– Funksjon: å Gi blinde synet lyser hjernens hemmeligheter

Sine nyere studier viser at erfaring er ikke kritisk for enkelte visuelle funksjoner. I stedet, hjernen ser ut til å være prewired å tolke minst noen enkle sider av den visuelle verden. Bevisene som kommer fra tester av visuelle illusjoner som er bidrar også avgjøre en langvarig debatt om hvorfor hjernen feiltolker bestemte typer bilder.,

Når du vår oppfatning av et bilde som skiller seg fra virkeligheten, opplever vi en visuell illusjon. Noen nevrologer tror det medfødte kabling av hjernen vår er ansvarlig for illusjoner, mens andre mener de er et produkt av læring. For å løse denne debatten har vist seg vanskelig, sier Susana Martinez-Conde, en hjerneforsker ved State University of New York Downstate Medical Center studier som illusjoner. «Babyer ikke kan rapportere om visuell opplevelse,» sier hun. «Og det ville ikke være etisk å frata et barn av visuell opplevelse å teste dette.,»Svaret var «noen som kan gjette,» sier hun,—til Prosjektet Prakash begynte å studere den nylig seende barn, som har som visjon, når de først ble ervervet, er nær en nyfødt er.

I 2010 og 2011, Sinha team plukket ni barn fra de i ferd med å gjennomgå en grå stær operasjon. Fagene hadde vært blind siden fødselen, i henhold til foreldre og kirurger på Shroff Veldedighet Eye Hospital. Snart etter deres bandasjer ble fjernet, forskere viste dem Ponzo illusjon., Første gang påvist mer enn et århundre siden, er dette en illusjon innebærer vanligvis konvergerende linjer på horisonten (som tog sporer) og to korte, parallelle linjer kutte over dem. Selv om de horisontale linjene er identisk med en nærmere horisonten ser lenger.

Den dominerende forklaring for Ponzo illusjonen er at det er et resultat av hjernens erfaring tolke 2D-bilder i 3D-scener, med enkelte elementer av bilder som oppfattes å være på ulike dyp og avstander., «At læring fører oss til å knytte disse to identiske linjer i denne illusjonen som å være i to forskjellige avstander fra oss,» Sinha forklarer. Hjernen tolker linje nærmere den synlige horisonten som lenger unna, og derfor lengre enn den andre identiske linje.

Hvis Ponzo illusjon var resultat av visuell læring, Prakash barn ville ikke falle for det. Men til lagets overraskelse, barna var like utsatt for Ponzo illusjon som var kontroll fag med normalt syn: De gjennomgående funnet linjen nærmere horisonten lenger, team rapportert i Dagens Biologi i Mai.,

barna har også falt for den Müller-Lyer illusjon, et par linjer med pilspisser i begge ender; ett sett av pilspisser poeng utover, den andre innover mot linjen. I tråd med innover pilspisser virker lenger. «Alt vi kan si basert på disse resultatene er at det ikke er erfaring,» Sinha sier. «Det er noe annet. Det er sannsynligvis blir drevet av veldig enkle faktorer i bildet at hjernen er nok medfødt programmert til å reagere på.»

Martinez-Conde er villig til å fare gjette på hvordan Müller-Lyer illusjon fungerer., Hennes tidligere forskning har vist at våre øyne har en tendens til å legge merke til hjørnene mer enn rette linjer. Kanskje, sier hun, hjernen vår fokuserer på hjørnene av den ytre pilspisser, noe som gjør linjen mellom dem ser kortere enn linje med innover pilspisser. «Men dette bør tas med en stor klype salt, fordi jeg ikke har noen data å bevise det.»

Uansett mekanisme, den nye studien legger til økende bevis «på at vi ikke er tom slates når vi er født,» Martinez-Conde sier., Andre bevis kommer fra en fersk studie ved Amir Amedi, en hjerneforsker ved det hebraiske Universitetet i Jerusalem, og kolleger som de brukte fMRI å sammenligne den visuelle cortex av congenitally blind individer med normalt seende seg. De fant at den grunnleggende organiseringen av den visuelle cortex av congenitally blinde er lik som den normalt seende, og begge har lignende sammenhenger mellom ulike deler av cortex. Det betyr at «vi er født med denne maskiner for å se at på en måte som ikke krever visuell opplevelse å dukke opp,» Amedi sier., «Det visuelle systemet kommer med visse forbindelser og beregningsorientert skjevheter.»

