Caratteristica: Dare ai ciechi la vista illumina i segreti del cervello

I loro recenti studi dimostrano che l’esperienza non è fondamentale per alcune funzioni visive. Invece, il cervello sembra essere precablato per interpretare almeno alcuni semplici aspetti del mondo visivo. Le prove provengono da test di illusioni visive che stanno anche aiutando a risolvere un dibattito di lunga data sul motivo per cui il cervello interpreta erroneamente particolari tipi di immagini.,

Quando la nostra percezione di un’immagine differisce dalla realtà, sperimentiamo un’illusione visiva. Alcuni neuroscienziati pensano che il cablaggio innato del nostro cervello sia responsabile delle illusioni; altri pensano che siano un prodotto dell’apprendimento. Risolvere questo dibattito si è rivelato difficile, dice Susana Martinez-Conde, un neuroscienziato presso la State University di New York Downstate Medical Center che studia illusioni. “I bambini non possono riferire sull’esperienza visiva”, dice. “E non sarebbe etico privare un bambino di esperienza visiva per testare questo.,”La risposta è stata” ipotesi di nessuno”, dice—fino a quando il Progetto Prakash ha iniziato a studiare i bambini appena vedenti, la cui visione, quando acquisita per la prima volta, è vicina a quella di un neonato.

Nel 2010 e nel 2011, il team di Sinha ha scelto nove bambini tra quelli in procinto di sottoporsi a un intervento di cataratta. I soggetti erano stati ciechi fin dalla nascita, secondo i genitori e i chirurghi dello Shroff Charity Eye Hospital. Poco dopo che le loro bende furono rimosse, gli scienziati mostrarono loro l’illusione del Ponzo., Dimostrata per la prima volta più di un secolo fa, questa illusione comporta tipicamente linee convergenti all’orizzonte (come i binari del treno) e due brevi linee parallele che le attraversano. Sebbene le linee orizzontali siano identiche, quella più vicina all’orizzonte sembra più lunga.

La spiegazione dominante per l’illusione di Ponzo è che è il risultato dell’esperienza del cervello che interpreta le immagini 2D come scene 3D, con i singoli elementi delle immagini percepiti a varie profondità e distanze., ” Questo apprendimento ci porta ad associare queste due linee identiche in questa illusione come a due distanze diverse da noi”, spiega Sinha. Il cervello interpreta la linea più vicina all’orizzonte apparente come più lontana e quindi più lunga dell’altra linea identica.

Se l’illusione di Ponzo fosse il risultato dell’apprendimento visivo, i bambini di Prakash non ci cascerebbero. Ma con sorpresa del team, i bambini erano altrettanto sensibili all’illusione di Ponzo quanto lo erano i soggetti di controllo con visione normale: hanno costantemente trovato la linea più vicina all’orizzonte più a lungo, il team ha riportato in Current Biology a maggio.,

I bambini si innamorarono anche dell’illusione Müller-Lyer, una coppia di linee con punte di freccia su entrambe le estremità; una serie di punte di freccia punta verso l’esterno, l’altra verso l’interno verso la linea. La linea con le punte di freccia verso l’interno sembra più lunga. ” Tutto quello che possiamo dire sulla base di questi risultati è che non è esperienza”, dice Sinha. “È qualcos’altro. Probabilmente è guidato da fattori molto semplici nell’immagine a cui il cervello è probabilmente programmato innatamente per rispondere.”

Martinez-Conde è disposto ad azzardare un’ipotesi su come funziona l’illusione di Müller-Lyer., Le sue ricerche passate hanno dimostrato che i nostri occhi tendono a notare gli angoli più delle linee rette. Forse, dice, il nostro cervello si concentra sugli angoli delle punte di freccia verso l’esterno, rendendo la linea tra loro più corta della linea con le punte di freccia verso l’interno. “Ma questo dovrebbe essere preso con un granello di sale perché non ho dati per dimostrarlo.”

Qualunque sia il meccanismo, il nuovo studio aggiunge alla crescente evidenza “che non siamo liste vuote quando siamo nati”, dice Martinez-Conde., Altre prove provengono da un recente studio di Amir Amedi, neuroscienziato presso l’Università ebraica di Gerusalemme, e colleghi in cui hanno usato fMRI per confrontare la corteccia visiva di individui congenitamente ciechi con quella di quelli normalmente vedenti. Hanno scoperto che l’organizzazione di base della corteccia visiva delle persone congenitamente cieche è simile a quella dei normalmente vedenti, ed entrambi hanno connessioni simili tra le diverse parti della corteccia. Ciò significa che” siamo nati con questa macchina per vedere che in un certo senso non richiede esperienza visiva per emergere”, dice Amedi., “Il sistema visivo è dotato di determinate connessioni e pregiudizi computazionali.”

