Feature: blinden zicht geven verlicht de geheimen van de hersenen

hun recente studies tonen aan dat ervaring niet essentieel is voor bepaalde visuele functies. In plaats daarvan lijken de hersenen vooraf bedraad te zijn om op zijn minst enkele eenvoudige aspecten van de visuele wereld te interpreteren. Het bewijs komt van tests van visuele illusies die ook helpen bij het regelen van een langdurig debat over waarom de hersenen bepaalde soorten beelden verkeerd interpreteren.,

wanneer onze waarneming van een beeld verschilt van de werkelijkheid, ervaren we een visuele illusie. Sommige neurowetenschappers denken dat de aangeboren bedrading van onze hersenen verantwoordelijk is voor illusies; anderen denken dat ze een product zijn van leren. Het oplossen van dit debat is moeilijk gebleken, zegt Susana Martinez-Conde, een neurowetenschapper aan de State University of New York Downstate Medical Center die illusies bestudeert. “Baby’ s kunnen niet rapporteren over visuele ervaring,” zegt ze. “En het zou niet ethisch zijn om een baby te beroven van visuele ervaring om dit te testen.,”Het antwoord was” een gok van iedereen”, zegt ze—totdat Project Prakash begon met het bestuderen van de pasziende kinderen, waarvan het gezichtsvermogen, toen het voor het eerst werd verworven, dicht bij dat van een pasgeborene ligt.

in 2010 en 2011 koos Sinha ‘ s team negen kinderen uit die op het punt stonden een cataractoperatie te ondergaan. De proefpersonen waren blind sinds hun geboorte, volgens de ouders en chirurgen van het Shroff Charity Eye Hospital. Kort nadat hun verband was verwijderd, toonden de wetenschappers hen de Ponzo-illusie., Voor het eerst aangetoond meer dan een eeuw geleden, deze illusie omvat meestal lijnen convergeren aan de horizon (zoals treinsporen) en twee korte parallelle lijnen dwars door hen. Hoewel de horizontale lijnen identiek zijn, lijkt degene dichter bij de horizon langer.

de dominante verklaring voor de Ponzo-illusie is dat het een resultaat is van de ervaring van de hersenen om 2D-beelden te interpreteren als 3D-scènes, waarbij de individuele elementen van beelden op verschillende diepten en afstanden worden waargenomen., “Dat leren brengt ons ertoe om deze twee identieke lijnen in deze illusie te associëren als op twee verschillende afstanden van ons”, legt Sinha uit. De hersenen interpreteren de lijn dichter bij de schijnbare horizon Als verder weg en dus langer dan de andere identieke lijn.

als de Ponzo-illusie het resultaat was van visueel leren, zouden de Prakash-kinderen er niet in trappen. Maar tot de verrassing van het team waren de kinderen net zo gevoelig voor de Ponzo-illusie als controlepersonen met een normaal gezichtsvermogen: ze vonden de lijn steeds dichter bij de horizon langer, meldde het team in de Huidige Biologie in Mei.,

de kinderen vielen ook voor de Müller-Lyer illusie, een paar lijnen met pijlpunten aan beide uiteinden; een reeks pijlpunten wijst naar buiten, de andere naar binnen naar de lijn. De lijn met de pijlpunten lijkt langer. “Alles wat we kunnen zeggen op basis van deze resultaten is dat het niet ervaring,” Sinha zegt. “Het is iets anders. Het wordt waarschijnlijk gedreven door zeer eenvoudige factoren in het beeld waarop de hersenen waarschijnlijk van nature geprogrammeerd zijn om op te reageren.”

Martinez-Conde is bereid een gok te wagen over hoe de Müller-Lyer illusie werkt., Haar eerdere onderzoek heeft aangetoond dat onze ogen de neiging hebben om hoeken meer op te merken dan rechte lijnen. Misschien, zegt ze, focust ons brein zich op de hoeken van de buitenste pijlpunten, waardoor de lijn tussen hen korter lijkt dan de lijn met binnenste pijlpunten. “Maar dit moet worden genomen met een grote korrel zout, want Ik heb geen gegevens om het te bewijzen.”

wat het mechanisme ook is, de nieuwe studie draagt bij aan groeiend bewijs “dat we geen lege leien zijn wanneer we geboren worden,” zegt Martinez-Conde., Ander bewijs komt uit een recente studie van Amir Amedi, een neurowetenschapper aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, en collega ‘ s waarin ze fMRI gebruikten om de visuele cortex van aangeboren blinden te vergelijken met die van normaal ziende personen. Ze vonden dat de basisorganisatie van de visuele cortex van aangeboren blinden vergelijkbaar is met die van normaal ziende mensen, en beide hebben vergelijkbare verbindingen tussen verschillende delen van de cortex. Dat betekent “we zijn geboren met deze machines om te zien dat op een bepaalde manier geen visuele ervaring nodig om te ontstaan,” Amedi zegt., “Het visuele systeem komt met bepaalde verbindingen en computationele vooroordelen.”

