Funktion: at Give blinde synet lyser hjernens hemmeligheder

Deres nylige undersøgelser viser, at erfaring er ikke kritisk for visse visuelle funktioner. I stedet ser hjernen ud til at være forud for at fortolke i det mindste nogle enkle aspekter af den visuelle verden. Beviserne kommer fra test af visuelle illusioner, der også hjælper med at afvikle en langvarig debat om, hvorfor hjernen fortolker bestemte slags billeder.,

Når vores opfattelse af et billede adskiller sig fra virkeligheden, oplever vi en visuel illusion. Nogle neuroscientists mener, at den medfødte ledningsføring i vores hjerner er ansvarlig for illusioner; andre mener, at de er et produkt af læring. Det har vist sig vanskeligt at løse denne debat, siger Susana Martine.-Conde, en neurovidenskabsmand ved State University of ne. York do .nstate Medical Center, der studerer illusioner. “Babyer kan ikke rapportere om visuel oplevelse,” siger hun. “Og det ville ikke være etisk at fratage en baby visuel oplevelse for at teste dette.,”Svaret var “nogens gætte,” siger hun—indtil Projektet Prakash begyndte at studere den nyligt seende børn, hvis vision, når der først er erhvervet, er tæt på en nyfødt.

I 2010 og 2011, Sinha er holdet tog ni børn fra dem, om at gennemgå en operation for grå stær. Forsøgspersonerne havde været blinde siden fødslen, ifølge forældrene og kirurgerne på Shroff Charity Eye Hospital. Kort efter at deres bandager blev fjernet, viste forskerne dem Pon .o-illusionen., Først demonstreret for mere end et århundrede siden involverer denne illusion typisk linjer, der konvergerer i horisonten (som togspor) og to korte parallelle linjer, der skærer over dem. Selvom de vandrette linjer er identiske, ser den, der er nærmere horisonten, længere ud.

den dominerende forklaring på Pon illusiono-illusionen er, at det er et resultat af hjernens oplevelse af at fortolke 2D-billeder som 3D-scener, hvor de enkelte elementer i billeder opfattes som på forskellige dybder og afstande., “Denne læring fører til, at vi forbinder disse to identiske linjer i denne illusion som værende i to forskellige afstande fra os,” forklarer Sinha. Hjernen fortolker linjen nærmere den tilsyneladende horisont som længere væk og derfor længere end den anden identiske linje.

Hvis Ponzo illusion var resultatet af den visuelle læring, Prakash børn ville ikke falde for det. Men til holdets overraskelse var børnene lige så modtagelige for PON .o-illusionen som kontrolpersoner med normal vision: de fandt konsekvent linjen tættere på horisonten længere, rapporterede holdet i Current Biology i Maj.,

børnene faldt også for M .ller-Lyer illusionen, et par linjer med pilespidser i begge ender; et sæt pilespidser peger udad, den anden indad mod linjen. Linjen med de indadvendte pilespidser virker længere. “Alt, hvad vi kan sige baseret på disse resultater, er, at det ikke er erfaring,” siger Sinha. “Det er noget andet. Det er sandsynligvis drevet af meget enkle faktorer i billedet, som hjernen sandsynligvis er programmeret til at reagere på.”

Martine.-Conde er villig til at risikere et gæt på, hvordan m .ller-Lyer-illusionen fungerer., Hendes tidligere forskning har vist, at vores øjne har en tendens til at bemærke hjørner mere end lige linjer. Måske, siger hun, fokuserer vores hjerne på hjørnerne af de udvendige pilespidser, hvilket får linjen mellem dem til at se kortere ud end linjen med indvendige pilespidser. “Men dette skal tages med et stort saltkorn, fordi jeg ikke har nogen data til at bevise det.”

uanset mekanismen tilføjer den nye undersøgelse voksende bevis” for, at vi ikke er tomme skifer, når vi er født, ” siger Martine.-Conde., Andre beviser kommer fra en nylig undersøgelse af Amir Amedi, en neurovidenskabsmand ved det hebraiske universitet i Jerusalem, og kolleger, hvor de brugte fMRI til at sammenligne den visuelle Corte.af medfødt blinde individer med den for normalt seende. De fandt, at den grundlæggende organisation af den visuelle Corte.af medfødt blinde mennesker ligner den for de normalt seende, og begge har lignende forbindelser mellem forskellige dele af Corte.. Det betyder “Vi er født med dette maskiner til at se, at det på en måde ikke kræver visuel oplevelse at dukke op,” siger Amedi., “Det visuelle system leveres med visse forbindelser og beregningsmæssige forspændinger.”

