出生婴儿的大脑“版图”会影响成人大脑高级发育

灵长类动物大脑根据具体感知功能被划分不同区域：触觉、视觉、听觉等。成年人能根据外界不同类别刺激，带动大脑特定区域做出响应。但是，这些组织区域是天生的还是随生活经验逐渐发展出来的，至今仍是一个未解之谜。根据7月3日《eLife》一篇文章报道，这个问题的答案是两者共同影响。

　　

生物通报道：哈佛医学院的Michael Arcaro和Margaret Livingstone证明，灵长类动物大脑在出生几天后就已经形成了大脑分区的原始“版图”，随着年龄和经验增长，版图内部再被逐渐填充。

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几十年来Livingstone一直在努力破解大脑视觉系统组织功能。在他们新近发表的文章中，她和Arcaro让4只10天大的猕猴看场景和面孔等不同图像，同时用功能磁共振扫描仪监视它们的大脑活动。

但是，这项工作随后陷入了巨大困境。“我们需要解开束缚让小猴子们处于舒适放松的状态，然而像所有典型婴儿一样，它们闭上眼睛睡觉去了，”Livingstone说。“这让我们十分抓狂。”

研究人员只好趁猴子醒来时获得少量数据，大部分数据来自睡眠阶段。为了不浪费任何信息，Livingstone实验室的博后Arcaro尝试着分析了没有直接视觉系统输入（因为睡着了）的磁共振扫描数据。结果令人惊奇的是，即使动物正在闭着眼睛睡觉，视觉系统的多个部分也会相互连接。例如，初级视觉皮层（脑后部）的一个主要信号往往还与枕叶、颞叶和后顶叶皮层信号（与视觉输入或眼球运动有关的其他视觉系统）有相互关系。这些发现暗示，可能存在一个功能性组织可以连接所有区域。

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于是，在接下来几年中，研究人员继续与同一只猕猴合作，定期对它进行图片观察和脑部扫描。研究人员发现，当初绘制的原始“版图”仍然存在，只不过内部逐渐被填充，变得更加复杂了，而且与婴儿时期不同，成年后的猕猴还能对特定刺激做出反应。

年长猕猴的视觉系统活动似乎被排布分为“腹侧流（ventral streams）”和“背侧流（dorsalstreams）”，分别用于物体识别和视觉引导的两个重要区域。也有所谓的视网膜组织，伴随不同视觉系统区域还能被上、下、左、右不同视觉区的输入信号激活而做出相应反应。

但是，当猴子长大后，反而丢失了某些特征。例如，对应面部视觉刺激，梭状回（fusiform gyrus）中缺少神经元簇。这种神经的选择性在猕猴宝宝出生200天后开始呈现。

“通过创建一个早期版图，使大脑可以随后在指定位点插入更精确的信息，”Arcaro解释道。

在如此早的时间点发现这些组织机构，证明它们肯定在出生前已经被基因程序设计好了，而后来的细化则是根据经验修正。

考虑到猕猴与人类遗传关系密切，这项研究对人类也具有广泛影响。Livingstone认为，神经发育障碍患者经常出现一些心理失常症状，如自闭症谱系障碍的共同特征人脸恐惧，原因可能是大脑无法构建完整版图，使得长大后仍无法具体化和响应刺激（包括面孔刺激）。

神经生物学家早就知道，早期视觉经验对儿童知觉发展具有重要作用。但这项新研究进一步强调，早至刚出生时就及时纠正任何视觉缺陷的重要性。例如，先天性白内障治疗，不仅要着眼于预防失明，还要注重视觉和认知功能的高级发育。

总的来说，这项成果表明，高度复杂的视觉系统起源于一个相对简单的大脑“版图”。“我们的结果显示，你可以通过一些非常基本的原则使视觉和大脑发育变得复杂起来。”Arcaro说。

原文标题：A hierarchical, retinotopic proto-organization of the primate visual system at birth