具有涌现性急转弯行为的秀丽隐杆线虫趋化性动力学回路模型

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）拥有302个神经元以及经过严格表征的连接组，因此是研究神经回路在行为中基础作用的强大模式生物。然而，尽管相关研究十分广泛，关于这些生物体如何能够成功地在环境中导航，仍有许多问题尚未得到解答。在此，我们提出了一个具有生物学依据的动力学回路模型，用于研究C. elegans在趋化过程中由感觉引导的行为。我们的数学模型由化学感觉神经元AWA、中间神经元RIM和RIA、运动神经元（包括SMD和RMD）以及通过牵张感受器提供本体感觉反馈的体壁肌组成。经过进化算法优化后，该模型能够有效地朝向化学引诱物运动，并以逼真的方式捕捉线虫的趋化行为。趋化是通过急转弯得以实现的，这种转弯作为模型的一个关键涌现特性，类似于活体线虫的欧米伽转弯。急转弯行为由引诱物浓度的下降所触发。这会导致AWA活性降低，进而触发对RIM的去抑制以及随后RIA振荡的变化。继而，下游运动神经元活动模式的协调变化产生急转弯，从而修正线虫的运动路径，使模型线虫朝向引诱物前进，并在到达梯度峰值后停留在其附近。所提出的框架及其涌现动力学，为理解C. elegans神经回路展现其趋化行为主要特征（包括欧米伽转弯）所需的最低要求提供了新的见解。同时，它也针对相关神经元组分提出了可供实验检验的假设。

elenigourgou{at}wayne.edu

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凭借302个神经元以及经过严格表征的连接组，线虫秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是研究神经回路在行为中基持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 保留所有权利。未经许可不得再利用。

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发布于 2026年8月14日。

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具有涌现急转弯的秀丽隐杆线虫趋化动力学回路模型

Ada Squires， Victoria Booth， Eleni Gourgou

bioRxiv 2026.08.09.743732； doi： https://doi.org/10.64898/2026.08.09.743732

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具有涌现急转弯的秀丽隐杆线虫趋化动力学回路模型

Ada Squires， Victoria Booth， Eleni Gourgou

bioRxiv 2026.08.09.743732； doi： https://doi.org/10.64898/2026.08.09.743732

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.09.743732v1?rss=1

🏷️ 秀丽隐杆线虫 趋化行为 神经回路模型 欧米伽转弯 动力学建模 进化算法