A major challenge in analyzing animal behavior is to discover some underlying simplicity in complex motor actions. Here, we show that the space of shapes adopted by the nematode Caenorhabditis elegans is low dimensional, with just four dimensions accounting for 95% of the shape variance. These dimensions provide a quantitative description of worm behavior, and we partially reconstruct "equations of motion" for the dynamics in this space. These dynamics have multiple attractors, and we find that the worm visits these in a rapid and almost completely deterministic response to weak thermal stimuli. Stimulus-dependent correlations among the different modes suggest that one can generate more reliable behaviors by synchronizing stimuli to the state of the worm in shape space. We confirm this prediction, effectively "steering" the worm in real time.

Background Since 2014, the United States has experienced a biennial spike in pediatric acute flaccid myelitis (AFM). Epidemiologic evidence suggests non-polio enteroviruses (EVs) are a potential etiology, yet EV RNA is rarely detected in cerebrospinal fluid (CSF) and only inconsistently identified from the respiratory tract, serum, or stool.Methods We interrogated CSF from children with AFM (n=42) and pediatric controls with other neurologic diseases (OND) (n=58). Samples were incubated with T7 bacteriophage expressing 481,966 sixty-two amino acid peptides with a fourteen amino acid overlap tiled across all known vertebrate virus and arbovirus genomes, an adaption of the VirScan method. Antibody-bound phage were deep sequenced to quantify enriched peptides with normalized counts expressed as reads per hundred thousand (rpK). EV antibody findings were confirmed with ELISA using whole viral protein 1 (VP1) from contemporary enterovirus (EV) A71 and D68 strains. Separately, metagenomic next-generation sequencing (mNGS) of CSF RNA, both unbiased and with targeted enrichment for EVs, was performed.Results The most significantly enriched viral family by VirScan of CSF in AFM versus OND controls was Picornaviridae (mean rpK 11,266 versus mean rpK 950, p-adjusted < 0.001, Wilcoxon signed-rank test with Bonferroni adjustment). Enriched Picornaviridae peptides belonged almost entirely to the genus Enterovirus. The mean EV VP1 ELISA signal in AFM (mean OD 0.51) was significantly higher than OND controls (mean OD 0.08, p-value < 0.001, Mann-Whitney test). mNGS did not detect additional enterovirus RNA in CSF.Conclusion Despite the rare detection of EV RNA in the CNS of patients with AFM, a pan-viral serologic assay identified high levels of CSF EV antibodies in AFM CSF compared to CSF from OND controls. These results provide further evidence for a causal role of non-polio enteroviruses in AFM.

De novo germline mutations in the RNA helicase DDX3X account for 1-3% of unexplained intellectual disability (ID) cases in females, and are associated with autism, brain malformations, and epilepsy. Yet, the developmental and molecular mechanisms by which DDX3X mutations impair brain function are unknown. Here we use human and mouse genetics, and cell biological and biochemical approaches to elucidate mechanisms by which pathogenic DDX3X variants disrupt brain development. We report the largest clinical cohort to date with DDX3X mutations (n=78), demonstrating a striking correlation between recurrent dominant missense mutations, polymicrogyria, and the most severe clinical outcomes. We show that Ddx3x controls cortical development by regulating neuronal generation and migration. Severe DDX3X missense mutations profoundly disrupt RNA helicase activity and induce ectopic RNA-protein granules and aberrant translation in neural progenitors and neurons. Together, our study demonstrates novel mechanisms underlying DDX3X syndrome, and highlights roles for RNA-protein aggregates in the pathogenesis of neurodevelopmental disease.