dergelijke VOORBEDRADING kan de Prakash-kinderen helpen om functioneel zicht te krijgen in de maanden na de operatie, speculeert Amedi. Maar ervaring en leren lijken een grotere rol te spelen in visuele acquisitie. “Er zijn steeds meer aanwijzingen dat volwassen hersenen kunnen veranderen in structuur en functie,” zegt Brigitte Roeder, neuropsycholoog aan de Universiteit van Hamburg in Duitsland., Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat volwassenen die regelmatig actievideo-games spelen, beter worden bij bepaalde visuele taken, zoals het lezen van de kleine lettertjes op een receptfles of het volgen van meerdere vrienden die zich door een menigte bewegen.

meer relevant voor de Prakash kinderen is de mogelijkheid om een mentale beeld van een 3D-ruimte te creëren. “Ruimtelijk beeldmateriaal is erg belangrijk in ons leven”, zegt Tapan Gandhi, neurowetenschapper bij het Indian Institute of Technology, Delhi, in New Delhi. “Als ik het je vraag, denk aan je keuken, waar je wat hebt bewaard, Je kunt het visualiseren., Dit is erg belangrijk voor ons dagelijks leven.”Maar blinde mensen zijn niet bedreven in het verbeelden van ruimtes. Wanneer getest op dit vermogen met behulp van een matrix en beweegbare haringen, Prakash kinderen voor de operatie slecht presteren in vergelijking met normaal ziende mensen, Gandhi zegt. Kort na de operatie, echter, beginnen ze te verbeteren bij ruimtelijke beeldvorming taken. Visie moet cruciaal zijn om de hersenen te helpen mentale kaarten van ruimtes te maken, zegt hij., En de hersenen hebben ofwel geen kritisch venster voor dit vermogen, of het venster blijft open tot veel later in het leven, Gandhi en collega ‘ s gemeld in de 12 maart 2014 kwestie van Psychologische Wetenschap.

het team vond een vergelijkbaar aanpassingsvermogen in het vermogen om een menselijk gezicht te onderscheiden van gezichtsachtige beelden. Kort na de operatie kunnen Prakash-patiënten het verschil niet zien. Ook dat weerspreekt dogma: Homing in on faces is een visueel vermogen dat wetenschappers denken is aangeboren. Maar na een paar weken, kan de nieuwzienden een menselijk gezicht identificeren en beginnen verschillende gezichten te herkennen., Het team heeft ook ontdekt dat hun patiënten snel leren contact te maken met het zicht. Met andere woorden, ze zijn al snel in staat om objecten te herkennen die ze aangeraakt terwijl geblinddoekt als ze die objecten zien van een afstand.

maar plasticiteit heeft zijn grenzen. Collignon en zijn collega ‘ s bestudeerden een groep volwassenen in Canada die werden geboren met staar, maar een corrigerende operatie hadden voordat ze 1 werden. Ondanks ten minste 2 decennia van hersteld zicht, had elk individu een licht verminderd gezichtsvermogen., Hun 3D-waarneming en hun vermogen om beweging te detecteren werden ook aangetast, volgens niet-gepubliceerde resultaten. De onderzoekers ontdekten dat de hersenen van deze individuen anders bedraad lijken te zijn: in tegenstelling tot normaal ziende mensen, verwerken hun visuele cortex ook geluid, meldden ze in augustus in de Huidige Biologie.

” wat hier echt opvalt is dat we het hebben over mensen die een paar weken tot een paar maanden beroofd zijn, maar het leidt tot langdurige reorganisatie van de hersenen om meer op geluid te reageren,” zegt Collignon., Prakash-patiënten, die jarenlang blind zijn, zullen waarschijnlijk ook hun visuele cortex gereorganiseerd krijgen, zegt hij, wat het herstel zou kunnen belemmeren. “Ze hebben een spoor van hun verleden , en hun verleden is blindheid,” zegt hij. “Deze mensen zullen nooit in staat zijn om het gezichtsvermogen te herstellen zoals iemand die het eerder heeft gezien.”

Sinha ‘ s bevindingen bevestigen dit. “Ondanks het volgen van deze kinderen voor meerdere jaren, vinden we geen progressie van scherpte naar normaliteit,” zegt Sinha., Dat suggereert een kritisch venster voor scherpte die ergens sluit voordat ze draaien 8—de jongste leeftijd Prakash heeft tot nu toe behandeld.