SLIKE PREWIRING KAN HJELPE Prakash barn å få et funksjonelt syn i månedene etter operasjonen, Amedi spekulerer. Men erfaring og læring synes å spille en større rolle også i visuell oppkjøp. «Det er økende bevis for at voksne hjerner kan endring i struktur og funksjon, sier Brigitte Roeder, en neuropsychologist ved Universitetet i Hamburg i Tyskland., For eksempel, studier har vist at voksne som regelmessig spille action spill bli bedre på visse visuelle oppgaver, som å lese den fine print på resept flaske eller sporer flere venner som beveger seg gjennom en folkemengde.

Mer relevant for Prakash barn er evnen til å skape et mentalt bilde av en 3D-plass. «Romlige bilder er veldig viktig i våre liv,» sier Prakash medlem av teamet, Tapan Gandhi, en hjerneforsker ved Indian Institute of Technology, Delhi, i New Delhi. «Hvis jeg spør deg, tenke på kjøkkenet ditt, der du har holdt hva kan du visualisere det., Dette er svært viktig for vårt daglige liv.»Men blind folk er ikke flinke til å forestille seg mellomrom. Når det testes for denne muligheten ved hjelp av en matrise og bevegelige knagger, Prakash barn før operasjonen gjør det dårlig sammenlignet med normalt seende mennesker, Gandhi sier. Snart etter operasjonen, men de begynner å forbedre seg på romlige bilder oppgaver. Visjonen må være avgjørende i å hjelpe hjernen lage mentale kart over områder, sier han., Og hjernen enten ikke har en kritisk vindu for denne evnen, eller vinduet forblir åpent før mye senere i livet, Gandhi og kolleger som er rapportert i den 12 Mars 2014 problem for Psykologisk Vitenskap.

laget finnes lignende tilpasningsdyktighet i evnen til å skille et menneskelig ansikt fra facelike bilder. Snart etter operasjonen, Prakash pasienter kan ikke se forskjell. Som for motsier dogme: Homing inn på ansikter er en visuell evne som forskere tror er medfødt. Men etter et par uker, den nylig observert kan identifisere et menneskelig ansikt og begynner å gjenkjenne ulike ansikter., Teamet har også funnet at pasienter raskt lære å koble kontakt med øyne. Med andre ord, de er snart i stand til å gjenkjenne objekter, de rørte mens bind for øynene når de ser disse objektene fra en avstand.

Men plastisitet har sine begrensninger. Collignon og hans kolleger studerte en gruppe av voksne i Canada som ble født med grå stær, men hadde korrigerende kirurgi før de snudde 1. Til tross for minst 2 tiår av synet, hver enkelt hadde litt nedsatt syn., Deres 3D-persepsjon og deres evne til å oppdage bevegelse var også kompromittert, i henhold til upubliserte resultater. Forskerne fant at hjernen til disse personene synes å være kablet annerledes: i Motsetning til normalt seende mennesker, deres visuelle cortexes også behandle lyd, rapporterte de i August i Dagens Biologi.

«Det er virkelig slående her er at vi snakker om folk som er fratatt for noen uker til noen måneder, men det fører til langvarige omorganisering av hjernen til å reagere mer på lyd,» Collignon sier., Prakash pasienter, som er blind for år, er også sannsynlig å ha sin visuelle cortex omorganisert, sier han, som kan hindre recovery. «De har et spor av fortiden sin , og deres siste er blindhet,» sier han. «Disse menneskene vil aldri være i stand til å gjenopprette visjon som noen som har sett før.»

Sinha er funn som bekrefter dette. Den Prakash pasienter ikke utvikle visjon like skarp som normalt seende mennesker er. «Til tross for disse barna i flere år, kan vi ikke finne en progresjon av acuity til normaltilstanden,» Sinha sier., Det tyder på en kritisk vinduet for skarpsyn som stenger en gang før de slår 8—den yngste alder Prakash har så langt behandlet.

