eLife丨吴丹团队揭示在人类新生儿阶段，出生后经验就可以特异性地塑造视觉皮层结构和功能的发育
神经科学的一个基本问题是关于经验在神经发育中的作用 (Arcaro and Livingstone, 2021)。视觉，由于其在跨物种中的普适性和重要性，长期以来一直被作为研究这一问题的代表性系统，经典研究提出了一个两阶段框架来描述视觉皮层的早期发育 (Barlow, 1975)。该框架包含一个早期的、与经验无关的阶段，这个阶段视觉皮层将建立起神经映射的基本布局，随后则是一个依赖于经验的阶段，在这个阶段，视觉经验的介入将在基本神经网络的基础上塑造起新的神经映射。最近的研究进一步揭示了视觉经验在视觉皮层发育早期的重要性，揭示了早期感觉经验和内源性神经发育之间复杂的相互作用 (Roy et al., 2020)。然而这些研究都是在模式动物(如猫和雪貂)上使用电生理技术进行的。由于缺乏非侵入性的方法来探测人类婴儿的大脑，视觉经验对人类婴儿视觉皮层早期发育的影响尚不清楚。
2022年11月18日，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院吴丹研究员团队（浙江大学博士后李名扬为本文第一作者）在eLife上发表题为Development of visual cortex in human neonates is selectively modified by postnatal experience的论文。揭示在人类新生儿阶段，出生后经验就可以特异性地塑造视觉皮层结构和功能的发育。
该研究使用人脑连接组发育项目（dHCP）中407例新生儿的多模态影像数据，描述了人类腹侧视觉皮层的结构（皮层厚度和皮层髓鞘化程度）在新生儿阶段（37周-44周）的发育轨迹，利用新生儿扫描时所具有的出生后时间和妊娠时间来分离母体内环境和出生后环境对视觉皮层结构发育的影响，发现出生后时间可以显著加快视觉皮层的增厚，而对髓鞘化程度的影响却并不显著（图一）。
通过对新生儿静息态功能连接的分析，研究发现即使是在没有后天经验的新生儿群体中，腹侧视觉皮层上就已经形成由内向外的基本通路，该通路可能是之后形成视觉特异性加工脑区（例如面孔识别区域和场景加工区域）的基础 (Arcaro and Livingstone, 2017; Kamps et al., 2020)。发育问题上，双侧初级视觉皮层之间的功能环路会显著受到出生后时间的影响而和妊娠时间并无显著的相关性（图二）。进一步通过中介分析发现，出生后时间直接影响双侧半球V1区之间功能连接的发育，而妊娠时间可以通过皮层髓鞘化程度间接影响双侧V1区域间功能连接的发育。这些发现在产后时间较长但出生时妊娠时间较短的早产儿中得到了进一步证实。简而言之，本研究发现即便是在人类新生儿中（甚至30余周的早产儿），出生后的环境因素就可以特异性地影响视觉皮层结构和功能的发育。
吴丹研究员课题组聚焦于磁共振成像技术与神经影影像分析，诚邀对医学影像感兴趣的博士生和青年研究员。实验室详情请见：
https://person.zju.edu.cn/danwu
图1
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制版人：十一
参考文献
1. Arcaro, M.J., Livingstone, M.S., 2021. On the relationship between maps and domains in inferotemporal cortex. Nat. Rev. Neurosci. 22, 573–583.
2. Arcaro, M.J., Livingstone, M.S., 2017. A hierarchical, retinotopic proto-organization of the primate visual system at birth. eLife 6, 1–24.
3. Barlow, H.B., 1975. Visual experience and cortical development. Nature 258, 199–204.
4. Kamps, F.S., Hendrix, C.L., Brennan, P.A., Dilks, D.D., 2020. Connectivity at the origins of domain specificity in the cortical face and place networks. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 117, 6163–6169.
5. Roy, A., Wang, S., Meschede-Krasa, B., Breffle, J., Van Hooser, S.D., 2020. An early phase of instructive plasticity before the typical onset of sensory experience. Nat. Commun. 11, 1–15.
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