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秀丽隐杆线虫（C. elegans）的连接组已完整绘制，但其神经连线能够产生哪些行为、不能产生哪些行为，仍然未知。我们在全身仿真中考察了这一问题，其中唯一具有适应性的要素是位于神经系统之外的学习智能体。该智能体只能向白名单中少数几个中间神经元注入电流，绝不能向运动神经元或肌肉注入电流；其余过程均由包含302个神经元的OpenWorm c302网络、基于文献构建的运动层，以及琼脂表面上的黏弹性虫体共同完成，其中神经网络的动力学仅依据一份信号传播图谱拟合一次。所有假设及其判定标准均已预注册。刺激五个指令与转向中间神经元（AVB、AVA、SMDD、SMDV、RIV），便足以使线虫趋化至2.5 mm外的信号源（试验成功率为91%；五个训练随机种子中有四个达到该表现）；相比之下，刺激八个感觉神经元的表现并不优于随机水平，从而在行为层面重现了拟合网络中从感觉神经元到指令中间神经元这一传递环节的沉默。进化过程重新发现了急转规则，即在浓度下降时倒退并执行深度弯曲，而消融实验表明，倒退、深度弯曲和转向均不可或缺。在保留权重、连接数量和符号的情况下随机重排神经连线，使表现降至原来的五分之一；在依据图谱拟合的动力学中，这一性能损失由缝隙连接层所介导。在宽度为虫体宽度四倍的走廊中，线虫通过紧贴墙壁的深度弯曲越过拐角，因此，弯曲朝向背侧还是腹侧决定了转弯方向。当仅能向腹侧弯曲时，右转几乎从未发生，且线虫会首先进入T形迷宫的腹侧分支。由于时间感知无法区分岔口处的两条分支，学习到的策略是先进入其中一条分支，并在气味减弱时倒退；而在弯曲之前，则需要存在左右两侧的浓度差方向随信号源而变化。该模型为狭窄迷宫实验提出了三项可检验的预测，并区分了神经连接结构对导航的贡献与必须由感觉和身体提供的支持。
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基于图谱拟合的连接组能做什么、不能做什么：在秀丽隐杆线虫全身模型中对中间神经元刺激进行进化搜索
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秀丽隐杆线虫的连接组已被完整绘制，但其连接结构能够产生哪些行为、不能产生哪些行为，仍然未知。我们在一个全身仿真模型中探讨了这一问题，该模型中唯一具有适应性的要素是位于神经系统之外的学习智能体。该智能体只能向一个简短白名单中的中间神经元注入电流，绝不向运动神经元或肌肉注入电流；其余过程均由包含 302 个神经元的 OpenWorm c302 网络、基于文献构建的运动层以及位于琼脂表面的黏弹性身体完成，其中网络动力学参数预先依据一份信号传播图谱进行了一次性拟合。每项假设及其判定标准均已预注册。刺激五类指令与转向中间神经元（AVB、AVA、SMDD、SMDV、RIV）足以使线虫趋化至 2.5 mm 外的信号源（91% 的试验成功；五个训练随机种子中有四个成功），而刺激八类感觉神经元的效果并不优于随机水平，从而在行为层面重现了拟合网络中感觉神经元至指令神经元传递环节的沉默。进化搜索重新发现了急转弯规则，即在浓度下降时后退并执行大幅弯曲，而消融实验表明，后退、大幅弯曲和
转向均不可或缺。在保留权重、连接数量及连接符号的情况下打乱连接结构，会使性能降至原来的五分之一；在经图谱拟合的动力学中，这一性能损失由缝隙连接层介导。在宽度为四个体宽的走廊中，线虫通过紧贴墙壁的大幅弯曲通过拐角，因此弯曲朝向背侧还是腹侧决定了转弯方向。当仅允许腹侧弯曲时，几乎不会发生右转，且线虫会先进入T形迷宫的腹侧臂。由于时间感知无法区分岔路口的两条臂，模型学到的策略是先进入其中一条臂，并在气味减弱时反向移动；只有存在左右两侧的浓度差时，弯曲方向才会朝向气味源。该模型为狭窄迷宫实验提出了三项可检验的预测，并区分了连接结构对导航的贡献与感知和身体所必须提供的功能。
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作者声明不存在利益冲突。
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发布于2026年9月9日。
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图谱拟合连接组的能力与局限：在秀丽隐杆线虫全身模型中对中间神经元刺激进行进化搜索
Taehee
Lee
bioRxiv
2026.09.06.749731；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.06.749731
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图谱拟合连接组的能力与局限：在秀丽隐杆线虫全身模型中对中间神经元刺激进行进化搜索
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2026.09.06.749731；
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https://doi.org/10.64898/2026.09.06.749731
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关键词：秀丽隐杆线虫 · 连接组建模 · 全身仿真 · 中间神经元刺激 · 趋化导航 · 进化搜索
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.06.749731v1?rss=1