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内容形式：摘要译文
在发育中的大脑里，神经回路通过依赖活动的突触连接重塑而逐渐形成。我们此前提出的自组织模型假定，轴突末梢彼此竞争，以与单个树突棘形成突触接触；该模型成功再现了时空感受野以及方位—方向联合图谱（Tanaka et al., 2020）。已有研究报告称，大多数突触接触属于轴突沿途型，而非轴突末梢型（Turegano-Lopez et al., 2024）。这一发现与我们关于每个轴突末梢会选择适宜树突棘的假设相矛盾。近期显微观察表明，树突棘比突触前按钮更具运动性（Bonhoeffer and Yuste, 2002; Deng and Dunaevsky, 2005）。此外，目前关于早期发育过程中突触重塑的观点是：树突上自发生成的丝状伪足通过与邻近的轴突按钮建立接触而转化为树突棘，并形成突触；而不适宜突触中的树突棘则以依赖活动的方式被清除（Deng and Dunaevsky, 2005）。在本项理论研究中，我们主要关注树突棘的生成、成熟和清除过程，并据此重新构建突触重塑的数学模型。该模型纳入了关于肌动蛋白聚合与解聚的近期实验发现（Ridley, 2006），以及在Rho-GTP酶（Mackay and Hall, 1998）激活作用下，由脑源性神经营养因子（BDNF）的不同变体（Binder and Scharfman, 2004; Lesmann and Brigadski, 2009; Kuczewski et al., 2009）与神经营养因子受体结合所介导的机制；此类受体包括原肌球蛋白激酶受体B（TrkB）（Klein et al., 1989）和低亲和力神经生长因子受体（p75NTR）（Yamashita et al.
等，1999）。在年龄依赖的过程中，蛋白酪氨酸磷酸酶σ（PTPσ；Kurihara 和 Yamashita，2012）介导硫酸软骨素蛋白聚糖（CSPGs）使 TrkB 受体去磷酸化（de Vivo 等，2013）。该模型描述了视觉皮层神经元树突棘的生成或消除过程：通过肌动蛋白的聚合与解聚，在外侧膝状体细胞的传入纤维上建立适当的突触连接。基于这一新模型进行的模拟，不仅再现了类似简单细胞的感受野（DeAngelis 等，1999）和方向—方位图（Shmuel 和 Grinvald，1996），还再现了突触总数的特征性变化曲线：在关键期早期增加，随后延迟下降（Li 等，2006；White 和 Fitzpatrick，2007）。研究还表明，方位选择性在整个关键期几乎呈单调升高，而方向选择性的形成则滞后于方位选择性的形成；这一过程可能受到不适当突触修剪的促进（Grigonis 等，1988；Bourgeois 等，1993；Elston 等，2009；Faust 等，2021）。
关键词：树突棘重塑 · 视觉皮层发育 · 突触可塑性 · 数学建模 · 肌动蛋白动力学 · Rho-GTP酶
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.24.761552v1?rss=1