cecha: dawanie niewidomym wzroku oświeca tajemnice mózgu

ich ostatnie badania pokazują, że doświadczenie nie jest krytyczne dla niektórych funkcji wzrokowych. Zamiast tego mózg wydaje się być prewirowany do interpretacji przynajmniej niektórych prostych aspektów świata wizualnego. Dowody pochodzą z testów iluzji wizualnych, które pomagają również rozstrzygnąć długotrwałą debatę o tym, dlaczego mózg błędnie interpretuje poszczególne rodzaje obrazów.,

Kiedy nasze postrzeganie obrazu różni się od rzeczywistości, doświadczamy wizualnej iluzji. Niektórzy neurolodzy uważają, że wrodzone okablowanie naszego mózgu jest odpowiedzialne za iluzje; inni uważają, że są one produktem uczenia się. Rozwiązanie tej debaty okazało się trudne, mówi Susana Martinez-Conde, neurobiolog z State University of New York Downstate Medical Center, która studiuje iluzje. „Dzieci nie mogą raportować o doświadczeniach wizualnych” – mówi. „I nie byłoby etycznym pozbawianie dziecka doświadczenia wizualnego, aby to przetestować.,”Odpowiedź brzmiała ” ktokolwiek zgaduje”, mówi-dopóki projekt Prakash nie zaczął badać nowo widzących dzieci, których wzrok, gdy po raz pierwszy został nabyty, jest bliski nowonarodzonemu.

w 2010 i 2011 roku zespół Sinha wybrał dziewięcioro dzieci z tych, którzy mają przejść operację zaćmy. Według rodziców i chirurgów z Shroff Charity Eye Hospital osoby te były niewidome od urodzenia. Wkrótce po usunięciu bandaży naukowcy pokazali im iluzję Ponzo., Po raz pierwszy pokazana ponad sto lat temu, iluzja ta zazwyczaj obejmuje linie zbiegające się na horyzoncie (jak tory kolejowe) i dwie krótkie równoległe linie przecinające je. Chociaż linie poziome są identyczne, ta bliżej horyzontu wygląda na dłuższą.

dominującym wyjaśnieniem iluzji Ponzo jest to, że jest ona wynikiem doświadczenia mózgu interpretującego obrazy 2D jako sceny 3D, przy czym poszczególne elementy obrazów postrzegane są na różnych głębokościach i odległościach., „To uczenie się prowadzi nas do skojarzenia tych dwóch identycznych linii w tej iluzji jako bycia w dwóch różnych odległościach od nas”, wyjaśnia Sinha. Mózg interpretuje linię bliżej pozornego horyzontu jako oddaloną, a więc dłuższą od drugiej identycznej linii.

gdyby iluzja Ponzo była wynikiem uczenia się wizualnego, dzieci Prakash nie dałyby się na to nabrać. Ale ku zaskoczeniu zespołu, dzieci były tak samo podatne na iluzję Ponzo, jak osoby kontrolne z normalnym wzrokiem: konsekwentnie znajdowali linię bliżej horyzontu dłużej, zespół poinformował w Current Biology w maju.,

dzieci też wpadły na iluzję Müllera-Lyera, parę linii z grotami na obu końcach; jeden zestaw grotów wskazuje na zewnątrz, drugi do wewnątrz w kierunku linii. Linia z grotami do wewnątrz wydaje się dłuższa. „Wszystko, co możemy powiedzieć na podstawie tych wyników, to to, że nie jest to doświadczenie”, mówi Sinha. „To coś innego. To prawdopodobnie jest napędzane przez bardzo proste czynniki w obrazie, że mózg jest prawdopodobnie wrodzony zaprogramowany, aby reagować.”

Martinez-Conde chętnie zgadnie, jak działa iluzja Müllera-Lyera., Jej wcześniejsze badania wykazały, że nasze oczy mają tendencję do zauważania narożników bardziej niż linii prostych. Być może, mówi, nasz mózg skupia się na rogach zewnętrznych grotów strzałek, dzięki czemu linia między nimi wygląda na krótszą niż linia z wewnętrznymi grotami strzałek. „Ale to powinno być brane z dużą dozą soli, ponieważ nie mam żadnych danych, aby to udowodnić.”

