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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
神經元透過複雜的分支過程（軸突和樹突）連接起來，共同處理生物體的訊息以對其環境做出反應。根據結構或功能的差異對神經元進行分類是神經科學的基本部分。在這裡，透過建立新的生物物理理論並根據我們對分支結構的經驗測量進行測試，我們建立了神經元結構和功能之間的對應關係，該關係由資訊處理的時間或功率最小化以及形成連接的空間約束等原則介導。具體來說，基於這些原理，我們使用未確定的拉格朗日乘子來預測跨分支層級的軸突和樹突尺寸的縮放比率。我們根據從神經元影像中提取的數據來測試我們對半徑和長度比例因子的預測，這些神經元影像測量了從昆蟲到鯨魚的細胞類型和物種。值得注意的是，我們的研究結果表明，軸突和周圍神經系統神經元的分支主要由時間最小化決定，而樹突分支主要由功率最小化決定。不同樹突細胞類型的進一步比較表明，浦肯野細胞樹突分支受到材料成本的限制，而運動神經元樹突分支受到一系列物種的傳導時間延遲的限制。我們的模型還預測了傳導時間延遲和物種體型之間的四分之一冪比例關係，這得到了實驗數據的支持，並可能有助於解釋大型動物中半球特化的出現，作為抵消較長時間延遲的一種手段。