Feature: Geben blinde menschen anblick beleuchtet die gehirn der geheimnisse

Ihre jüngsten studien zeigen, dass erfahrung ist nicht kritisch für bestimmte visuelle funktionen. Stattdessen scheint das Gehirn vorverdrahtet zu sein, um zumindest einige einfache Aspekte der visuellen Welt zu interpretieren. Die Beweise stammen aus Tests visueller Illusionen, die auch dazu beitragen, eine langjährige Debatte darüber beizulegen, warum das Gehirn bestimmte Arten von Bildern falsch interpretiert.,

Wenn sich unsere Wahrnehmung eines Bildes von der Realität unterscheidet, erleben wir eine visuelle Illusion. Einige Neurowissenschaftler denken, dass die angeborene Verdrahtung unseres Gehirns für Illusionen verantwortlich ist; andere denken, dass sie ein Produkt des Lernens sind. Die Lösung dieser Debatte hat sich als schwierig erwiesen, sagt Susana Martinez-Conde, Neurowissenschaftlerin am Downstate Medical Center der State University of New York, die Illusionen studiert. „Babys können nicht über visuelle Erfahrungen berichten“, sagt sie. „Und es wäre nicht ethisch, einem Baby visuelle Erfahrungen zu entziehen, um dies zu testen.,“Die Antwort war“ jedermanns Vermutung“, sagt sie—bis Project Prakash anfing, die neu sehenden Kinder zu studieren, deren Vision, wenn sie zum ersten Mal erworben wurde, in der Nähe eines Neugeborenen liegt.

In den Jahren 2010 und 2011 wählte Sinhas Team neun Kinder aus denen aus, die sich einer Kataraktoperation unterziehen sollten. Die Probanden waren laut den Eltern und Chirurgen des Shroff Charity Eye Hospital von Geburt an blind. Bald nachdem ihre Bandagen entfernt wurden, zeigten die Wissenschaftler ihnen die Ponzo-Illusion., Diese Illusion, die vor mehr als einem Jahrhundert erstmals demonstriert wurde, beinhaltet typischerweise Linien, die am Horizont konvergieren (wie Zuggleise), und zwei kurze parallele Linien, die sich über sie schneiden. Obwohl die horizontalen Linien identisch sind, sieht die, die näher am Horizont liegt, länger aus.

Die vorherrschende Erklärung für die Ponzo-Illusion ist, dass sie ein Ergebnis der Erfahrung des Gehirns ist, 2D-Bilder als 3D-Szenen zu interpretieren, wobei die einzelnen Elemente von Bildern in verschiedenen Tiefen und Entfernungen wahrgenommen werden., „Dieses Lernen führt uns dazu, diese beiden identischen Linien in dieser Illusion als in zwei verschiedenen Abständen von uns zu assoziieren“, erklärt Sinha. Das Gehirn interpretiert die Linie näher am scheinbaren Horizont als weiter weg und daher länger als die andere identische Linie.

Wenn die Ponzo-Illusion das Ergebnis des visuellen Lernens wäre, würden die Prakash-Kinder nicht darauf hereinfallen. Aber zur Überraschung des Teams waren die Kinder genauso anfällig für die Ponzo-Illusion wie Kontrollpersonen mit normalem Sehen: Sie fanden die Linie immer näher am Horizont länger, berichtete das Team in Current Biology im Mai.,

Die Kinder fielen auch für die Müller-Lyer Illusion, ein Paar Linien mit Pfeilspitzen an beiden Enden; ein Satz Pfeilspitzen zeigt nach außen, der andere nach innen in Richtung der Linie. Die Linie mit den Pfeilspitzen nach innen scheint länger zu sein. „Alles, was wir aufgrund dieser Ergebnisse sagen können, ist, dass es keine Erfahrung ist“, sagt Sinha. „Es ist etwas anderes. Es wird wahrscheinlich von sehr einfachen Faktoren im Bild angetrieben, auf die das Gehirn wahrscheinlich von Natur aus programmiert ist.“

