Funkce: Dává slepým lidem zrak svítí mozku tajemství

Jejich nedávné studie ukazují, že zkušenost není rozhodující pro některé vizuální funkce. Místo toho se zdá, že mozek je předem připraven interpretovat alespoň některé jednoduché aspekty vizuálního světa. Důkazy pocházejí z testů vizuálních iluzí, které také pomáhají urovnat dlouhodobou debatu o tom, proč mozek nesprávně interpretuje konkrétní druhy obrazů.,

když se naše vnímání obrazu liší od reality, zažíváme vizuální iluzi. Někteří neurovědci si myslí, že vrozené zapojení našich mozků je zodpovědné za iluze; jiní si myslí, že jsou produktem učení. Vyřešení této debaty se ukázalo jako obtížné, říká Susana Martinez-Conde, neurovědkyně na státní univerzitě v New Yorku Downstate Medical Center, která studuje iluze. „Děti se nemohou hlásit o vizuálním zážitku,“ říká. „A nebylo by etické zbavit dítě vizuálního zážitku, aby to otestovalo.,“Odpověď byla „nikdo neví,“ říká—do Projektu Prakaš začal studovat nově slabozraké děti, jejichž vidění, když nejprve získal, je v blízkosti novorozence.

V roce 2010 a 2011, Sinha tým vybral devět dětí, od těch podstoupit operaci šedého zákalu. Podle rodičů a chirurgů ze Shroff Charity Eye Hospital byli poddaní od narození slepí. Brzy po odstranění obvazů jim vědci ukázali iluzi Ponzo., Nejprve demonstroval před více než sto lety, tato iluze obvykle zahrnuje linie sbíhají na horizontu (jako koleje) a dvou krátkých paralelních linií napříč nimi. Ačkoli vodorovné čáry jsou totožné, ten blíže obzoru vypadá déle.

dominantní vysvětlení pro Ponzo iluze je, že to je výsledek mozku zkušenosti tlumočení 2D obrázky 3D scény, s jednotlivými prvky obrazu vnímány v různých hloubkách a vzdálenostech., „Toto učení nás vede k tomu, abychom v této iluzi spojili tyto dvě identické linie jako bytí ve dvou různých vzdálenostech od nás,“ vysvětluje Sinha. Mozek interpretuje linii blíže zdánlivému horizontu jako vzdálenější, a proto delší než druhá identická linie.

Pokud Ponzo iluze jsou výsledkem vizuální učení, Prakash děti by neměla klesnout na to. Ale k překvapení týmu byly děti stejně náchylné k iluzi Ponzo jako kontrolní subjekty s normálním viděním: důsledně našli linii blíže k obzoru déle, tým informoval v současné biologii v květnu.,

děti také klesly pro Müller-Lyer illusion, pár řádků s šipky na obou koncích; jedna sada hrotů bodů směrem ven, druhý dovnitř, směrem k trati. Linie s vnitřními šipkami se zdá delší. „Na základě těchto výsledků můžeme říci jen to, že to není zkušenost,“ říká Sinha. „Je to něco jiného. Pravděpodobně je poháněn velmi jednoduchými faktory v obraze, na které je mozek pravděpodobně naprogramován tak, aby reagoval.“

Martinez-Conde je ochoten odhadnout, jak funguje iluze Müller-Lyer., Její předchozí výzkum ukázal, že naše oči mají tendenci si všimnout rohů více než přímek. Možná, říká, náš mozek se zaměřuje na rohy vnějších šípů, takže linie mezi nimi vypadá kratší než linie s vnitřními šipkami. „Ale to by mělo být přijato s velkým zrnkem soli, protože nemám žádné údaje, které by to dokázaly.“

bez ohledu na mechanismus nová studie přispívá k rostoucím důkazům“, že nejsme prázdné břidlice, když se narodíme, “ říká Martinez-Conde., Další důkaz přichází z nedávné studie o Amir Amedi, neurolog na hebrejské Univerzitě v Jeruzalémě, a jeho kolegové, ve které použili fMRI k porovnání zrakové kůře narození slepí jedinci s normálně vidící ty. Zjistili, že základní organizace zrakové kůry z narození slepí lidé je podobné jako normálně vidící, a oba mají podobné spojení mezi různými částmi kůry. To znamená, že „jsme se narodili s touto stroje pro když viděl, že tak nevyžaduje vizuální zážitek objevují,“ Amedi říká., „Vizuální systém je dodáván s určitými vazbami a výpočetními předsudky.“