sådan forspænding kan hjælpe Prakash-børnene med at få funktionel vision i månederne efter operationen, spekulerer Amedi. Men erfaring og læring synes at spille en større rolle i visuel erhvervelse. “Der er voksende bevis for, at voksne hjerner kan ændre sig i struktur og funktion,” siger Brigitte Roeder, en neuropsykolog ved University of Hamburg i Tyskland., For eksempel har undersøgelser vist, at voksne, der regelmæssigt spiller actionvideospil, bliver bedre til bestemte visuelle opgaver, som at læse det med småt på en receptflaske eller spore flere venner, der bevæger sig gennem en skare.

mere relevant for Prakash-børnene er evnen til at skabe et mentalt billede af et 3D-rum. “Rumlige billeder er meget vigtige i vores liv,” siger Prakash-teammedlem Tapan Gandhi, en neurovidenskabsmand ved Indian Institute of Technology, Delhi, i Ne.Delhi. “Hvis jeg spørger dig, tænk på dit køkken, hvor du har holdt hvad, kan du visualisere det., Dette er meget vigtigt for vores daglige liv.”Men blinde mennesker er ikke dygtige til at forestille sig rum. Når testet for denne evne ved hjælp af en Matri.og bevægelige pinde, udfører Prakash børn før operationen dårligt sammenlignet med normalt seende mennesker, siger Gandhi. Kort efter operationen begynder de imidlertid at forbedre sig ved rumlige billedopgaver. Vision skal være afgørende for at hjælpe hjernen med at skabe mentale kort over rum, siger han., Og hjernen har heller ikke et kritisk vindue for denne evne, eller vinduet forbliver åbent indtil meget senere i livet, rapporterede Gandhi og kolleger i 12 Marts 2014-udgaven af Psychological Science.

holdet fandt lignende tilpasningsevne i evnen til at skelne et menneskeligt ansigt fra facelike billeder. Kort efter operationen kan Prakash-patienter ikke se forskellen. Det modsiger også dogme: Homing ind på ansigter er en visuel evne, som forskere mener er medfødt. Men efter et par uger kan de nysynede identificere et menneskeligt ansigt og begynde at genkende forskellige ansigter., Holdet har også fundet ud af, at deres patienter hurtigt lærer at forbinde berøring med synet. Med andre ord er de snart i stand til at genkende objekter, de rørte ved, mens de bind for øjnene, når de ser disse objekter på afstand.

men plasticitet har sine grænser. Collignon og hans kolleger studerede en gruppe voksne i Canada, der blev født med grå stær, men havde korrigerende kirurgi, før de blev 1. På trods af mindst 2 årtiers restaureret syn havde hver enkelt lidt nedsat syn., Deres 3D-opfattelse og deres evne til at opdage bevægelse blev også kompromitteret ifølge upublicerede resultater. Forskerne fandt, at disse individers hjerner ser ud til at være forbundet forskelligt: i modsætning til normalt seende mennesker behandler deres visuelle Corte .er også lyd, rapporterede de i August i Aktuel biologi.

“det, der virkelig er slående her, er, at vi taler om mennesker, der er frataget i et par uger til et par måneder, men det fører til langvarig omorganisering af hjernen for at reagere mere på lyd,” siger Collignon., Prakash-patienter, der er blinde i årevis, vil sandsynligvis også få deres visuelle Corte.omorganiseret, siger han, hvilket kan hindre bedring. “De har et spor af deres fortid , og deres fortid er blindhed,” siger han. “Disse mennesker vil aldrig være i stand til at genvinde syn som en, der har set før.”

