家猫纹状皮质及假纹状皮质的细胞结构与化学结构

《Brain Research》：Cytoarchitecture and chemoarchitecture of the striate cortex and a putative area prostriata in the domestic cat

　　

摘要

研究目的

纹状皮层（V1）及其相邻的prostriata区是视觉皮层结构中的关键组成部分。然而在家猫中，V1内侧与presubiculum区域之间的细胞结构及化学结构特征尚未完全明确，而猫的脾状视觉区/脾状视觉皮层与Pro区的解剖学关系也仍待确定。本研究旨在描述家猫V1区域以及暂时被定义为可能的Pro区的层状结构与分子标记分布情况。

研究方法

本研究对两只成年雌性家猫进行了观察。对右半球的冠状切片进行Nissl染色，同时运用免疫组化技术检测Calbindin-D28k、Purkinje细胞蛋白4以及非磷酸化的神经丝H。通过低倍率的连续切片来分析区域结构特征，再利用高倍率显微镜观察V1、可能的Pro区以及Prs区域之间的层状结构和细胞标记分布情况。

研究结果

V1区域呈现出典型的六层新皮质结构，第4层较为明显，第3层和第5层中有大量SMI-32免疫反应阳性的锥体神经元。V1的锥体层中也有PCP4的标记信号。而所谓的Pro区则表现为颗粒结构不清晰，第4层不明显，PCP4阳性神经元主要分布在更深层，SMI-32的免疫反应较弱或很少。在所检测的V1区域内未发现明显的CB免疫反应阳性神经元，而在可能的Pro区则观察到轻微的表层CB标记以及偶尔出现的强阳性信号。由于细胞对比度有限，CB染色仅作为描述性观察结果，不能作为划分区域的决定性标准。PCP4和SMI-32的标记差异进一步证明了可能的Pro区与Prs区之间存在过渡关系。

研究结论

本研究揭示了V1内侧与Prs区之间存在一个范围有限的颗粒结构不清晰过渡带，该区域暂时被定义为可能的prostriata区。这些研究结果为识别猫的Pro区提供了解剖学和免疫组化方面的信息，但尚无法确定该区域是否与生理学上定义的SVA/SV区相同、存在重叠，还是属于不同的皮质区域。未来需要结合组织学、连接性分析以及电生理学研究来进一步明确二者之间的关系。

引言

视觉功能依赖于多个皮质区域的协同作用。传统模型认为，视觉信息首先通过视网膜投射到初级视觉皮层（17区，即V1），随后通过层级化的背侧和腹侧视觉通路进行运动、空间、物体以及情境等方面的处理（Nassi和Callaway，2009；Felleman和Van Essen，1991）。这些通路能够实现对中央视野的详细分析，但却无法完全解释对远处视野中突然出现的运动或潜在威胁事件的快速反应。

prostriata区因位于视觉皮层与边缘系统/海马旁皮层的交界处，且面积较小，近年来逐渐受到更多关注。它最初是在比较不同动物过渡皮层的结构研究中被提及的，后来在灵长类动物的扣带回-海马旁沟区域以及其附近的距下区被明确界定（Sanides，1969；Morecraft等人，2000；Ding等人，2003）。后续的功能研究显示，Pro区含有视觉反应潜伏时间短、感受野较大，且对远处视野中的快速运动具有敏感性的神经元（Yu等人，2012）。在人类中，高分辨率的功能成像以及基于扩散的技术也进一步支持了Pro区具有与快速视觉空间处理相对应的周边视觉表征和解剖学连接的观点（Mikellidou等人，2017；Kurzawski等人，2020）。

家猫长期以来一直是视觉神经科学领域的重要研究模型，但17区内侧皮层的确切解剖学身份至今仍未明确。从猫的脾状沟处进行的生理记录显示，其视觉反应以周边视野的表征为主，这一结果提示猫的SVA/SV区可能与灵长类动物的Pro区在功能上存在对应关系（Kalia和Whitteridge，1973）。早期的细胞结构、髓鞘结构、生理学以及化学结构研究将17区内侧附近的皮质区域称为脾状视觉区或脾状视觉皮层（Sanides和Hoffmann，1969；Rosenquist等人，1985；Rosa等人，1995；Van der Gucht等人，2001）。因此，这里的不确定性并不仅在于术语使用上的差异，更在于生理学上定义的猫的SVA/SV区与细胞结构学上定义的V1与Prs区之间的颗粒结构不清晰过渡区，究竟是相同的、存在重叠的、功能上对应的，还是属于不同的皮质区域。比较研究提供了更多具体的参考依据：在灰松鼠中，17区内侧的皮质区域被定义为prostriata区，其特点是第4层结构不清晰，髓鞘化程度较低（Wong和Kaas，2008）。在水貂中，也在17区的远处周边视野表征区域附近发现了脾状视觉区（McConnell和LeVay，1986）。对飞狐和雪貂的研究进一步表明，不同物种的初级视觉皮层和纹状外视觉皮层的结构存在物种特异性差异（Rosa，1999；Law等人，1988），但这些研究并不能单独确定此处研究的猫的相应区域的身份或同源性。

