视皮质的形成和发育

视皮质神经回路有两种：即垂直（柱内或层间）连接和水平（柱间或层内）连接。神经回路基本上是由兴奋性神经元和抑制性神经元的突起构成。兴奋性神经元是有棘突神经元（spine bearing neuron），为Ⅳ层以外锥体细胞和Ⅳ层内的棘星细胞（spiny stellate cell）。抑制性神经元则为多种的无棘星细胞（spine－free stellate cell）。下面从各层神经元突起的生长、分支的发生，以及建立连接的时间，叙述神经回路的发生。

（一）视皮质垂直（柱内或层间）连接的发生

视皮质初级感觉区（Ⅴ1区）中有许多从内向外呈柱形排列的细胞群。每个细胞群能对一个方位刺激起相同反应，称为方位性（orientation column）。该细胞群从Ⅳ层几个细胞，即棘星细胞，简单地接受来自外侧膝状体的传入刺激，后将这些刺激信息集中到Ⅱ/Ⅲ层锥体细胞。该细胞可传递方位信号给Ⅴ层锥体细胞，而没有再传到Ⅳ层的细胞。这样从Ⅳ层棘星细胞→Ⅱ/Ⅲ层锥体细胞→Ⅴ层锥体细胞，构成垂直的柱内连接。

锥体细胞迁移到位时，只有一个轴突，它要形成垂直走向、兴奋性、层状特异性分支的连接，是涉及到细胞机制（cellular mechanism）有神经细胞源性与非神经细胞源性的刺激因子或抑制因子的作用，其中一些抑制因子只对个别细胞群起特异抑制作用，使轴突在适当的层内形成分支，且在发生的开始就具有层的特异性。例如在Ⅱ/Ⅲ和Ⅴ层内出现树突和轴突分支，而在不适当层，即Ⅳ层，不形成轴突分支。锥体细胞突起首先向较早形成的神经元板层内生长和分支，随后在胞体所在层内分支，最后向皮质表层发出分支。

在人类妊娠24～26周胎儿只有放射状纤维带，在Ⅱ/Ⅲ、Ⅴ层内首次出现支芽，也就是说Ⅱ/Ⅲ～Ⅴ层之间的垂直连接，即连接视野内代表同一点的神经元，发生在妊娠26～29周。然而连接视野中不同点的水平（横向）连接发生较迟。

柱内连接的抑制性中间神经元也与兴奋性神经元一样，由深至表层顺序产生，但分化时间有明显的不同，即使在同一层内分化时间也有区别。末顶抑制（end－top inhibitory）是依赖从Ⅵ～Ⅳ层的垂直连接，不需要视经验的动物也存在这种抑制环路。

垂直连接神经回路的发生，在灵长类是在出生前完成的，而非灵长类则出生后仍持续发育至开眼前才完成。由于垂直连接存在与细胞柱内，其建立后形成的视觉对光信息和方位信息有反应，因此该细胞柱又称为方位柱，但对光和方位信息的加工仍需要柱间连接的发生。

（二）水平（柱间或层内）连接的发生

哺乳类动物视皮质内，锥体细胞轴突在Ⅱ/Ⅲ与Ⅴ层内分支形成明显的水平纤维。该纤维可达几毫米长。在一个方位柱内单个锥体细胞发出的水平纤维的两末端间距约为6mm，分支长度自胞体长约3mm。以少量顺行和逆行标记物混合注射皮质表面，通过Ⅱ/Ⅲ层的正切线切片，显示逆行标记细胞群和顺行标记的突触终末群，两者呈相间排列，其间距为1mm。这种长水平纤维连接可以扩大Ⅵ层内上行轴突细胞接受刺激的范围，而且可以整合广泛方位柱所接受的信息，使之形成视野的联合图形。在猫Ⅱ/Ⅲ层水平纤维连接，特别是柱间连接具有相同方位的优先（share the same preferred orientation）的特点。同样的在灵长类视皮质Ⅱ/Ⅲ层内，横向纤维连接是富含细胞色素氧化酶的斑点（blob）之间，还有非斑点区（nonblob region）之间的纤维连接。两种连接形成双拮抗结构，在斑点系统（blob system）内有颜色对比度（color opponentcy）和眼优势作用，非斑点区不但作为眼优势，而且有方位优先（orientation preference）的作用。上述水平纤维连接功能的准确性还需要有双眼球视觉训练（或模式化的视经验，patterned visual experience）才能形成。

新生猫Ⅴ1区仍未形成丛状水平纤维连接（clustered horizontal connection）。生后1周切线走向纤维呈均匀分布，Ⅱ/Ⅲ与Ⅴ层同时出现界线不清的大范围的逆行标记细胞群（“crude”cluster of retrogradly labeled cell）。水平纤维丛的范围在P8达到成年水平，但是水平纤维所连接的界线不清的细胞群缩小了，形成有明显界线的细胞丛，该丛之间原有的细胞并没有死亡。猫Ⅱ/Ⅲ层个别锥体细胞轴突水平分支的发育，P0～2周水平侧支稀少，其远端也很少分支；P2～4周轴突侧支加入投射至正确方位柱；P5周后，在正确的方位柱内轴突远端侧支增加；到P6周轴突终末支达到成年的模式。

从上述水平纤维丛的发生发育过程，说明大范围水平纤维丛初期的发生是不需要视觉经验的，但是水平纤维丛的修饰过程及其逐渐形成方位优势柱（orientation dominance column，即same or iso－orientation column）的过程很明显是需要视活动（或称模式化视活动，patterned visual activity）的。

去双眼或在黑暗中饲养（缺乏正确方位的视活动）的猫，到P38周时其水平纤维丛的模式相当于正常猫P14的模式。但这并不是简单地妨碍局部回路的发育，使其停留在不太成熟状态。因为个别细胞重新组织其分支，长水平分支形成集中，远端分支形成聚集，其视觉准确性比正常猫低，每个细胞的连接超过了正常方位柱的范围。这种改变水平纤维连接的确切时间（critical period）是难以确定的，因为缝合上下眼睑（去双眼）动物养到P6周后，恢复正常视力后，该动物的大范围水平纤维丛到3个月可以恢复正常成年状态。

人类胚胎G37周时，视皮质内首次出现的水平连接是在Ⅳb与Ⅴ层。生后（＞G40W）该连接密度迅速增加，到P7周形成一个均匀的纤维丛。P8周后出现成年样的不规则投射（patchiness projection）。Ⅳb、Ⅴ层内不规则（patchy）的水平投射的形成，是通过侧支废除修饰过程。在Ⅳb、Ⅴ、Ⅵ层内水平纤维发育后，接着Ⅱ/Ⅲ层出现富含CO斑点，直到P16周Ⅱ/Ⅲ层内才出现长范围的水平纤维连接（longrange horizontal connec－tion），到15个月龄达到成熟。Ⅱ/Ⅲ层内长范围水平连接从一开始就以精确位置形成不存在侧支废除的过程（Burkhalter et al，1993）。

上述层间和层内连接回路发生发育的时间符合于新生儿行为的变化。新生儿双眼视觉和感知立体深度的能力到4个月才出现。方向选择机制（directionally selective mechanism）生后2个月才出现，到6～8个月龄仍处于不成熟阶段。虽然不同回路发育速度不同，但生后8个月各种结构基本到位。