Yadav ‘ s ervaringen zijn typisch. “Ik kan krantenkoppen lezen met mijn bril”, zegt hij. Maar vier jaar na zijn operatie heeft hij nog steeds moeite met het lezen van de fijnere druk in kranten en boeken.

het venster lijkt ook vroeg te sluiten voor contrastgevoeligheid: het vermogen om contrasten, tinten en patronen te onderscheiden, een van de meest fundamentele functies van het zien., In één test toont Sinha ‘ s team Prakash kinderen vier patronen—een huis, een vierkant, een appel en een cirkel-en vraagt hen om de patronen te identificeren als ze veranderen in grootte en contrast. Normaal gezien kunnen mensen deze patronen voor verschillende groottes detecteren, als het contrast boven een bepaalde drempel ligt. Voor Prakash kinderen verbetert hun contrastgevoeligheid aanzienlijk tot enkele maanden na de operatie, maar bereikt nooit normale niveaus. Ze blijven vastzitten bij het detecteren van een beperkt aantal maten, en alleen wanneer het contrast vrij hoog is.,

alles bij elkaar genomen tonen de bevindingen aan dat er geen enkele kritische periode is die de visie bepaalt, zegt Amy Kalia, een postdoctorale fellow met Sinha. “Is visie herstelbaar of niet,” zegt ze, “is een complexer verhaal.,”

Training kan de Prakash kinderen helpen meer visuele functie te herstellen, zegt Uri Polat, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Tel Aviv in Israël. “Het raam gaat niet dicht”, zegt hij. “Het wordt minder gevoelig.in 2004 toonde Polat als eerste aan dat training het gezichtsvermogen kan herstellen bij volwassenen met amblyopie of luie ogen. Een lui oog voorkomt normale ontwikkeling van de visuele cortex tijdens de vroege kinderjaren. Patiënten hebben een verminderd binoculair gezichtsvermogen, evenals een slechte scherpte en contrastgevoeligheid; het verminderde gezichtsvermogen werd als onomkeerbaar beschouwd na de leeftijd van 10 jaar., Polat liet patiënten kijken naar een computerscherm met variaties op een Gabor-Patchbeeld, dat wazige zwart-witte patronen heeft die veranderen in grootte en contrast. Na slechts een maand training hadden zijn patiënten een betere scherpte en contrastgevoeligheid.

Amedi is het ermee eens dat training de sleutel is, maar vindt dat het ook aanraking en geluid moet omvatten—zintuigen waarop blinde mensen vertrouwen om door de wereld te navigeren. Zijn onderzoek heeft aangetoond dat om geluid of aanraking te interpreteren, ze vertrouwen op Delen van hun visuele cortex normaal gewijd aan het gezichtsvermogen., Bijvoorbeeld, ze gebruiken hetzelfde deel van de hersenen voor braille dat de ziende gebruiken voor het lezen. Project Prakash is van plan om volgend jaar een residentiële school te openen om kinderen te rehabiliteren en te onderwijzen na cataractchirurgie met behulp van fysieke oefeningen en multisensorische ervaringen.

uiteindelijk wil het Prakash-team onthullen hoe het herstellen van het gezichtsvermogen de visuele cortex verandert. Ze beginnen veranderingen in de hersenen te onderzoeken met fMRI.

wanneer ze de visuele cortex van een patiënt voor en 2 dagen na de operatie in beeld brengen, lijken verschillende delen van de cortex synchroon te werken., “Dus als je hoge activiteit hebt in een deel van de cortex, zul je vergelijkbare activiteit hebben in een ander deel van de cortex,” zegt Sinha. “Het is alsof veel van de visuele cortex samen pulseert.”

echter, slechts een paar maanden na de operatie, begint het fMRI beeld te veranderen. Verschillende gebieden van de visuele cortex lichten verschillend op, wat wijst op een taakverdeling. Foto ‘ s van menselijke gezichten getoond aan patiënten, bijvoorbeeld, activeren een gebied van de cortex bekend om te reageren op gezichten in normaal ziende mensen.

” Het is heel logisch, ” zegt Amedi., “Wanneer ze beginnen met het verwerken van visuele informatie, kunnen ze geen taken uitvoeren. Ze kunnen een object niet identificeren, een persoon. Het is allemaal dezelfde onzin voor hen.”Maar naarmate de tijd verstrijkt, en de hersenen leren om objecten, vormen en gezichten te onderscheiden, beginnen verschillende gebieden van de visuele cortex zich te specialiseren.

Sinha, bijvoorbeeld, verwachtte deze veranderingen in de hersenen niet. “Ik was verbaasd over hoeveel, hoe groot de veranderingen zijn en hoe snel het gebeurt, en hoe laat in het leven het kan gebeuren,” zegt hij. Hij had ook niet verwacht dat de gusher van de resultaten van het project heeft gegenereerd., “Ik was bang dat het werken met vrij oude kinderen, we ons op een mislukking voorbereidden.”In plaats daarvan heeft het project honderden jongeren zoals Yadav in het licht gebracht—terwijl het gebied van visuele neurowetenschappen ook in een nieuw licht wordt geplaatst.

zie onze diavoorstelling over Project Prakash.

luister naar een podcast met auteur Rhitu Chatterjee.

---