单一生物学因素预测整个哺乳动物物种具有不同的皮质组织

研究人员已经解释了视觉皮层如何在不同哺乳动物物种的大脑中独特地发展。由生物和脑工程学系的Se-Bum Paik教授领导的KAIST研究小组已经确定了一个单一的生物因子，即视网膜皮质定位比例，该因子预测了整个哺乳动物物种中不同的皮质组织。

这一新发现解决了在理解视觉神经科学方面有关视觉皮质功能结构起源的长期难题。3月10日发表在《细胞报告》上的这项研究表明，即使没有物种特异性的发育机制，生物学参数的进化变化也可能诱导视觉皮层中不同功能电路的发育。

在哺乳动物的主要视觉皮层(V1)中，对视觉刺激方向的神经调节被组织成跨物种的两个不同地形模式之一。尽管灵长类动物具有柱状取向图，但在啮齿动物中观察到了盐和胡椒类型的组织。

数十年来，皮质组织之间的鲜明对比引发了有关V1中功能体系结构起源的基本问题。然而，这些模式是否反映了整个哺乳动物类群的不同发育机制，还是仅起源于普遍发育过程中生物学参数的变化，仍然未知。

为了确定预测不同皮质组织的决定因素，Paik教授及其研究人员Jaeson Jang和Min Song分别研究了产生柱状组织和盐胡椒组织的确切条件。接下来，他们应用数学模型来研究如何根据映射条件将底层视网膜镶嵌图案的地形信息不同地映射到皮层空间。

研究小组证明，视网膜皮质前馈定位比似乎与每个物种的皮质组织相关。在模型仿真中，研究小组发现，不同的V1区域和视网膜神经节细胞(RGC)镶嵌大小可能会产生不同的皮质回路。该小组的数学采样模型表明，视皮质皮层映射是皮层组织地形的主要决定因素，这一预测已通过对八个系统发育不同的哺乳动物物种的数据进行神经参数分析而得到证实。

此外，研究人员证明了奈奎斯特采样定理可以高度准确地解释皮层组织的这种参数划分。他们表明，一个数学模型可以预测皮质取向调整的组织在奈奎斯特采样频率附近发生急剧转变，这解释了为什么可以在柱状组织或盐和胡椒组织中观察到皮质组织，但在这两个阶段之间的中间阶段却看不到。

派克教授说：“我们的发现对理解大脑视觉皮层中功能结构的起源具有重大影响，并且将提供广泛的概念性进展，以及对进化分歧物种中神经发育的潜在机制的深刻见解。”

他继续说：“我们相信，我们的发现将对从事神经科学，视觉科学和发育生物学等广泛领域的科学家非常感兴趣。”

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