《Frontiers in Human Neuroscience》：Functional reorganization of the visual cortex in blindness: a connectivity perspective
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视觉剥夺为理解感觉经验与发育约束如何塑造皮层组织提供了一个关键模型。在失明状态下，枕叶皮层被招募用于触觉和听觉感知，以及语言、记忆、数学加工和执行控制。核心问题在于视觉皮层如何功能性地嵌入非视觉和认知系统，以及这种嵌入如何产生特定形式的枕叶募集。连接性是这一问
视觉剥夺为理解感觉经验与发育约束如何塑造皮层组织提供了一个关键模型。在失明状态下，枕叶皮层被招募用于触觉和听觉感知，以及语言、记忆、数学加工和执行控制。核心问题在于视觉皮层如何功能性地嵌入非视觉和认知系统，以及这种嵌入如何产生特定形式的枕叶募集。连接性是这一问题的核心，因为皮层功能部分地由区域接收的信息、交换信号的通路及其与分布式系统的协调所塑造。因此，连接性将发育约束和感觉经验与功能涌现联系起来：它规定了哪些信号能够影响枕叶区域、哪些网络能够整合这些信号，以及这些区域可能支持哪些功能角色。静息态研究显示，枕叶皮层内部某些与视网膜拓扑一致的局部组织特征在缺乏视觉经验的情况下仍然存在。同时，同源连接和半球间连接的减少提示视觉系统内部的协调发生改变。长程功能连接揭示了并存的不同模式：腹侧枕颞区域可以保留大致类似有视力者的连接特征，而枕叶皮层也显示出与额顶网络、语言相关网络及其他高阶网络耦合的增强。这种大规模网络嵌入为枕叶区域如何参与高阶认知提供了一种机制性解释。结构连接提供了一种互补但仍然有限的解释。大多数研究报告了视觉传入通路、枕叶白质、后部联合纤维和后部胼胝体通路的改变，这些发现通常被置于缺陷导向的框架中进行解释。然而，仅凭结构发现尚不能解释解剖连接如何支持功能募集、结构特征如何与功能连接相关，或者结构-功能耦合如何随感觉历史和个人经验而发展。全脑连接组研究进一步指出网络效率、路径长度和结构-功能对齐的改变，但将这些特征与枕叶功能联系起来的机制仍未解决。总之，当前证据表明，连接性应被视为枕叶可塑性的一种机制。未来的研究应阐明保留的结构脚手架、解剖约束和经验依赖的功能耦合如何共同塑造失明者枕叶皮层中非视觉和认知功能的涌现。
主体内容总结
1 引言
人脑具有显著的适应性和可塑性。视觉剥夺为研究经验如何塑造大脑结构与功能提供了一个强有力的模型。在灵长类中，超过三分之一的皮层与视觉加工相关，但在早期失明个体中，视觉输入的缺失导致“视觉”皮层的发育轨迹发生显著改变。失明者依赖非视觉模态获取信息并指导行为，形成高度特异性的经验结构，如触觉盲文阅读和非视觉空间导航。核心问题在于：在缺乏视觉经验的情况下，视觉皮层如何实现功能组织，其神经机制是什么。连接性在塑造皮层组织中起核心作用，因为它约束区域能够接收和处理的信息。因此，理解失明中视觉皮层的重组需要从多种尺度考察视觉皮层的结构和功能连接。
2 视觉皮层的功能重组