takové předpětí může pomoci dětem Prakash získat funkční vidění v měsících následujících po operaci, spekuluje Amedi. Zdá se však, že zkušenosti a učení hrají větší roli ve vizuální akvizici. „Roste důkaz, že dospělé mozky se mohou změnit ve struktuře a funkci,“ říká Brigitte Roeder, neuropsycholožka na univerzitě v Hamburku v Německu., Například, studie ukázaly, že dospělí, kteří pravidelně hrají akční videohry se lépe na určité vizuální úkoly, jako je čtení drobným písmem na předpis láhev nebo sledování několika přáteli pohybující dav.

důležitější pro děti Prakash je schopnost vytvořit mentální obraz 3D prostoru. „Prostorové snímky jsou v našem životě velmi důležité,“ říká člen týmu Prakash Tapan Gandhi, neurovědec Indického technologického institutu v Dillí v Novém Dillí. „Když se vás zeptám, přemýšlejte o své kuchyni, kde jste si co nechali, můžete si ji představit., To je velmi důležité pro náš každodenní život.“Ale slepí lidé nejsou zběhlí v představování prostorů. Při testování této schopnosti pomocí matice a pohyblivé kolíky, Prakash dětí před operací vykonávat špatně ve srovnání s normálně vidící lidé, Gándhí říká. Brzy po operaci se však začínají zlepšovat v úlohách prostorových snímků. Vize musí být zásadní pro pomoc mozku vytvářet mentální mapy prostorů, říká., A mozek taky nemá kritické okně pro tuto možnost, nebo okno zůstane otevřené až mnohem později v životě, Gándhí a kolegové hlášeny na 12. Března 2014 vydání Psychologické Vědy.

tým našel podobnou přizpůsobivost ve schopnosti rozlišit lidskou tvář od tváří. Brzy po operaci pacienti Prakash nemohou rozeznat rozdíl. To je také v rozporu s dogmatem: navádění na tvářích je jedna vizuální schopnost, kterou si vědci myslí, že je vrozená. Ale po několika týdnech může nově viděný identifikovat lidskou tvář a začít rozpoznávat různé tváře., Tým také zjistil, že se jejich pacienti rychle naučí spojit kontakt s zrakem. Jinými slovy, jsou brzy schopni rozpoznat objekty, kterých se dotkli, zatímco se zavázanýma očima, když vidí tyto objekty z dálky.

ale plasticita má své limity. Collignona a jeho kolegové studovali skupinu dospělých v Kanadě, kteří se narodili s šedým zákalem, ale měl korektivní operaci, než se obrátil 1. Přes alespoň 2 desetiletí obnoveného zraku měl každý jedinec mírně zhoršené vidění., Jejich 3D vnímání a schopnost detekovat pohyb byly také ohroženy, podle nepublikovaných výsledků. Vědci zjistili, že mozky těchto lidí se zdají být zapojeny jinak: na Rozdíl od normálně vidící lidé, jejich vizuální cortexes rovněž zpracovávají zvuk, jsou hlášeny v srpnu v Současné Biologii.

„to, Co je opravdu zarážející je, že my mluvíme o lidi, kteří jsou připraveni na pár týdnů do několika měsíců, ale to vede k dlouhodobé reorganizaci mozku reagovat na zvuk,“ Collignona říká., Pacienti s prakašem, kteří jsou roky slepí, mají také pravděpodobně reorganizovanou vizuální kůru, říká, což by mohlo bránit zotavení. „Mají stopu své minulosti a jejich minulost je slepota,“ říká. „Tito lidé nikdy nebudou schopni obnovit vizi jako někdo, kdo viděl předtím.“

Sinhovy nálezy to potvrzují. Pacienti Prakash nevyvíjejí vizi tak ostrou jako normálně vidící lidé. „navzdory tomu, že tyto děti několik let sledujeme, nenajdeme progresi ostrosti k normálnosti,“ říká Sinha., To naznačuje kritické okno pro ostrost, které se zavře někdy před tím, než se otočí 8-nejmladší věk Prakash dosud léčil.