Martinez-Conde ist bereit, eine Vermutung anzustellen, wie die Müller-Lyer-Illusion funktioniert., Ihre früheren Forschungen haben gezeigt, dass unsere Augen dazu neigen, Ecken mehr als gerade Linien zu bemerken. Vielleicht, sagt sie, konzentriert sich unser Gehirn auf die Ecken der äußeren Pfeilspitzen und lässt die Linie zwischen ihnen kürzer aussehen als die Linie mit inneren Pfeilspitzen. „Aber das sollte mit einem großen Salzkorn gemacht werden, weil ich keine Daten habe, um es zu beweisen.“

Was auch immer der Mechanismus sein mag, die neue Studie fügt wachsende Beweise hinzu, „dass wir keine leeren Schiefer sind, wenn wir geboren werden“, sagt Martinez-Conde., Andere Beweise stammen aus einer kürzlich durchgeführten Studie von Amir Amedi, einem Neurowissenschaftler an der Hebräischen Universität von Jerusalem, und Kollegen, in denen sie fMRI verwendeten, um den visuellen Kortex von kongenital blinden Personen mit dem von normal Sehenden zu vergleichen. Sie fanden heraus, dass die grundlegende Organisation des visuellen Kortex von kongenital blinden Menschen der der normal Sehenden ähnlich ist und beide ähnliche Verbindungen zwischen verschiedenen Teilen des Kortex haben. Das bedeutet „Wir sind mit dieser Maschinerie geboren, um zu sehen, dass in gewisser Weise keine visuelle Erfahrung erforderlich ist“, sagt Amedi., „Das visuelle System kommt mit bestimmten Verbindungen und rechnerischen Verzerrungen.“

EINE SOLCHE VORVERKABELUNG KANN den Prakash-Kindern helfen, in den Monaten nach der Operation ein funktionelles Sehvermögen zu erlangen, spekuliert Amedi. Erfahrung und Lernen scheinen jedoch eine größere Rolle bei der visuellen Erfassung zu spielen. „Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass sich das Gehirn Erwachsener in Struktur und Funktion verändern kann“, sagt Brigitte Roeder, Neuropsychologin an der Universität Hamburg in Deutschland., Studien haben beispielsweise gezeigt, dass Erwachsene, die regelmäßig Action-Videospiele spielen, bei bestimmten visuellen Aufgaben besser werden, z. B. beim Lesen des Kleingedruckten auf einer verschreibungspflichtigen Flasche oder beim Verfolgen mehrerer Freunde, die sich durch eine Menschenmenge bewegen.

Relevanter für die Prakash-Kinder ist die Fähigkeit, ein mentales Bild eines 3D-Raums zu erstellen. „Räumliche Bilder sind in unserem Leben sehr wichtig“, sagt Prakash-Teammitglied Tapan Gandhi, Neurowissenschaftler am Indian Institute of Technology in Delhi in Neu-Delhi. „Wenn ich dich frage, denke an deine Küche, wo du was aufbewahrt hast, kannst du es dir vorstellen., Dies ist sehr wichtig für unser tägliches Leben.“Aber blinde Menschen sind nicht geschickt darin, sich Räume vorzustellen. Wenn Prakash-Kinder vor der Operation mit einer Matrix und beweglichen Stiften auf diese Fähigkeit getestet werden, schneiden sie im Vergleich zu normal sehenden Menschen schlecht ab, sagt Gandhi. Bald nach der Operation beginnen sie sich jedoch bei räumlichen Bildaufgaben zu verbessern. Vision muss entscheidend sein, um dem Gehirn zu helfen, mentale Karten von Räumen zu erstellen, sagt er., Und das Gehirn hat entweder kein kritisches Fenster für diese Fähigkeit, oder das Fenster bleibt bis viel später im Leben offen, berichteten Gandhi und Kollegen in der 12 March 2014-Ausgabe der psychologischen Wissenschaft.