Yadav erfaringer er typisk. «Jeg kan lese avisoverskrifter med brillene mine,» sier han. Men 4 år siden operasjonen sin, han har fortsatt problemer med å lese de fine print i aviser og bøker.

vinduet ser også ut til å lukke tidlig for kontrast følsomhet: evnen til å skjelne kontraster, farger og mønstre, en av de mest grunnleggende funksjonene til visjon., I en test, Sinha team viser Prakash barn på fire mønstre—et hus, et kvadrat, et eple, og en sirkel—og ber dem om å identifisere mønstre som de endres i størrelse og kontrast. Normalt seende mennesker kan gjenkjenne disse mønstrene for et utvalg av størrelser, hvis kontrasten er over en viss terskel. For Prakash barn, deres kontrast følsomhet forbedrer betraktelig opp til flere måneder etter operasjonen, men aldri nådd normale nivåer. De blir sittende på å oppdage en begrenset utvalg av størrelser, og bare når kontrasten er ganske stor.,

Tatt sammen, og funnene viser at det er ingen enkel kritisk periode styrende visjon, sier Amy Kalia, en postdoktorstipendiat med Sinha. «Visjon er drivverdig eller ikke,» sier hun, «er en mer kompleks historie.,»

Trening kan hjelpe de Prakash barn gjenopprette mer visuell funksjon, sier Uri Polat, en hjerneforsker ved Tel Aviv University i Israel. «Vinduet ikke stengt, sier han. «Det blir mindre følsom.»

I 2004, Polat var den første til å vise at trening kan gjenopprette synet hos voksne med amblyopi, eller lat øye. Lazy eye hindrer normal utvikling av visuelle cortex i tidlig barndom. Pasienter har nedsatt kikkert vision, samt dårlig skarphet og kontrast følsomhet; redusert syn var anses som irreversible etter fylte 10 år., Polat hadde pasienter ser på en dataskjerm med variasjoner av en Gabor Patch bildet, som har uklare svart-og-hvit mønstre som endring i størrelse og kontrast. Etter bare en måned med trening, hans pasienter hadde bedre skarphet og kontrast følsomhet.

Amedi er enig i at trening er viktig, men mener at det bør involvere berøring og lyd, for—sanser at blinde mennesker er avhengige av å navigere rundt i verden. Hans forskning har vist at å tolke lyd eller berøring, er de avhengige av deler av sin visuelle cortex normalt dedikert til visjon., For eksempel, de bruker den samme delen av hjernen for punktskrift at synshemmede bruke for å lese. Prosjektet Prakash planer om å åpne et boligområde skole neste år for å rehabilitere og utdanne barn etter katarakt kirurgi ved hjelp av fysiske øvelser og multisensorisk erfaringer.

til SLUTT, Prakash team ønsker å avsløre hvordan gjenopprette synet endrer det visuelle cortex. De begynner å undersøke endringer i hjernen med fMRI.

Når de bilde av det visuelle cortex av en pasient før og 2 dager etter operasjonen, i ulike deler av cortex synes å bli arbeider i synkronitet., «Så hvis du har høy aktivitet i en del av cortex, vil du ha lignende aktivitet i en annen del av cortex,» Sinha sier. «Det er som om mye av den visuelle cortex er pulserende sammen.»

Imidlertid bare et par måneder etter operasjonen, fMRI bildet begynner å endre. Ulike regioner av den visuelle cortex lys opp differentially, noe som tyder på en arbeidsdeling. Bilder av ansikter vist til pasienter, for eksempel, må du aktivere et område av cortex kjent for å svare på ansikter i normalt seende mennesker.

«Det gjør mye fornuftig,» Amedi sier., «Når de starter behandling visuell informasjon, de kan ikke utføre oppgaver. De kan ikke identifisere et objekt, en person. Det er alle de samme tull med dem.»Men etter hvert som tiden går, og hjernen lærer å skille objekter, figurer og ansikter ulike områder av den visuelle cortex begynner å spesialisere seg.

Sinha, for én, ikke forvente at disse endringer i hjernen. «Jeg ble overrasket over akkurat hvor mye, hvor massive endringene er, og hvor raskt det skjer, og hvordan sent i livet kan det skje, sier han. Han hadde ikke forvente den gusher av resultater prosjektet har generert., «Jeg var bekymret for at det å ha for å arbeide med relativt gamle barn ble vi sette oss opp for svikt.»I stedet for, prosjektet har ført til hundrevis av unge mennesker som Yadav i lyset—mens du setter innen visuell nevrovitenskap i et nytt lys, så vel.

Se våre slideshow om Prosjektet Prakash.

du vil Lytte til en podcast med forfatteren Rhitu Chatterjee.

---