Neural signal propagation atlas of Caenorhabditis elegans

秀丽隐杆线虫 神经科学 光遗传学 钙显像 兴奋性突触后电位 生物 生物神经网络 信号(编程语言) 抑制性突触后电位 计算机科学 化学 生物化学 基因 有机化学 程序设计语言
作者
Francesco Randi,Anuj Kumar Sharma,Sophie Dvali,Andrew M. Leifer
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:623 (7986): 406-414 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06683-4
摘要

Abstract Establishing how neural function emerges from network properties is a fundamental problem in neuroscience 1 . Here, to better understand the relationship between the structure and the function of a nervous system, we systematically measure signal propagation in 23,433 pairs of neurons across the head of the nematode Caenorhabditis elegans by direct optogenetic activation and simultaneous whole-brain calcium imaging. We measure the sign (excitatory or inhibitory), strength, temporal properties and causal direction of signal propagation between these neurons to create a functional atlas. We find that signal propagation differs from model predictions that are based on anatomy. Using mutants, we show that extrasynaptic signalling not visible from anatomy contributes to this difference. We identify many instances of dense-core-vesicle-dependent signalling, including on timescales of less than a second, that evoke acute calcium transients—often where no direct wired connection exists but where relevant neuropeptides and receptors are expressed. We propose that, in such cases, extrasynaptically released neuropeptides serve a similar function to that of classical neurotransmitters. Finally, our measured signal propagation atlas better predicts the neural dynamics of spontaneous activity than do models based on anatomy. We conclude that both synaptic and extrasynaptic signalling drive neural dynamics on short timescales, and that measurements of evoked signal propagation are crucial for interpreting neural function.

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