Neuron | 人類視覺系統并非“出生后才開機”

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基本信息

Title:Functional organization of the human visual system at birth and across late gestation

發表時間:2026.4.28

發表期刊:Neuron

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引言

新生兒在出生后極短時間內就能表現出一些基礎視覺能力：會偏向面孔、能夠追蹤運動、能利用空間關系，也會迅速從有限經驗中學習。這樣一種起點狀態，提示我們視覺系統在出生時大概并不是一塊完全未分化的“空白皮層”。真正值得追問的是，支持這些早期能力的神經架構，到底有多少在出生前就已經搭好，又有哪些部分仍需依賴出生后的視覺經驗繼續塑造。

圍繞這個問題，過去研究雖然積累了不少線索，但缺口同樣明顯。許多工作集中在較大兒童、動物模型，或只看少數經典視覺區，難以回答“整個人類視覺皮層在出生時是什么組織狀態”。另一方面，即便研究對象是新生兒，如果掃描時間距離出生較遠，也很難排除短暫產后經驗已經對皮層連接模式產生影響。因此，要更接近“出生時”的真實狀態，理想做法是盡量把數據窗口壓到出生后數小時內，同時把觀察范圍向妊娠晚期前推，追蹤這些組織特征在晚孕期如何逐步出現。

這篇發表于《Neuron》的研究正是這樣設計的。作者利用發育人類連接組計劃（Developing Human Connectome Project, dHCP）的大樣本新生兒靜息態功能磁共振成像數據，既分析了出生后第一天內完成掃描的新生兒，也納入妊娠晚期不同胎齡階段的樣本，試圖回答兩個層層遞進的問題：其一，人類視覺系統在出生時是否已經具備類似成人的大尺度功能組織；其二，這種組織是否是在晚孕期逐步分化而來。

實驗設計與方法邏輯

研究基于 dHCP 的新生兒靜息態功能磁共振成像與結構像，共納入 987 名可用新生兒，掃描時妊娠周齡覆蓋 29–44 周；其中用于表征“出生時狀態”的，是出生后第一天內掃描的足月或過期產新生兒。成人對照主要來自 Human Connectome Project，樣本量 197，另有 17 名成人構成獨立復現樣本。

方法上，作者將成人概率性視網膜拓撲視覺區圖譜經表面配準投射到新生兒皮層，分析每半球 24 個視覺區，共 48 個區域，并據此計算區域間時間序列相關矩陣及每個區域的“功能指紋”。

核心發現

發現一：出生時視覺皮層已具備清晰的區域化，而非未分化的均質網絡

論文首先要建立的前提，是新生兒視覺皮層內部能否被可靠地區分。Figure 1A–D 給出的證據非常關鍵：在出生后第一天內掃描的新生兒中，一個視覺區與對側半球同名區域的靜息態相關，顯著強于與相鄰區域或遠端視覺區的相關。也就是說，視覺系統在出生時已經不是一團難以分辨的整體，而是具備可識別的區域邊界和區域特異性連接模式。

Figure 1. Arealization of the neonate visual cortex

發現二：出生時視覺系統已呈現成人樣的大尺度分群與層級骨架

在確認區域可分辨后，作者進一步追問這些區域之間是否已經組織成更高層次的系統架構。Figure 2A–D 顯示，通過多維尺度分析（multidimensional scaling, MDS）把視覺區間關系投射到二維空間后，新生兒視覺區并非雜亂分布，而是形成與成人相似的四類組團：枕葉早期視覺區，以及中央/腹側、外側和背側三條主要視覺通路。新生兒與成人整體布局顯著相關，文中報告 r = 0.78，p < 0.0001。

Figure 2. Hierarchical organization of visual cortical areas in neonates

發現三：出生時不同視覺通路成熟并不同步，背側通路最接近成人模式

如果只看到前兩部分，容易把“已有組織”誤讀成“已經成熟”。Figure 3A–C 的功能指紋分析則把這種誤讀及時拉了回來。作者將每個新生兒視覺區與其他視覺區的相關模式定義為“功能指紋”，再與成人對應區域進行比較。結果顯示，新生兒區域通常與成人同名區域最相似，說明其組織并非隨機；但不同通路之間，與成人相似的程度并不一致。

Figure 3. Maturity of cortical visual connections

發現四：這些成人樣組織在妊娠晚期逐步形成，且背側通路最早顯現

標題中的另一半重點是“across late gestation”，而 Figure 5A–D 正是對這一發育過程的直接刻畫。作者將樣本按妊娠年齡分為早產、早期足月、足月和過期產后發現，隨著胎齡增加，視覺區在 MDS 空間中的分群愈發清晰，通路分組強度持續增強；足月與過期產組最接近成人樣布局，而更早階段的組團則更彌散。這說明出生時看到的系統架構并非臨近分娩才突然出現，而是在晚孕期持續分化和強化。

Figure 5. Development of the visual system across gestational age

歸納總結和點評

這項研究最重要的貢獻，是把“新生兒為何能如此早地表現出基礎視覺能力”落到了可檢驗的系統級腦組織上：在人類出生時，視覺皮層已經具備明確的區域化、三條主要視覺通路及其初步層級骨架，而且這種成人樣組織并不是出生后才快速搭建，而是在妊娠晚期逐步分化成形；與此同時，不同通路的成熟并不同步，背側通路最早接近成人模式。研究的優勢在于樣本量大、時間窗口貼近出生、分析鏈條完整，并結合成人對照、獨立復現樣本和多種穩健性檢驗增強了說服力。它的重要意義不在于宣稱嬰兒視覺系統“已經成熟”，而在于更精確地表明：出生后的視覺學習，很可能是在一個已經相當成形、但仍然顯著可塑的先天框架上展開。

邊界也應清楚保留——本文核心證據來自靜息態功能相關與成人圖譜映射，不能直接等同于具體任務功能或行為能力已經成熟；對早產與早期足月組的解釋，也仍需結合胎兒期數據與縱向研究進一步驗證。

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