorhabditis elegans}的完整突触和神经肽连接图，发展出一种统一的复合框架，将解剖布线与功能通信联系起来。我们采用统计物理中的平衡原理，从突触连接图推断结构导起的功能连接，得到跨所有突触通路的信息流概率图，并将此功能层与extrasynaptic连接图直接进行比较。这发现了四种通信模式的原则性功能专化：（i）依赖拓扑的层，强化和稳定突触运动电路；（ii）拓扑韧性的调制层，支持全局调节和行为状态控制；（iii）纯extrasynaptic网络，维持生存和稳态；（iv）纯突触范畴，介导快速、低延迟的传感器-运动处理。这些发现表明，突触和extrasynaptic信号形成互补的架构，针对速度、调制、韧性和生存进行优化，并为整合结构和调制性连接图以理解不同通信模式如何合作以维持连贯大脑功能提供了一般策略。