caractéristique: donner la vue aux aveugles éclaire les secrets du cerveau
leurs études récentes montrent que l’expérience n’est pas critique pour certaines fonctions visuelles. Au lieu de cela, le cerveau semble être pré-câblé pour interpréter au moins certains aspects simples du monde visuel. Les preuves proviennent de tests d’illusions visuelles qui aident également à régler un débat de longue date sur les raisons pour lesquelles le cerveau interprète mal certains types d’images.,
lorsque notre perception d’une image diffère de la réalité, nous éprouvons une illusion visuelle. Certains neuroscientifiques pensent que le câblage inné de notre cerveau est responsable des illusions; d’autres pensent qu’ils sont le produit de l’apprentissage. Résoudre ce débat s’est avéré difficile, dit Susana Martinez-Conde, neuroscientifique à L’Université D’État de New York Downstate Medical Center qui étudie les illusions. ” Les bébés ne peuvent pas rendre compte de leur expérience visuelle », dit-elle. « Et il ne serait pas éthique de priver un bébé d’expérience visuelle pour tester cela., »La réponse était” n’importe qui », dit—elle-jusqu’à ce que le projet Prakash commence à étudier les enfants nouvellement voyants, dont la vision, une fois acquise, est proche de celle d’un nouveau-né.
en 2010 et 2011, L’équipe de Sinha a choisi neuf enfants parmi ceux sur le point de subir une chirurgie de la cataracte. Les sujets étaient aveugles depuis leur naissance, selon les parents et les chirurgiens de L’Hôpital Shroff Charity Eye. Peu de temps après que leurs bandages ont été enlevés, les scientifiques leur ont montré L’illusion de Ponzo., Démontrée pour la première fois il y a plus d’un siècle, cette illusion implique généralement des lignes convergeant vers l’horizon (comme les voies ferrées) et deux courtes lignes parallèles les traversant. Bien que les lignes horizontales soient identiques, celle plus proche de l’horizon semble plus longue.
l’explication dominante de L’illusion de Ponzo est qu’elle est le résultat de l’expérience du cerveau interprétant les images 2D comme des scènes 3D, les éléments individuels des images étant perçus comme étant à différentes profondeurs et distances., ” Cet apprentissage nous amène à associer ces deux lignes identiques dans cette illusion comme étant à deux distances différentes de nous », explique Sinha. Le cerveau interprète la ligne la plus proche de l’horizon apparent comme plus éloignée et donc plus longue que l’autre ligne identique.
l’IRM Fonctionnelle montre l’activité dans le cortex visuel d’un nouveau voyants Prakash patient qui commence à percevoir les visages humains., Les enfants de Prakash apprennent progressivement à utiliser la même région du cortex qui prend en charge la perception du visage chez les personnes ayant une vision normale.
Project Prakash
Si L’illusion Ponzo était le résultat d’un apprentissage visuel, les enfants Prakash ne tomberaient pas sous le charme. Mais à la surprise de l’équipe, les enfants étaient tout aussi sensibles à L’illusion de Ponzo que les sujets témoins ayant une vision normale: ils trouvaient toujours la ligne plus proche de l’horizon plus longtemps, a rapporté L’équipe dans Current Biology en mai.,
Les enfants ont également craqué pour L’illusion Müller-Lyer, une paire de lignes avec des pointes de flèches aux deux extrémités; une série de pointes de flèches pointe vers l’extérieur, l’autre vers l’intérieur vers la ligne. La ligne avec les pointes de flèches vers l’intérieur semble plus longue. ” Tout ce que nous pouvons dire sur la base de ces résultats, c’est que ce n’est pas de l’expérience », dit Sinha. « C’est quelque chose d’autre. Il est probablement motivé par des facteurs très simples dans l’image auxquels le cerveau est probablement naturellement programmé pour répondre. »
Martinez-Conde est prêt à deviner comment fonctionne L’illusion de Müller-Lyer., Ses recherches passées ont montré que nos yeux ont tendance à remarquer les coins plus que les lignes droites. Peut-être, dit-elle, que notre cerveau se concentre sur les coins des pointes de flèches vers l’extérieur, ce qui rend la ligne entre elles plus courte que la ligne avec les pointes de flèches vers l’intérieur. « Mais cela devrait être pris avec un gros grain de sel parce que je n’ai aucune donnée pour le prouver. »
quel que soit le mécanisme, la nouvelle étude ajoute à des preuves croissantes” que nous ne sommes pas des ardoises Vierges quand nous sommes nés », dit Martinez-Conde., D’autres preuves proviennent d’une étude récente d’Amir Amedi, neuroscientifique à l’Université Hébraïque de Jérusalem, et de collègues dans lesquels ils ont utilisé l’IRMf pour comparer le cortex visuel des personnes congénitalement aveugles à celui des personnes ayant une vision normale. Ils ont constaté que l’organisation de base du cortex visuel des personnes congénitalement aveugles est similaire à celle des personnes normalement voyantes, et les deux ont des connexions similaires entre différentes parties du cortex. Cela signifie que » nous sommes nés avec cette machine pour voir que d’une manière ne nécessite pas d’expérience visuelle pour émerger”, explique Amedi., « Le système visuel est livré avec certaines connexions et biais de calcul. »
un tel précâblage peut aider les enfants Prakash à acquérir une vision fonctionnelle dans les mois qui suivent la chirurgie, spécule Amedi. Mais l’expérience et l’apprentissage semblent jouer un rôle plus important dans l’acquisition visuelle. ” Il existe de plus en plus de preuves que les cerveaux adultes peuvent changer de structure et de fonction », explique Brigitte Roeder, neuropsychologue à l’Université de Hambourg en Allemagne., Par exemple, des études ont montré que les adultes qui jouent régulièrement à des jeux vidéo d’action deviennent meilleurs à certaines tâches visuelles, comme lire les petits caractères sur une bouteille de prescription ou suivre plusieurs amis se déplaçant dans une foule.