TALE PRECABLAGGIO PUÒ AIUTARE i bambini Prakash a ottenere una visione funzionale nei mesi successivi all’intervento chirurgico, ipotizza Amedi. Ma l’esperienza e l’apprendimento sembrano giocare un ruolo più importante nell’acquisizione visiva. ” Ci sono crescenti prove che il cervello degli adulti può cambiare struttura e funzione”, afferma Brigitte Roeder, neuropsicologa dell’Università di Amburgo in Germania., Ad esempio, gli studi hanno dimostrato che gli adulti che giocano regolarmente ai videogiochi d’azione diventano migliori in determinate attività visive, come leggere la stampa fine su una bottiglia di prescrizione o tracciare diversi amici che si muovono tra la folla.

Più rilevante per i bambini Prakash è la capacità di creare un’immagine mentale di uno spazio 3D. ” Le immagini spaziali sono molto importanti nelle nostre vite”, afferma Tapan Gandhi, membro del team Prakash, neuroscienziato presso l’Indian Institute of Technology di Delhi, a Nuova Delhi. “Se ti chiedo, pensa alla tua cucina, dove hai tenuto cosa, puoi visualizzarlo., Questo è molto importante per la nostra vita quotidiana.”Ma i ciechi non sono abili nell’immaginare gli spazi. Quando testato per questa capacità utilizzando una matrice e pioli mobili, i bambini Prakash prima dell’intervento chirurgico eseguire male rispetto alle persone normalmente vedenti, Gandhi dice. Subito dopo l’intervento chirurgico, tuttavia, iniziano a migliorare le attività di immagini spaziali. La visione deve essere fondamentale per aiutare il cervello a creare mappe mentali degli spazi, dice., E il cervello o non ha una finestra critica per questa capacità, o la finestra rimane aperta fino a molto più tardi nella vita, Gandhi e colleghi hanno riferito nel numero di 12 March 2014 di Psychological Science.

Il team ha trovato una simile adattabilità nella capacità di distinguere un volto umano dalle immagini facciali. Subito dopo l’intervento chirurgico, i pazienti Prakash non possono dire la differenza. Anche questo contraddice dogma: Homing in sui volti è una capacità visiva che gli scienziati pensano è innata. Ma dopo alcune settimane, il neo-vedente può identificare un volto umano e iniziare a riconoscere volti diversi., Il team ha anche scoperto che i loro pazienti imparano rapidamente a collegare il tatto con la vista. In altre parole, sono presto in grado di riconoscere gli oggetti che hanno toccato mentre bendati quando vedono quegli oggetti da lontano.

Ma la plasticità ha i suoi limiti. Collignon ei suoi colleghi hanno studiato un gruppo di adulti in Canada che sono nati con la cataratta, ma ha avuto un intervento chirurgico correttivo prima di girare 1. Nonostante almeno 2 decenni di vista restaurata, ogni individuo aveva una visione leggermente compromessa., Anche la loro percezione 3D e la loro capacità di rilevare il movimento sono state compromesse, secondo risultati inediti. I ricercatori hanno scoperto che il cervello di questi individui sembrano essere cablati in modo diverso: a differenza delle persone normalmente vedenti, le loro cortecce visive elaborano anche il suono, hanno riferito in agosto in Current Biology.

“Ciò che colpisce davvero qui è che stiamo parlando di persone che sono private da poche settimane a pochi mesi, ma porta a una riorganizzazione di lunga data del cervello per rispondere di più al suono”, dice Collignon., I pazienti Prakash, che sono ciechi da anni, sono anche suscettibili di avere la loro corteccia visiva riorganizzata, dice, che potrebbe ostacolare il recupero. ” Hanno una traccia del loro passato e il loro passato è cecità”, dice. “Queste persone non saranno mai in grado di recuperare la visione come qualcuno che ha visto prima.”

I risultati di Sinha lo confermano. I pazienti Prakash non sviluppano una visione così acuta come le persone normalmente vedenti. ” Nonostante seguano questi bambini per diversi anni, non troviamo una progressione di acuità alla normalità”, dice Sinha., Ciò suggerisce una finestra critica per l’acuità che si chiude qualche tempo prima che compiano 8 anni—la più giovane età Prakash ha finora trattato.

Le esperienze di Yadav sono tipiche. “Riesco a leggere i titoli dei giornali con gli occhiali”, dice. Ma 4 anni dal suo intervento chirurgico, ha ancora difficoltà a leggere la stampa più fine su giornali e libri.