Yadavovy zkušenosti jsou typické. „S brýlemi Umím číst novinové titulky,“ říká. Ale 4 roky od jeho operace má stále potíže se čtením jemnějšího tisku v novinách a knihách.

zdá se, že okno se také brzy zavírá pro citlivost kontrastu: schopnost rozeznat kontrasty, odstíny a vzory, jednu z nejzákladnějších funkcí vidění., V jednom testu, Sinha tým ukazuje Prakash děti čtyři vzory—dům, čtverec, jablko, a kruh—a žádá je, aby identifikovat vzory, jako jsou změny ve velikosti a kontrastu. Normálně vidící lidé mohou tyto vzory detekovat pro řadu velikostí, pokud je kontrast nad určitou prahovou hodnotou. U dětí Prakash se jejich kontrastní citlivost výrazně zlepšuje až několik měsíců po operaci, ale nikdy nedosahuje normálních hladin. Zůstávají uvízlé při detekci omezeného rozsahu velikostí a pouze tehdy, když je kontrast poměrně vysoký.,

celkově vzato, zjištění ukazují, že neexistuje jediný kritický období, jimiž se řídí vizi, říká Amy Kalia, postdoktorand s Sinha. „Je vize obnovitelná nebo ne,“ říká, „je složitější příběh.,“

školení by mohlo pomoci dětem Prakash Obnovit více vizuální funkce, říká uri Polat, neurovědec na univerzitě v Tel Avivu v Izraeli. „Okno se nezavře,“ říká. „Stává se méně citlivým.“

v roce 2004 byl Polat první, kdo ukázal, že trénink může obnovit zrak u dospělých s amblyopií nebo líným okem. Líné oko zabraňuje normálnímu vývoji vizuální kůry během raného dětství. Pacienti mají zhoršené binokulární vidění, stejně jako špatnou ostrost a citlivost na kontrast; snížený zrak byl po 10 letech považován za nevratný., Polat měli pacienti podívat na obrazovku počítače s variacemi Gabor Patch image, která má rozmazané černé-a-bílé vzory, které se změna velikosti a kontrastní. Po pouhém měsíci tréninku měli jeho pacienti lepší ostrost a citlivost na kontrast.

Amedi souhlasí s tím, že trénink je klíčový, ale myslí si, že by měl zahrnovat i dotek a zvuk—smysly, na které se slepí lidé spoléhají při navigaci po světě. Jeho výzkum ukázal, že pro interpretaci zvuku nebo dotyku se spoléhají na části své vizuální kůry, které se obvykle věnují vidění., Například používají stejnou část mozku pro Braillovo písmo, které vidoucí používá pro čtení. Projekt Prakaš plánuje otevřít rezidenční školy v příštím roce na rehabilitaci a vzdělávat děti po operaci šedého zákalu pomocí fyzické cvičení a multismyslové zážitky.

tým Prakash chce nakonec odhalit, jak obnovení vidění mění vizuální kůru. Začínají zkoumat změny v mozku pomocí fMRI.

když obraz vizuální kůry pacienta před a 2 dny po operaci, různé oblasti kůry zdá se, že pracuje v synchrony., „Takže pokud máte vysokou aktivitu v jedné části kůry, budete mít podobnou aktivitu v jiné části kůry,“ říká Sinha. „Je to, jako by velká část vizuální kůry pulzovala společně.“

jen pár měsíců po operaci se však obraz fMRI začne měnit. Různé oblasti vizuální kůry se rozsvítí odlišně, což naznačuje rozdělení práce. Obrázky lidských tváří prokázáno, že pacienti, například, aktivuje oblast mozkové kůry známo, že reagovat na tváře v normálně vidící lidé.

„dává to velký smysl,“ říká Amedi., „Když začnou zpracovávat vizuální informace, nemohou provádět úkoly. Nemohou identifikovat objekt, osobu. Je to pro ně stejný nesmysl.“Ale jak čas plyne a mozek se učí rozlišovat objekty, tvary a tváře, různé oblasti vizuální kůry se začínají specializovat.

Sinha, pro jednoho, neočekával tyto změny v mozku. „Byl jsem ohromen tím, kolik, Jak Masivní jsou změny a jak rychle se to stane, a jak pozdě v životě se to může stát,“ říká. Neočekával také, že by projekt přinesl výsledky., „Bál jsem se, že když musíme pracovat s poměrně starými dětmi, připravovali jsme se na selhání.“Místo toho projekt přinesl stovky mladých lidí, jako je Yadav, do světla—a zároveň uvedl pole vizuální neurovědy do nového světla.

podívejte se na naši prezentaci o projektu Prakash.

Poslechněte si podcast s autorem Rhitu Chatterjee.

---