通讯作者: 付志伟, fuzw@qq.com

DOI：10.12201/bmr.202603.00061

Developmental remodeling of the Drosophila mushroom body connectome: from larval local circuits to adult global networks

• 摘要：目的 蘑菇体是果蝇学习和记忆的关键中枢。幼虫和成年蘑菇体连接组已被完整重建，但两者在发育过程中的网络重塑规律尚不清楚。本研究旨在系统比较幼虫与成年果蝇蘑菇体的拓扑结构与动力学特征，揭示发育重塑的核心机制。 方法 方法 整合幼虫（Eichler et al., 2017）与成年（FlyWire, 2024）蘑菇体连接组数据，运用持久同调、图论分析及Izhikevich脉冲神经网络建模，比较左右半球环状结构、枢纽节点、区域特性和动力学同步性。 结果 幼虫网络密集（密度~0.25）、高度不对称，左半球富集纯P环（1097个），右半球富集纯K环（535个）；枢纽为MBON（P型），形成近乎完全的团（密度~0.98）。成年网络稀疏（密度~0.05）、高度对称，纯P环消失，右半球仍保留大量纯K环（166个）；枢纽转为Kenyon细胞（KC），形成中等聚集集群（密度~0.05–0.06）。成年中首次识别出DAN枢纽（右半球节点59），其局部子图含61节点，聚类系数0.467，主要连接KC。成年蘑菇体呈现5个对称功能亚区。 局限 成年分析基于100×100子矩阵，未来需扩展至全网络；DAN功能需行为实验验证。 结论 本研究首次揭示果蝇蘑菇体从幼虫到成年的发育重塑规律：MBON主导的密集不对称网络转变为KC主导的稀疏对称区域化网络，DAN在成年中成为关键调制节点。为理解学习记忆的发育机制提供结构基础，并为类脑计算多阶段网络设计提供生物启发。

  关键词： 蘑菇体; 连接组; 发育重塑; 拓扑分析; 脉冲神经网络; DAN; Kenyon细胞; MBON

   

  Abstract: Objective The mushroom body is a key center for learning and memory in Drosophila. While larval and adult mushroom body connectomes have been fully reconstructed, the developmental remodeling of network topology and dynamics remains unknown. This study aims to systematically compare larval and adult connectomes to uncover core principles of developmental reorganization. Methods We integrated larval (Eichler et al., 2017) and adult (FlyWire, 2024) mushroom body connectomes, applying persistent homology, graph theory, and Izhikevich spiking neural network simulations to compare loop structures, hub neurons, regional specialization, and synchrony. Results Larval networks are dense (density ~0.25) and highly asymmetric: the left hemisphere harbors 1097 pure P loops, while the right has 535 pure K loops. Larval hubs are MBONs (P-type), forming near-complete cliques (density ~0.98). Adult networks are sparse (density ~0.05) and symmetric: pure P loops vanish, but pure K loops persist in the right (166). Adult hubs shift to Kenyon cells (KCs), forming moderately clustered networks (density ~0.05–0.06). A right-hemisphere DAN (node 59) emerges as a hub, forming a 61-neuron cluster (clustering 0.467) targeting KCs. The adult mushroom body exhibits five symmetric functional subregions. Limitations The adult analysis is based on 100×100 submatrices; future work should extend to full networks. DAN function requires behavioral validation. Conclusions This study reveals a fundamental developmental remodeling of the Drosophila mushroom body: from MBON-dominated, dense, asymmetric circuits to KC-dominated, sparse, symmetric, regionalized networks, with DANs emerging as key modulatory hubs in adults. Our findings provide a structural basis for understanding memory circuit maturation and offer bio-inspired principles for multi-stage neural network design.

  Key words: Mushroom body; connectome; developmental remodeling; topological analysis; spiking neural networks; DAN; Kenyon cells; MBON

  提交时间：2026-03-23

  版权声明：作者本人独立拥有该论文的版权，预印本系统仅拥有论文的永久保存权利。任何人未经允许不得重复使用。
• html

• 图表

• 陈逸菲, 王龙超, 王德超, 李永洁, 唐小利. 基于图神经网络的动态技术机会发现方法研究——以动脉粥样硬化诊疗技术为例. 2025. doi: 10.12201/bmr.202503.00040

  朱美俊, 刘诗贤, 曾庆涛. 多靶点交替tDCS联合任务导向性训练对运动发育迟缓儿童运动功能及表面肌电活动的影响. 2026. doi: 10.12201/bmr.202603.00088

  梁春兰, 师齐, 刘莲, 钟敬祥. 间充质干细胞来源的外泌体与眼免疫性疾病. 2022. doi: 10.12201/bmr.202209.00019

  崔兆涵, 田笑予, 王虎峰. 制度创业视角下地方紧密型医共体创新的生成逻辑与实现路径. 2024. doi: 10.12201/bmr.202406.00019

  李嘉欣, 徐红卫. 弥散张量成像在神经发育障碍性疾病中的研究进展及应用. 2025. doi: 10.12201/bmr.202507.00029

  武晓梦, 李思娴, 张明爽, 贾圣楠, 戴佳航, 孙一丹, 谭冬, 袁宇. 外周血内皮祖细胞在颅脑损伤血管新生与神经修复中的作用机制及研究进展. 2026. doi: 10.12201/bmr.202601.00072

  夏雨, 姚园, 苏悦, 吴少华. 基于决策树与神经网络模型的突发公共卫生事件下医务人员生命质量现状及影响因素研究. 2024. doi: 10.12201/bmr.202412.00006

  邱晶晶, 孙晓燕, 朱衡亚. 基于相位滞后指数探究溶栓后认知损害的脑功能连接重构机制. 2025. doi: 10.12201/bmr.202508.00017

  付雅婷 fu, 熊飞. 实际体重相较于干体重偏离度评估腹膜透析患者容量负荷的研究. 2026. doi: 10.12201/bmr.202602.00066

  吕广博, 刘佳妮, 严婷, 韩晓燕. 去白细胞悬浮红细胞储存期末溶血率影响因素分析及质控标准的探索. 2026. doi: 10.12201/bmr.202603.00002

• 序号	提交日期	编号	操作
  1	2026-03-17	10.12201/bmr.202603.00061V1	下载

• 公开评论  匿名评论  仅发给作者 提交评论