La finestra sembra anche chiudersi presto per la sensibilità al contrasto: la capacità di discernere contrasti, sfumature e motivi, una delle funzioni più basilari della visione., In un test, il team di Sinha mostra ai bambini Prakash quattro modelli-una casa, un quadrato, una mela e un cerchio—e chiede loro di identificare i modelli man mano che cambiano in dimensioni e contrasto. Normalmente le persone vedenti possono rilevare questi modelli per una gamma di dimensioni, se il contrasto è al di sopra di una certa soglia. Per i bambini Prakash, la loro sensibilità al contrasto migliora significativamente fino a diversi mesi dopo l’intervento chirurgico, ma non raggiunge mai livelli normali. Rimangono bloccati nel rilevare una gamma limitata di dimensioni e solo quando il contrasto è abbastanza alto.,

Presi insieme, i risultati dimostrano che non esiste un singolo periodo critico che governa la visione, afferma Amy Kalia, borsista post-dottorato con Sinha. “La visione è recuperabile o no”, dice, ” è una storia più complessa.,”

La formazione potrebbe aiutare i bambini Prakash recuperare più funzione visiva, dice Uri Polat, un neuroscienziato presso l’Università di Tel Aviv in Israele. ” La finestra non si chiude”, dice. “Diventa meno sensibile.”

Nel 2004, Polat è stato il primo a dimostrare che l’allenamento può ripristinare la vista negli adulti con ambliopia o occhio pigro. Un occhio pigro impedisce il normale sviluppo della corteccia visiva durante la prima infanzia. I pazienti hanno alterato la visione binoculare, così come scarsa acuità e sensibilità al contrasto; la vista diminuita è stata considerata irreversibile dopo i 10 anni., Polat aveva pazienti guardano uno schermo di computer con variazioni di un’immagine Patch Gabor, che ha modelli sfocati in bianco e nero che cambiano in dimensioni e contrasto. Dopo appena un mese di allenamento, i suoi pazienti hanno avuto una migliore acuità e sensibilità al contrasto.

Amedi concorda sul fatto che l’allenamento sia fondamentale, ma pensa che dovrebbe coinvolgere anche il tatto e il suono, i sensi su cui le persone non vedenti si affidano per navigare nel mondo. La sua ricerca ha dimostrato che per interpretare il suono o il tatto, si basano su parti della loro corteccia visiva normalmente dedicate alla visione., Ad esempio, usano la stessa parte del cervello per il braille che i vedenti usano per la lettura. Il progetto Prakash prevede di aprire una scuola residenziale il prossimo anno per riabilitare ed educare i bambini dopo la chirurgia della cataratta utilizzando esercizi fisici ed esperienze multisensoriali.

IN DEFINITIVA, il team di Prakash vuole rivelare come il ripristino della visione altera la corteccia visiva. Stanno cominciando a sondare i cambiamenti nel cervello con fMRI.

Quando immaginano la corteccia visiva di un paziente prima e 2 giorni dopo l’intervento, diverse aree della corteccia sembrano funzionare in sincronia., ” Quindi se hai un’alta attività in una parte della corteccia, avrai un’attività simile in un’altra parte della corteccia”, dice Sinha. “È come se gran parte della corteccia visiva pulsasse insieme.”

Tuttavia, solo un paio di mesi dopo l’intervento chirurgico, l’immagine della fMRI inizia a cambiare. Diverse regioni della corteccia visiva si illuminano in modo differenziato, suggerendo una divisione del lavoro. Immagini di volti umani mostrati ai pazienti, ad esempio, attivano un’area della corteccia nota per rispondere ai volti in persone normalmente vedenti.

“Ha molto senso”, dice Amedi., “Quando iniziano a elaborare le informazioni visive, non possono eseguire attività. Non possono identificare un oggetto, una persona. È la stessa assurdità per loro.”Ma col passare del tempo, e il cervello impara a distinguere oggetti, forme e volti, diverse aree della corteccia visiva iniziano a specializzarsi.

Sinha, per esempio, non si aspettava questi cambiamenti nel cervello. “Sono rimasto stupito da quanto, quanto sono massicci i cambiamenti e quanto velocemente accade, e quanto tardi nella vita può accadere”, dice. Inoltre, non si aspettava il flusso di risultati che il progetto ha generato., “Ero preoccupato che dovendo lavorare con bambini abbastanza grandi, ci stavamo preparando per il fallimento.”Invece, il progetto ha portato alla luce centinaia di giovani come Yadav, mettendo anche il campo delle neuroscienze visive in una nuova luce.

Guarda la nostra presentazione sul Progetto Prakash.

Ascolta un podcast con l’autore Rhitu Chatterjee.

---