尽管已有大量关于猫的17区的研究，包括视网膜定位图绘制以及基于MRI的皮质图谱构建（Tusa等人，1978；Stolzberg等人，2017），还有对presubicular/subicular复合体的比较描述（Ding，2013），但目前关于家猫V1内侧与Prs区过渡区的系统化化学结构学研究仍然十分有限。尤其需要明确的是，位于V1和Prs区附近的那个候选区域，在层状结构以及分子标记分布方面与典型的纹状皮层和presubicular皮层存在哪些差异。为填补这一解剖学空白，本研究结合了Nissl染色以及CB、PCP4和SMI-32的免疫组化检测。我们根据该候选区域的解剖位置和形态特征，暂时将其称为可能的prostriata区，同时也要承认，目前的研究数据还无法确定其与生理学上定义的猫的SVA/SV区的确切关系。

章节节选

实验动物与伦理审批

本研究共使用了两只成年雌性家猫（Felis catus），体重分别为2.40公斤和2.98公斤，这两只猫来自广东省实验动物中心，在进行组织取样前均被饲养在标准条件下。所有实验操作均符合广东省以及广州医科大学关于实验动物管理和养护的相关规定。本实验方案已经获得了广州医科大学动物实验伦理委员会的批准。

连续Nissl染色切片显示了V1内侧与Prs区的过渡区域以及可能的Pro区的位置

首先通过连续的Nissl染色冠状切片来识别枕叶内侧和脾状沟后方的皮质区域，并分析V1与Prs区的过渡情况（见图1）。在从头部向尾部的连续切片中，17区可以通过其密集且高度分化的六层结构被识别出来。在更靠尾部的切片中，可以在V1的内侧和下方、靠近Prs区的位置观察到一个小型的过渡皮质区域。基于这些特征，该候选区域被暂时命名为可能的Pro区。

主要研究发现

本研究从细胞结构学和免疫组化角度，描述了家猫V1内侧区域以及暂时被定义为可能的Pro区的颗粒结构不清晰过渡带的情况。主要研究发现如下：首先，V1内侧区域呈现出典型的六层等皮质结构，第4层较为明显，第3层和第5层中有大量SMI-32阳性锥体神经元。其次，所谓的Pro区与V1区相比，其颗粒结构不清晰，第4层也不明显，SMI-32的免疫反应较弱或很少。

结论

综上所述，通过Nissl染色以及PCP4和SMI-32的免疫组化检测，可以证明家猫的V1内侧区域与Prs区之间存在细胞结构学和免疫组化层面的过渡。在该过渡区内有一个范围有限的颗粒结构不清晰区域，被暂时定义为可能的prostriata区。V1区域呈现出典型的六层新皮质结构，其锥体层中有较强的SMI-32标记信号，而可能的Pro区则表现为颗粒层结构不清晰，深层有PCP4的标记信号。

作者贡献说明

陈达：概念构思。 刘俊杰：数据整理。 李 Cairu：正式数据分析。 曾利宾：正式数据分析。 刘洪月：正式数据分析。 陈美玉：研究方法设计。 陈生强：资金筹集。

资金支持

本研究得到了广东省中医药局（编号：20242059）以及广州医科大学本科生创新培养计划（编号：02-408-2501-2152）的资助。

作者分工

D.C.和J.L.负责开展组织学和免疫组化实验、数据分析以及论文撰写工作。C.L.、L.Z.、H.L.和M.C.协助进行组织取样、图像采集以及图表制作。S.C.负责该研究的构思与整体监督，并对论文进行了细致的修改。所有作者都参与了论文的审阅与最终确认工作。

伦理声明

所有涉及动物的实验操作均已获得广州医科大学动物实验伦理委员会的批准（批准编号：G2024-360，批准日期：2024年7月29日）。

数据可用性

本研究的相关数据可在合理请求下从通讯作者处获取。

利益冲突声明

所有作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

陈达|刘俊杰|李 Cairu|曾利宾|刘洪月|陈美玉|陈生强

中国广州，广州医科大学健康管理学院