Das Team fand eine ähnliche Anpassungsfähigkeit in der Fähigkeit, ein menschliches Gesicht von Gesichtsbildern zu unterscheiden. Bald nach der Operation können Prakash-Patienten den Unterschied nicht erkennen. Auch das widerspricht dem Dogma: Homing in on Faces ist eine visuelle Fähigkeit, die Wissenschaftler für angeboren halten. Aber nach ein paar Wochen kann der neu Sehende ein menschliches Gesicht identifizieren und anfangen, verschiedene Gesichter zu erkennen., Das Team hat auch festgestellt, dass ihre Patienten schnell lernen, Kontakt mit dem Sehen zu verbinden. Mit anderen Worten, sie sind bald in der Lage, Objekte zu erkennen, die sie mit verbundenen Augen berührt haben, wenn sie diese Objekte aus der Ferne sehen.

Aber Plastizität hat ihre Grenzen. Collignon und seine Kollegen untersuchten eine Gruppe von Erwachsenen in Kanada, die mit Katarakten geboren wurden, aber Korrekturoperationen hatten, bevor sie 1 wurden. Trotz mindestens 2 Jahrzehnten wiederhergestellter Sehkraft hatte jeder Mensch eine leicht beeinträchtigte Sehkraft., Ihre 3D-Wahrnehmung und ihre Fähigkeit, Bewegungen zu erkennen, wurden ebenfalls beeinträchtigt, nach unveröffentlichten Ergebnissen. Die Forscher fanden heraus, dass das Gehirn dieser Individuen anders verdrahtet zu sein scheint: Im Gegensatz zu normal sehenden Menschen verarbeiten ihre visuellen Cortexen auch Schall, berichteten sie im August in Current Biology.

„Was hier wirklich auffällt, ist, dass wir von Menschen sprechen, die für einige Wochen bis zu einigen Monaten beraubt sind, aber es führt zu einer langjährigen Reorganisation des Gehirns, um mehr auf Geräusche zu reagieren“, sagt Collignon., Prakash-Patienten, die seit Jahren blind sind, haben wahrscheinlich auch ihren visuellen Kortex reorganisiert, sagt er, was die Genesung behindern könnte. „Sie haben eine Spur ihrer Vergangenheit, und ihre Vergangenheit ist Blindheit“, sagt er. „Diese Leute werden niemals in der Lage sein, die Sehkraft wiederherzustellen, wie jemand, der sie zuvor gesehen hat.“

Sinhas Ergebnisse bestätigen dies. Die Prakash-Patienten entwickeln kein so scharfes Sehvermögen wie normal sehende Menschen.“ Obwohl wir diesen Kindern mehrere Jahre lang gefolgt sind, finden wir kein Fortschreiten der Sehschärfe zur Normalität“, sagt Sinha., Das deutet auf ein kritisches Fenster für die Schärfe hin, das irgendwann schließt, bevor sie 8 werden-das jüngste Alter, das Prakash bisher behandelt hat.

Yadavs Erfahrungen sind typisch. „Ich kann mit meiner Brille Schlagzeilen lesen“, sagt er. Aber 4 Jahre seit seiner Operation hat er immer noch Probleme, den feineren Druck in Zeitungen und Büchern zu lesen.

Das Fenster scheint auch für die Kontrastempfindlichkeit früh zu schließen: die Fähigkeit, Kontraste, Schattierungen und Muster zu erkennen, eine der grundlegendsten Funktionen des Sehens., In einem Test zeigt Sinhas Team Prakash Kids vier Muster—ein Haus, ein Quadrat, einen Apfel und einen Kreis—und bittet sie, die Muster zu identifizieren, wenn sie sich in Größe und Kontrast ändern. Normalerweise können Sehende diese Muster für eine Reihe von Größen erkennen, wenn der Kontrast über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Bei Prakash-Kindern verbessert sich ihre Kontrastempfindlichkeit bis zu mehreren Monaten nach der Operation signifikant, erreicht jedoch nie ein normales Niveau. Sie bleiben bei der Erkennung eines begrenzten Größenbereichs hängen und nur dann, wenn der Kontrast ziemlich hoch ist.,

zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass es keine einzige kritische Periode für das Sehen gibt, sagt Amy Kalia, Postdoktorandin bei Sinha. „Ist Vision wiederherstellbar oder nicht“, sagt sie, “ ist eine komplexere Geschichte.,“

Training könnte den Prakash-Kindern helfen, mehr Sehfunktionen wiederherzustellen, sagt Uri Polat, Neurowissenschaftler an der Universität Tel Aviv in Israel. „Das Fenster schließt nicht“, sagt er. „Es wird weniger empfindlich.“