, Inne dowody pochodzą z niedawnego badania Amira Amediego, neurobiologa z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, w którym wykorzystali fMRI do porównania kory wzrokowej wrodzonych niewidomych osób z normalnie widzącymi. Okazało się, że podstawowa organizacja kory wzrokowej wrodzonych niewidomych jest podobna do normalnie widzących i obie mają podobne połączenia między różnymi częściami kory. Oznacza to, że „rodzimy się z tą maszynerią, aby widzieć, że w sposób nie wymaga wizualnego doświadczenia”, mówi Amedi., „System wizualny ma pewne powiązania i ograniczenia obliczeniowe.”

takie PREWIROWANIE może pomóc dzieciom w uzyskaniu funkcjonalnego wzroku w miesiącach po operacji-spekuluje Amedi. Ale doświadczenie i nauka wydają się odgrywać większą rolę w akwizycji wizualnej. „Istnieje coraz więcej dowodów na to, że dorosłe mózgi mogą zmieniać strukturę i funkcję”, mówi Brigitte Roeder, neuropsycholog z Uniwersytetu w Hamburgu w Niemczech., Na przykład badania wykazały, że dorośli, którzy regularnie grają w gry akcji, stają się lepsi w niektórych zadaniach wizualnych, takich jak czytanie drobnym drukiem na butelce na receptę lub śledzenie kilku przyjaciół poruszających się w tłumie.

bardziej istotna dla dzieci jest umiejętność tworzenia mentalnego obrazu przestrzeni 3D. „Obrazy przestrzenne są bardzo ważne w naszym życiu”, mówi Tapan Gandhi, członek zespołu Prakash, neurobiolog z indyjskiego Instytutu Technologii w Delhi w New Delhi. „Jeśli cię zapytam, pomyśl o swojej kuchni, gdzie trzymałeś co, możesz to sobie wyobrazić., Jest to bardzo ważne dla naszego codziennego życia.”Ale niewidomi nie są biegli w wyobrażaniu sobie przestrzeni. Podczas badania tej zdolności przy użyciu matrycy i ruchomych kołków, dzieci Prakash przed zabiegiem wypadają słabo w porównaniu z osobami normalnie widzącymi, mówi Gandhi. Wkrótce jednak po operacji zaczynają poprawiać się w zadaniach związanych z obrazowaniem przestrzennym. Wizja musi być kluczowa dla pomagania mózgowi w tworzeniu mentalnych map przestrzeni, mówi., A mózg albo nie ma krytycznego okna dla tej zdolności, albo okno pozostaje otwarte do znacznie później w życiu, Gandhi i współpracownicy poinformowali w numerze 12 marca 2014 Nauk Psychologicznych.

zespół znalazł podobne zdolności adaptacyjne w zdolności odróżniania ludzkiej twarzy od obrazów twarzy. Wkrótce po operacji pacjenci Prakash nie mogą odróżnić. To też przeczy dogmatowi: Homing in na twarzach jest jedną zdolność wizualną, że naukowcy uważają, że jest wrodzona. Ale po kilku tygodniach nowo widzący mogą zidentyfikować ludzką twarz i zacząć rozpoznawać różne twarze., Zespół odkrył również, że ich pacjenci szybko uczą się łączyć dotyk ze wzrokiem. Innymi słowy, wkrótce są w stanie rozpoznać obiekty, których dotykali z zawiązanymi oczami, gdy widzą te obiekty z daleka.

ale plastyczność ma swoje granice. Collignon i jego koledzy badali grupę dorosłych w Kanadzie, którzy urodzili się z zaćmą, ale mieli operację korekcyjną przed ukończeniem 1 roku życia. Pomimo co najmniej dwóch dekad przywróconego wzroku, każdy osobnik miał nieznacznie upośledzony wzrok., Ich percepcja 3D i ich zdolność do wykrywania ruchu również zostały naruszone, zgodnie z niepublikowanymi wynikami. Naukowcy odkryli, że mózgi tych osób wydają się być przewodowe inaczej: w przeciwieństwie do normalnie widzących ludzi, ich kory wzrokowe również przetwarzają dźwięk, donoszą w sierpniu w Current Biology.

„to, co jest naprawdę uderzające, to to, że mówimy o ludziach, którzy są pozbawieni przez kilka tygodni do kilku miesięcy, ale prowadzi to do długotrwałej reorganizacji mózgu, aby reagować bardziej na dźwięk”, mówi Collignon., U pacjentów, którzy od lat są ślepi, prawdopodobnie nastąpi reorganizacja kory wzrokowej, co może utrudnić rekonwalescencję. „Mają ślad swojej przeszłości, a ich przeszłością jest ślepota” – mówi. „Ci ludzie nigdy nie będą w stanie odzyskać wzroku, jak ktoś, kto widział wcześniej.”

ustalenia Sinha potwierdzają to. Pacjenci z Prakash nie rozwijają wzroku tak ostrego, jak zwykle widzący ludzie. „pomimo podążania za tymi dziećmi przez kilka lat, nie znajdujemy progresji ostrości do normalności”, mówi Sinha., To sugeruje krytyczne okno na ostrość, które zamyka się jakiś czas przed ukończeniem 8 roku życia-najmłodszy do tej pory Prakash leczył.

doświadczenia Yadava są typowe. „Mogę czytać nagłówki gazet w okularach”, mówi. Ale 4 lata od jego operacji, nadal ma problemy z czytaniem drobniejszych druków w gazetach i książkach.