大量研究表明，失明者的枕叶皮层可被募集用于非视觉模态的信息加工。经典跨模态（或元模态）理论认为，感觉皮层实现模态不变的认知功能。与此一致，失明者枕叶皮层保留了类似有视力者的功能组织原则。例如，背侧枕叶皮层支持听觉空间加工；中颞运动复合体（MT）对触觉和听觉运动产生反应；腹侧视觉皮层在听觉呈现面孔、工具或场景时表现出类别选择性激活模式，类似有视力者；触觉呈现面孔和场景也能激活梭状回面孔区（FFA）和海马旁回位置区（PPA）。视觉词形区（VWFA）在盲文阅读中参与触觉词形加工，但这一解释仍有争议。此外，下外侧枕颞皮层（ILOTC）在失明者和有视力者中均表现出对形状表征的选择性。基于这些发现，研究者提出了模态独立、任务特异性框架，认为皮层组织受两个互补原则约束：局部回路对任务区分性计算特征敏感，且皮层区域嵌入预先存在的连接模式中。相反，另一类研究表明，先天失明者的枕叶皮层可被募集用于高阶认知功能，如语言、数学和执行控制。例如，枕叶皮层参与听觉语言任务，对句法复杂性敏感，且更大的枕叶激活与更好的句法行为表现相关。枕叶皮层还对数学任务难度和认知控制需求敏感。这些高阶募集模式被解释为认知多能假说，即皮层在发育早期具有广泛的功能灵活性，其最终功能由区域接收的信息决定，而连接性和经验约束了这些信息。先天或早期失明比成年后失明表现出更强的枕叶高阶认知参与，但失明发生时间的影响因功能结果而异。
3 枕叶皮层功能连接的局部组织
在有视力者中，视觉皮层内的静息态功能连接通常遵循视网膜拓扑原则。静息态fMRI研究显示，失明者枕叶皮层内部的内在功能连接保留了视网膜拓扑组织的关键特征：沿离心率轴的系统分化以及V2/V3边界的极角反转得以保留。连接野（CF）建模显示，早期失明和无眼球个体中V1与V2/V3之间与视网膜拓扑一致的连接得以保留。同时，失明者内部功能连接发生选择性改变：层级相邻且具有直接解剖连接的视觉区域之间功能连接增强，而无直接解剖连接的同源区域（如V2v和V2d）之间连接减少，枕叶区域（包括V1和外侧视觉区）的半球间连接也降低。失明持续时间与半球间同源连接降低相关。在原发性开角型青光眼（POAG）中，V1、V2和V3保留了粗略的视网膜拓扑组织，但BOLD反应和局部群体感受野（pRF）大小和位置出现个体特异性偏差。总体而言，缺乏视觉经验时，枕叶皮层并非均匀保留或完全丧失原有组织，而是选择性保留由直接解剖通路支持的视网膜拓扑一致特征，缺乏解剖支持的模式则系统性减少。
4 枕叶皮层的长程功能连接
任务态fMRI揭示了先天失明者枕叶功能的两种并存模式：一些区域以类似有视力者的方式处理非视觉模态信息，另一些区域参与语言、数学和执行控制等高阶认知。静息态研究显示，腹侧枕颞通路类别选择性区域的长程功能连接相对保留：FFA的功能连接可预测个体水平的面孔选择性地形图，且跨组泛化。然而，这种保留在空间上不均匀：前部枕叶区域（如腹侧枕颞前部）组间相似性高，后部枕叶区域（如早期视觉皮层）相似性低。与有视力者相比，失明者枕叶皮层与非视觉感觉皮层（躯体感觉和初级听觉皮层）之间的功能连接降低，而与额叶前部区域（尤其左侧额下回）的连接增强。独立成分分析显示，失明者的外侧枕叶皮层被纳入左侧化语言相关成分。基于任务激活定义的枕叶区域表现出领域特异性连接：语言反应区优先连接额下回语言区，数学反应区连接顶内沟和背侧前额叶，执行控制反应区连接前额叶控制区。同一被试内多个任务的研究进一步显示枕叶皮层内部功能分化，不同任务定义的亚区与额顶皮层形成可分离的连接模式。失明发生时间影响长程连接：先天或早期失明者V1与左侧额下回语言区的功能连接强于晚期失明者。然而，有研究提出疑问，枕叶激活可能反映对一般认知需求的敏感性而非任务选择性。Duymu?等人使用困难-容易对比发现双侧枕叶皮层存在广泛且空间弥散的难度效应，且这些区域与额顶多需求网络有强功能连接，提示枕叶皮层可能被广泛纳入多需求系统。此外，个体间研究显示先天失明者V1功能连接表现出更大的个体间变异性，且V1-左额叶连接强度与受教育年限相关；纵向研究显示这种个体差异在约2年内高度稳定。扫描状态（任务vs静息、睁眼vs闭眼）也会影响枕叶功能连接估计。