Im Jahr 2004 zeigte Polat als erster, dass Training das Sehvermögen bei Erwachsenen mit Amblyopie oder faulem Auge wiederherstellen kann. Ein faules Auge verhindert die normale Entwicklung des visuellen Kortex in der frühen Kindheit. Patienten haben eine beeinträchtigte binokulare Sicht sowie eine schlechte Sehschärfe und Kontrastempfindlichkeit; Das verminderte Sehvermögen wurde nach dem 10., Polat ließ Patienten einen Computerbildschirm mit Variationen eines Gabor-Patch-Bildes betrachten, das verschwommene Schwarz-Weiß-Muster aufweist, die sich in Größe und Kontrast ändern. Nach nur einem Monat Training hatten seine Patienten eine bessere Schärfe und Kontrastempfindlichkeit.

Amedi stimmt zu, dass Training der Schlüssel ist, denkt aber, dass es auch Berührung und Klang beinhalten sollte—Sinne, auf die sich Blinde verlassen, um durch die Welt zu navigieren. Seine Forschung hat gezeigt, dass sie sich zur Interpretation von Klang oder Berührung auf Teile ihres visuellen Kortex verlassen, die normalerweise dem Sehen gewidmet sind., Zum Beispiel verwenden sie denselben Teil des Gehirns für die Blindenschrift, den die Sehenden zum Lesen verwenden. Projekt Prakash plant, im nächsten Jahr eine Wohnschule zu eröffnen, um Kinder nach einer Kataraktoperation mit körperlichen Übungen und multisensorischen Erfahrungen zu rehabilitieren und zu erziehen.

LETZTENDLICH möchte das Prakash-Team zeigen, wie die Wiederherstellung des Sehvermögens den visuellen Kortex verändert. Sie beginnen, Veränderungen im Gehirn mit fMRT zu untersuchen.

Wenn sie den visuellen Kortex eines Patienten vor und 2 Tage nach der Operation abbilden, scheinen verschiedene Bereiche des Kortex synchron zu arbeiten., „Wenn Sie also eine hohe Aktivität in einem Teil des Kortex haben, haben Sie eine ähnliche Aktivität in einem anderen Teil des Kortex“, sagt Sinha. „Es ist, als ob ein Großteil des visuellen Kortex zusammen pulsiert.“

Nur wenige Monate nach der Operation beginnt sich das fMRI-Bild zu ändern. Verschiedene Regionen des visuellen Kortex leuchten unterschiedlich auf, was auf eine Arbeitsteilung hindeutet. Bilder von menschlichen Gesichtern, die beispielsweise Patienten gezeigt werden, aktivieren einen Bereich des Kortex, von dem bekannt ist, dass er bei normal sehenden Menschen auf Gesichter reagiert.

„Es macht sehr viel Sinn“, sagt Amedi., „Wenn sie mit der Verarbeitung visueller Informationen beginnen, können sie keine Aufgaben ausführen. Sie können kein Objekt, keine Person identifizieren. Es ist alles der gleiche Unsinn für sie.“Aber im Laufe der Zeit und das Gehirn lernt, Objekte, Formen und Gesichter zu unterscheiden, beginnen sich verschiedene Bereiche des visuellen Kortex zu spezialisieren.

Sinha hat zum einen diese Veränderungen im Gehirn nicht erwartet. „Ich war erstaunt, wie viel, wie massiv die Veränderungen sind und wie schnell es passiert und wie spät es im Leben passieren kann“, sagt er. Er hat auch nicht erwartet, dass die Ergebnisse, die das Projekt generiert hat, schwindelerregend sind., „Ich war besorgt, dass wir mit ziemlich alten Kindern arbeiten mussten und uns auf das Scheitern vorbereiteten.“Stattdessen hat das Projekt Hunderte von jungen Menschen wie Yadav ins Licht gebracht-und gleichzeitig das Feld der visuellen Neurowissenschaften in ein neues Licht gerückt.

Sehen Sie unsere Diashow über Projekt Prakash.

Hören Sie einen Podcast mit Autor Rhitu Chatterjee.

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