plus pertinent pour les enfants Prakash est la capacité de créer une image mentale d’un espace 3D. ” L’imagerie spatiale est très importante dans nos vies », explique Tapan Gandhi, membre de L’équipe de Prakash, neuroscientifique à L’Institut indien de technologie de Delhi, à New Delhi. « Si je vous demande, pensez à votre cuisine, où vous avez gardé quoi, vous pouvez le visualiser., Ceci est très important pour notre vie quotidienne. »Mais les aveugles ne sont pas habiles à imaginer des espaces. Lorsqu’ils sont testés pour cette capacité en utilisant une matrice et des chevilles mobiles, les enfants Prakash avant la chirurgie fonctionnent mal par rapport aux personnes normalement voyantes, dit Gandhi. Peu de temps après la chirurgie, cependant, ils commencent à s’améliorer aux tâches d’imagerie spatiale. La Vision doit être cruciale pour aider le cerveau à créer des cartes mentales des espaces, dit-il., Et le cerveau n’a pas de fenêtre critique pour cette capacité, ou la fenêtre reste ouverte beaucoup plus tard dans la vie, ont rapporté Gandhi et ses collègues dans le numéro de 12 March 2014 de Psychological Science.
l’équipe a trouvé une adaptabilité similaire dans la capacité de distinguer un visage humain des images facelike. Peu de temps après la chirurgie, les patients de Prakash ne peuvent pas faire la différence. Cela aussi contredit le dogme: la prise de tête sur les visages est une capacité visuelle que les scientifiques pensent innée. Mais après quelques semaines, les nouveaux voyants peuvent identifier un visage humain et commencer à reconnaître différents visages., L’équipe a également constaté que leurs patients apprennent rapidement à connecter le toucher à la vue. En d’autres termes, ils sont bientôt capables de reconnaître les objets qu’ils ont touchés les yeux bandés lorsqu’ils voient ces objets à distance.
Mais la plasticité a ses limites. Collignon et ses collègues ont étudié un groupe D’adultes au Canada qui sont nés avec des cataractes mais ont subi une chirurgie corrective avant l’âge de 1 an. Malgré au moins 2 décennies de vue restaurée, chaque individu avait une vision légèrement altérée., Leur perception 3D et leur capacité à détecter les mouvements ont également été compromises, selon des résultats non publiés. Les chercheurs ont constaté que les cerveaux de ces individus semblent être câblés différemment: Contrairement aux personnes normalement voyantes, leurs Cortex visuels traitent également le son, ils ont rapporté en août dans Current Biology.
« ce qui est vraiment frappant ici, c’est que nous parlons de personnes qui sont privées pendant quelques semaines à quelques mois, mais cela conduit à une réorganisation de longue date du cerveau pour répondre davantage au son”, explique Collignon., Les patients de Prakash, qui sont aveugles pendant des années, sont également susceptibles d’avoir leur cortex visuel réorganisé, dit-il, ce qui pourrait entraver le rétablissement. « Ils ont une trace de leur passé , et leur passé est la cécité”, dit-il. « Ces personnes ne pourront jamais récupérer la vision comme quelqu’un qui a déjà vu. »
Les conclusions de Sinha le confirment. Les patients de Prakash ne développent pas une vision aussi nette que celle des personnes normalement voyantes. « malgré le suivi de ces enfants pendant plusieurs années, nous ne trouvons pas de progression de l’acuité vers la normalité”, explique Sinha., Cela suggère une fenêtre critique pour l’acuité qui se ferme quelque temps avant qu’ils tournent 8—le plus jeune âge Prakash a jusqu’à présent traité.