5 白质连接的结构改变
结构连接研究主要关注三个层面：视觉传入通路和枕叶白质、半球间和长程联合纤维、全脑结构网络拓扑。在先天或早期失明中，视觉传入通路虽然解剖上可识别，但视放射和邻近白质显示体积减少和扩散特性改变：双侧膝距通路分数各向异性（FA）降低，径向扩散率（RD）和平均扩散率（MD）升高，轴向扩散率（AD）无显著变化。视放射、视束和外侧膝状体（LGN）体积减少。枕叶白质体积和FA也降低。失明发生时间影响结构改变：先天性失明FA降低集中在双侧视放射，而晚期失明涉及更广泛的分布。在视网膜色素变性（RP）中，视束和视放射FA随视觉剥夺严重程度呈梯度下降。在POAG中，神经突定向分散和密度成像（NODDI）显示视束神经突密度指数（NDI）降低、定向分散指数（ODI）升高，视放射ODI升高。丘脑皮层连接水平上，宏观投射模式大体保留，但枕叶连接丘脑区域体积和连接概率降低，颞叶连接区域则增加。结构研究还报道胼胝体压部体积和FA降低，主要限于后部视觉胼胝体区域，同时前连合增大。长程联合纤维方面，先天性失明主要在后部枕叶的下纵束和下额枕束中观察到FA降低和RD升高，上纵束无类似改变。右内侧纵束FA与听觉空间工作记忆准确性正相关。结构连接与功能连接之间缺乏简单对应关系：结构连接改变与功能连接改变不显著相关。结构-功能耦合（SC-FC耦合）方面，全脑水平SC-FC耦合在先天失明和有视力者间无显著差异，但先天失明组半球内耦合降低；早期盲文学习和更好阅读表现与较弱的SC-FC去耦合相关。
6 讨论与开放问题
当前证据表明，失明枕叶连接性既非简单保留也非不受约束的重组，而是一种受约束的可塑性，保留的组织特征和改变的发育经验共同塑造枕叶功能组织。保留与重组似乎不能简单映射到“早期”与“高阶”皮层的区分上，可能反映不同电路具有不同预先存在的连接偏差和经验依赖性修改敏感性。Makin和Krakauer（2023）的框架强调功能变化可能通过预先存在输入和电路的差异增强实现，不要求全新的解剖结构。婴儿研究显示，次级视觉皮层与额叶前部皮层的功能连接在婴儿期已存在，成年先天失明者的枕叶-前额叶增强连接可能建立在早期连接脚手架上。结构连接解释需要超越缺陷导向视角，因为功能重组不必然需要新的大规模白质通路。动物研究表明感觉剥夺可修饰现有回路的功效和相对权重。结构-功能耦合在皮层层级上系统变化，初级感觉区耦合强，高阶联合皮层耦合弱。区分视觉经验与失明相关可塑性的影响需要发育比较：新生儿枕叶长程连接特征更接近先天失明成人而非有视力成人，表明视觉经验在有视力者出生后主动塑造连接特征。失明发生时间对不同类型的可塑性具有不同约束，未来研究需更精确表征失明发生年龄并区分其与失明持续时间。
7 结论
现有证据表明，失明中枕叶皮层的组织既不能由简单保留解释完全涵盖，也不能纯粹由重组解释说明。枕叶区域表现出保留的内在组织与改变的大规模网络嵌入的结合，符合一种马赛克模式，其中具有不同预先存在连接特征的电线路经历不同模式的经验依赖性修改。这一观点强调了基于连接性的方法对于确定预先存在的约束和发育经验如何在缺乏视觉输入时共同塑造皮层组织的重要性。