okno wydaje się również zamykać wcześnie dla wrażliwości na kontrast: umiejętność rozpoznawania kontrastów, odcieni i wzorów, jednej z najbardziej podstawowych funkcji widzenia., W jednym teście zespół Sinha pokazuje dzieciom Prakash cztery wzory-Dom—kwadrat, jabłko i koło—i prosi je o zidentyfikowanie wzorów, gdy zmieniają rozmiar i kontrast. Zwykle osoby widzące mogą wykryć te wzory dla różnych rozmiarów, jeśli kontrast jest powyżej określonego progu. W przypadku dzieci Prakash ich wrażliwość kontrastu znacznie poprawia się nawet do kilku miesięcy po zabiegu, ale nigdy nie osiąga normalnego poziomu. Pozostają one zablokowane w wykrywaniu ograniczonego zakresu rozmiarów i tylko wtedy, gdy kontrast jest dość wysoki.,

zebrane razem ustalenia pokazują, że nie ma jednego krytycznego okresu rządzącego wizją, mówi Amy Kalia, Postdoctoral kolega z Sinha. „Czy wizja jest możliwa do odzyskania, czy nie”, mówi, „to bardziej złożona historia.,”

szkolenie może pomóc dzieciom Prakash odzyskać więcej funkcji wizualnych, mówi Uri Polat, neurobiolog z Uniwersytetu w Tel Awiwie w Izraelu. „Okno się nie zamyka”, mówi. „Staje się mniej wrażliwy.”

w 2004 roku Polat jako pierwszy pokazał, że trening może przywrócić wzrok u dorosłych z niedowidzeniem lub leniwym okiem. Leniwe oko zapobiega normalnemu rozwojowi kory wzrokowej we wczesnym dzieciństwie. Pacjenci mają zaburzenia widzenia obuocznego, a także słabą ostrość i wrażliwość na kontrast; zmniejszenie wzroku uznano za nieodwracalne po ukończeniu 10 roku życia., Polat patrzył na ekran komputera z wariantami obrazu Gabor Patch, który ma rozmyte czarno-białe wzory, które zmieniają rozmiar i kontrast. Po zaledwie miesiącu treningu jego pacjenci mieli lepszą ostrość i wrażliwość na kontrast.

Amedi zgadza się, że trening jest kluczowy, ale uważa, że powinien obejmować również dotyk i dźwięk—zmysły, na których niewidomi polegają, aby poruszać się po świecie. Jego badania wykazały, że interpretacja dźwięku lub dotyku opiera się na częściach kory wzrokowej, które zwykle są przeznaczone do widzenia., Na przykład, używają tej samej części mózgu do braille ' a, której widzowie używają do czytania. Projekt Prakash planuje w przyszłym roku otworzyć szkołę mieszkaniową, aby rehabilitować i edukować dzieci po operacji zaćmy za pomocą ćwiczeń fizycznych i doświadczeń multisensorycznych.

Zaczynają badać zmiany w mózgu za pomocą fMRI.

Kiedy obrazują korę wzrokową pacjenta przed i 2 dni po zabiegu, różne obszary kory wydają się działać synchronicznie., „Więc jeśli masz wysoką aktywność w jednej części kory, będziesz miał podobną aktywność w innej części kory”, mówi Sinha. „To tak, jakby duża część kory wzrokowej pulsowała razem.”

jednak już kilka miesięcy po operacji obraz fMRI zaczyna się zmieniać. Różne obszary kory wzrokowej świecą się różnie, co sugeruje podział pracy. Zdjęcia ludzkich twarzy pokazywane pacjentom, na przykład, aktywują obszar kory, o którym wiadomo, że reaguje na twarze u osób normalnie widzących.

„To ma sens” – mówi Amedi., „Kiedy zaczynają przetwarzać informacje wizualne, nie mogą wykonywać zadań. Nie mogą zidentyfikować przedmiotu, osoby. Dla nich to wszystko jest takie same nonsensy.”Ale w miarę upływu czasu, a mózg uczy się rozróżniać przedmioty, kształty i twarze, różne obszary kory wzrokowej zaczynają się specjalizować.

Sinha, na przykład, nie spodziewał się tych zmian w mózgu. „Byłem zdumiony tym, jak bardzo, jak ogromne są te zmiany i jak szybko się to dzieje i jak późno w życiu może się to zdarzyć”, mówi. Nie spodziewał się też, że projekt przyniesie więcej rezultatów., „Martwiłam się, że pracując z dość starymi dziećmi, przygotowywaliśmy się do porażki.”Zamiast tego, projekt przyniósł setki młodych ludzi, takich jak Yadav w świetle-jednocześnie stawiając pole neuronauki wizualnej w nowym świetle, jak również.

Zobacz nasz pokaz slajdów O Projekcie Prakash.

Posłuchaj podcastu z autorem Rhitu Chatterjee.

---