Les expériences de Yadav sont typiques. « Je peux lire les titres des journaux avec mes lunettes”, dit-il. Mais 4 ans après son opération, il a encore du mal à lire les plus beaux imprimés dans les journaux et les livres.
la fenêtre semble également se fermer tôt pour la sensibilité au contraste: la capacité de discerner les contrastes, les nuances et les motifs, l’une des fonctions les plus élémentaires de la vision., Dans un test, L’équipe de Sinha montre aux enfants Prakash quatre motifs – une maison, un carré, une pomme et un cercle—et leur demande d’identifier les motifs à mesure qu’ils changent de taille et de contraste. Les personnes ayant une vision normale peuvent détecter ces motifs pour une gamme de tailles, si le contraste est supérieur à un certain seuil. Pour les enfants de Prakash, leur sensibilité au contraste s’améliore considérablement jusqu’à plusieurs mois après la chirurgie, mais n’atteint jamais des niveaux normaux. Ils restent bloqués à détecter une gamme limitée de tailles, et seulement lorsque le contraste est assez élevé.,
Manoj Yadav vélo à leur travail à Gorakhpur, Inde. « Je peux faire du vélo, même dans un marché bondé,” dit-il.
Graham Crouch
pris ensemble, les résultats démontrent qu’il n’y a pas de période critique unique régissant la vision, dit Amy Kalia, une boursière postdoctorale avec Sinha. ” La vision est-elle récupérable ou non », dit-elle, » est une histoire plus complexe., »
la formation pourrait aider les enfants de Prakash à récupérer plus de fonctions visuelles, explique Uri Polat, neuroscientifique à L’Université de Tel Aviv en Israël. ” La fenêtre ne se ferme pas », dit-il. « Il devient de moins en moins sensible. »
en 2004, Polat a été le premier à montrer que l’entraînement peut restaurer la vue chez les adultes atteints d’amblyopie, ou œil paresseux. Un œil paresseux empêche le développement normal du cortex visuel pendant la petite enfance. Les Patients ont une vision binoculaire altérée, ainsi qu’une mauvaise acuité et une sensibilité au contraste; la diminution de la vue a été considérée comme irréversible après l’âge de 10 ans., Polat a demandé aux patients de regarder un écran d’ordinateur avec des variations d’une image de Patch Gabor, qui a des motifs en noir et blanc flous qui changent de taille et de contraste. Après seulement un mois d’entraînement, ses patients avaient une meilleure acuité et une meilleure sensibilité au contraste.
Amedi convient que la formation est la clé, mais pense qu’elle devrait impliquer le toucher et le son, aussi—les sens sur lesquels les aveugles comptent pour naviguer dans le monde. Ses recherches ont montré que pour interpréter le son ou le toucher, ils s’appuient sur des parties de leur cortex visuel normalement dédiées à la vision., Par exemple, ils utilisent la même partie du cerveau pour le braille que les voyants utilisent pour la lecture. Le projet Prakash prévoit ouvrir un pensionnat l’an prochain pour réhabiliter et éduquer les enfants après une chirurgie de la cataracte en utilisant des exercices physiques et des expériences multisensorielles.
en fin de compte, L’équipe Prakash veut révéler comment la restauration de la vision modifie le cortex visuel. Ils commencent à sonder les changements dans le cerveau avec IRMf.
lorsqu’ils imaginent le cortex visuel d’un patient avant et 2 jours après la chirurgie, différentes zones du cortex semblent fonctionner en synchronisation., « Donc, si vous avez une activité élevée dans une partie du cortex, vous aurez une activité similaire dans une autre partie du cortex,” Sinha dit. « C’est comme si une grande partie du cortex visuel pulsait ensemble. »
cependant, quelques mois seulement après la chirurgie, l’image de l’IRMf commence à changer. Différentes régions du cortex visuel s’allument différemment, suggérant une division du travail. Les images de visages humains montrées aux patients, par exemple, activent une zone du cortex connue pour répondre aux visages chez les personnes ayant une vision normale.
« cela a beaucoup de sens”, dit Amedi., « Lorsqu’ils commencent à traiter des informations visuelles, ils ne peuvent pas effectuer de tâches. Ils ne peuvent pas identifier un objet, une personne. C’est tout de même un non-sens pour eux. »Mais au fil du temps, et le cerveau apprend à distinguer les objets, les formes et les visages, différentes zones du cortex visuel commencent à se spécialiser.
Sinha, pour sa part, ne s’attendait pas à ces changements dans le cerveau. « J’ai été étonné de voir à quel point les changements sont massifs, à quelle vitesse ils se produisent et à quel point ils peuvent arriver tard dans la vie”, dit-il. Il ne s’attendait pas non plus à l’explosion des résultats que le projet a générés., « Je craignais que de devoir travailler avec des enfants assez âgés, nous nous préparions à l’échec. »Au lieu de cela, le projet a amené des centaines de jeunes comme Yadav dans la lumière—tout en mettant le domaine des neurosciences visuelles sous un nouveau jour.
Voir notre diaporama sur le Projet Prakash.
écoutez un podcast avec L’auteur Rhitu Chatterjee.