Most of the animals have symmetrical neuronal structures on the left and right side of the brain. In vertebrates and in invertebrates, morphological structural deviations from their symmetrical nervous system are crucial for performing specific functions. But until now symmetry of brain has not been studied by symmetry of network topological features. Here, we suggest a novel approach to classify asymmetric neurons of c. elegans nervous system by examining asymmetric network topology for every node. In this study, we will define the symmetry of link and use that definition to define the symmetry of motif. Then we will introduce novel measure that captures the difference of asymmetric motif fingerprint of bilaterally symmetrical neurons (MD). Thresholds were defined using mean and standard deviation (SD) values of asymmetries to find statistically asymmetric components. Neurons with asymmetry value over the threshold were considered as asymmetric neurons (asymmetric neurons > SD from the mean values). We checked our asymmetric neurons with ASE and AWC neurons that are only known to show bilaterally asymmetrical gene expression. As a result, our study suggested that ratio of asymmetric motif and MD measures successfully classified ASE and AWC as asymmetric neurons. Other than these neurons, ALNR and PLMR neurons are classified as asymmetrical in both measures.
대부분의 동물은 좌우 대칭성을 보이는 대뇌 구조를 가지고 있다. 척추동물과 무척추동물 모두에서 구조적인 비대칭성이 특정한 기능에 결정적인 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 지금까지 대뇌의 구조적인 대칭성은 네트워크 관점에서 연구가 이루어지지 않고 있다. 이 논문에서는 예쁜꼬마선충의 신경계의 구조적인 비대칭성을 각 신경 세포에서의 비대칭적인 네트워크를 분석하여 비대칭적인 신경 세포를 찾고자 한다. 우선 링크의 비대칭성을 정의하고 극것을 바탕으로 모티프의 비대칭성을 정의하였다. 더 나아가 대칭적인 신경 세포에서 비대칭한 motif fingerprint의 차이를 포착할 수 있는 새로운 척도 MD를 제안했다. 비대칭적인 뉴런을 나누기 위한 임계 값은 평균 값에서 표준 편차만큼 증가한 값을 사용하였다. 이렇게 구해진 비대칭적인 뉴런들을 현재까지 기능적으로 비대칭하다고 잘 알려진 ASE와 AWC 신경세포들이 포함되어 있는지 살펴보았다. 결과적으로 비대칭적인 모티프의 비율 값과 MD 값으로 비대칭적인 신경 세포를 분류할 때 ASE와 AWC 신경 세포들을 비대칭 한 세포들로 구분지을 수 있었다. 위 신경 세포들을 제외하곤 ALNR과 PLMR 신경세포들이 두 비대칭 값들에 의해 비대칭 세포로 분류되었다.