Sinhas resultater bekræfter dette. Prakash-patienterne udvikler ikke syn så skarpt som normalt seende mennesker. ” på trods af at vi følger disse børn i flere år, finder vi ikke en progression af skarphed til normalitet,” siger Sinha., Det antyder et kritisk vindue for skarphed, der lukker engang, før de bliver 8—den yngste alder Prakash har hidtil behandlet.

yadavs oplevelser er typiske. “Jeg kan læse avisoverskrifter med mine briller,” siger han. Men 4 år siden hans operation har han stadig problemer med at læse det finere Tryk i aviser og bøger.

vinduet ser også ud til at lukke tidligt for kontrastfølsomhed: evnen til at skelne kontraster, nuancer og mønstre, en af de mest grundlæggende synsfunktioner., I en test viser sinhas team Prakash kids fire mønstre-et hus, en firkant, et æble og en cirkel—og beder dem om at identificere mønstrene, når de ændrer sig i størrelse og kontrast. Normalt seende mennesker kan registrere disse mønstre for en række størrelser, hvis kontrasten er over en bestemt tærskel. For Prakash-børn forbedres deres kontrastfølsomhed betydeligt op til flere måneder efter operationen, men når aldrig normale niveauer. De forbliver fast ved at registrere et begrænset udvalg af størrelser, og kun når kontrasten er ret høj.,

der er Truffet sammen, og resultaterne viser, at der ikke er nogen enkelt kritisk periode, der regulerer vision, siger Amy Kalia, en postdoc-stipendiat med Sinha. “Er visionen genindvindelig eller ej, “siger hun,” er en mere kompleks historie.,”

træning kan hjælpe Prakash-børnene med at genvinde mere visuel funktion, siger Uri Polat, en neurovidenskabsmand ved Tel Aviv University i Israel. “Vinduet lukker ikke,” siger han. “Det bliver mindre følsomt.”

i 2004 var Polat den første til at vise, at træning kan genoprette syn hos voksne med amblyopi eller doven øje. Et dovent øje forhindrer normal udvikling af den visuelle Corte.i den tidlige barndom. Patienter har nedsat binokulært syn såvel som dårlig skarphed og kontrastfølsomhed; det formindskede syn blev betragtet som irreversibelt efter 10-årsalderen., Polat fik patienter til at se på en computerskærm med variationer af et Gabor-Patchbillede, som har slørede sort-hvide mønstre, der ændrer sig i størrelse og kontrast. Efter blot en måneds træning havde hans patienter bedre skarphed og kontrastfølsomhed.amedi er enig i, at træning er nøglen, men mener, at det også skal involvere berøring og lyd—sanser, som blinde mennesker stoler på for at navigere i verden. Hans forskning har vist, at de for at fortolke lyd eller berøring er afhængige af dele af deres visuelle Corte., der normalt er dedikeret til vision., For eksempel bruger de den samme del af hjernen til blindeskrift, som den seende bruger til læsning. Project Prakash planlægger at åbne en boligskole næste år for at rehabilitere og uddanne børn efter kataraktoperation ved hjælp af fysiske øvelser og multisensoriske oplevelser.

i sidste ende ønsker Prakash-teamet at afsløre, hvordan gendannelse af syn ændrer den visuelle Corte.. De begynder at undersøge ændringer i hjernen med fMRI.

når de afbilder en patients visuelle Corte.før og 2 dage efter operationen, ser det ud til, at forskellige områder af Corte. fungerer synkroniseret., “Så hvis du har høj aktivitet i en del af Corte., har du lignende aktivitet i en anden del af Corte.,” siger Sinha. “Det er som om meget af den visuelle Corte.pulserer sammen.”

men bare et par måneder efter operationen begynder fMRI-billedet at ændre sig. Forskellige regioner i den visuelle Corte.lyser forskelligt, hvilket antyder en arbejdsdeling. Billeder af menneskelige ansigter vist til patienter, for eksempel, aktivere et område af Corte.kendt for at reagere på ansigter i normalt seende mennesker.

“det giver meget mening,” siger Amedi., “Når de begynder at behandle visuel information, kan de ikke udføre opgaver. De kan ikke identificere et objekt, en person. Det er alt det samme vrøvl for dem.”Men som tiden går, og hjernen lærer at skelne objekter, former og ansigter, begynder forskellige områder af den visuelle Corte.at specialisere sig.

Sinha, for en, forventede ikke disse ændringer i hjernen. “Jeg var forbløffet over, hvor meget, hvor massive ændringerne er, og hvor hurtigt det sker, og hvor sent i livet det kan ske,” siger han. Han havde heller ikke forvente gusher af resultater projektet har genereret., “Jeg var bekymret for, at vi skulle arbejde med temmelig gamle børn, vi satte os op for fiasko.”I stedet har projektet bragt hundreder af unge mennesker som Yadav ind i lyset—samtidig med at feltet for visuel neurovidenskab også er sat i et nyt lys.

se vores diassho.om Project Prakash.Lyt til en podcast med forfatteren Rhitu Chatterjee.

---