Пауан Синха за това как мозъкът се учи да вижда

Ако си сляпо дете в Индия, е много вероятно да се наложи да се бориш с поне две лоши новини. Първата лоша новина е, че шансовете да получиш лечение са изключително ниски до никакви, тъй като по-голямата част от програмите за лечение на слепота в страната са съсредоточени върху възрастни и има много, много малко болници, оборудвани да лекуват деца. Всъщност, ако ще те лекуват, в крайна сметка като нищо може да се окаже, че те лекува лице без никакви медицински препоръки, както илюстрира този случай от Раджастан. Това е тригодишно момиченце-сираче, което има катаракти. Възпитателите й я отвели при селския лечител, а той, вместо да им предложи да отведат момиченцето в болница, решил да гори корема й с нажежени до червено железни пръчки, за да прогони демоните. Втората лоша новина ще ви бъде донесена от невролозите, които ще кажат, че ако си на повече от четири или пет години, дори окото ти да се коригира, шансовете мозъкът ти да се научи как да вижда са много, много малки. Отново, слаби или никакви.

Като чух за тези две неща, те дълбоко ме смутиха - както по лични, така и по научни причини. Нека започна първо с личната причина. Ще прозвучи сълзливо, но е искрено. Това е синът ми, Дариус. Като млад баща имах качествено различен усет за това колко са деликатни бебетата, какви са задълженията ни към тях и колко много обич можем да чувстваме към едно дете. Бих преместил планини, за да осигуря лечение за Дариус. И за мен да ми кажат, че може да има други Дариус-ове, които не получават лечение, това е просто дълбоко погрешно. Това е личната причина.

Научната причина е, че това понятие за неврология на критични периоди, че, ако мозъкът е по-възрастен от четири- или петгодишна възраст, той губи способността си да се учи, това не ми изглежда правдоподобно, защото не смятам, че тази идея е била проверена адекватно. Раждането на идеята е от работата на Дейвид Хубел и Торстен Уайзъл, двама изследователи, които били в Харвард и получили Нобелова награда през 1981 г. за проучванията си по визуална психология, които са забележително красиви проучвания, но според мен част от тяхната работа е била екстраполирана в човешката сфера преждевременно. Те работели с котенца, с различни видове режими на лишаване и тези проучвания, които датират от 60-те години, сега се прилагат към човешки деца.

Прецених, че е нужно да се направят две неща. Първо: да се осигурят грижи на децата, които понастоящем са лишени от лечение. Това е хуманитарната мисия. А научната мисия ще бъде да се проверят границите на визуална пластичност. А тези две мисии, както виждате, се преплитат съвършено, едната добавя към другаа. Всъщност, едната би била невъзможна без другата. И така, за да приложа тези мисии-близнаци, преди няколко години започнах проекта "Пракаш". "Пракаш", както знаят много от вас, е общата санскритска дума за светлина и идеята е, че като внасяме светлина в живота на децата, също така имаме възможност да хвърлим светлина върху някои от най-дълбоките мистерии на неврологията. А логото, макар и да изглежда изключително ирландско, всъщност е извлечено от индийския символ на Дия, (лампа за празника на светлината Дивали) Пракаш, общото усилие има три компонента, достигане, за идентифициране на деца, нуждаещи се от грижа, медицинско лечение и последващо проучване. Искам да ви покажа един кратък видеоклип, който илюстрира първите два компонента от тази работа.

Това е станция за достигане, създадена в училище за слепи.

(Текст: Повечето от децата са напълно и постоянно слепи...)

Пауан Синха: Тъй като това е училище за слепи, много деца са с хронични заболявания. Това е случай на микрофталмоза, тоест малформация на очите, и това е постоянно състояние. Не може да се лекува. Това е тежка форма на микрофталмоза, наречена енофталмоза. Но често се натъкваме на деца, които имат остатъчно зрение, а това е много добър знак, че състоянието всъщност може да е лечимо. И така, след скрийнинга водим децата в болницата. Това е болницата, в която работим в Делхи, Благотворителна очна болница "Шроф". Тя има много добре екипиран педиатричен очен център, който стана възможен отчасти с едно дарение от благотворителната организация "Роналд Макдоналд". Така че, яденето на бургери всъщност помага.

(Текст: Такива прегледи ни позволяват да подобрим очното здраве при много деца, и... да ни помогнат да открием деца, които могат да участват в Проекта Пракаш.)

П.С.: И така, като покажа очите на това дете в увеличение, ще видите причината за слепотата му. Бялото, което виждате в средата на зениците му, са вродени катаракти, и оттам непрозрачност на лещата. В очите ни лещата е прозрачна, но при това дете лещата е станала матова, и поради това то не може да вижда света. На детето е осигурено лечение. Ще видите снимки на очите. Ето го окото с непрозрачната леща, непрозрачната леща е извадена и е вмъкната акрилна леща. И ето го същото дете три седмици след операцията, с отворено дясно око.

(Аплодисменти)

Благодаря.

И така, дори от този малък откъс може да се усети, че възстановяването е възможно, сега сме осигурили лечение за над 200 деца и историята се повтаря. След лечението детето придобива значителна функционалност. Всъщност, историята остава вярна, дори ако имате лице, което е прогледнало след няколко години лишение. Преди няколко години издадохме една статия за жената в дясно, документ за системна справка, тя е прогледнала късно в живота си и зрението й е забележително на тази възраст. Трябва да добавя към това един трагичен послепис. Тя почина преди две години при автобусна катастрофа. Нейната история е наистина вдъхновяваща, непозната, но вдъхновяваща история. Когато започнахме да откриваме тези резултати, представяте си, се създаде доста голямо раздвижване в научната и популярната преса. Ето една статия в сп."Nature", очерк за тази работа, и още една в сп. "Time". Така че, бяхме доста убедени, убедени сме, че възстановяването е осъществимо, въпреки продължителната визуална депривация.

Следващият очевиден въпрос е: Какъв е процесът на възстановяване? Според нашия начин на проучване, да кажем, откриваме дете, което има чувствителност към светлината. На детето се осигурява лечение и искам да подчертая, че лечението е напълно безусловно. Няма "танто за танто". Лекуваме много повече деца от тези, с които всъщност работим. Всяко дете, което има нужда от лечение, е лекувано. След лечение, приблизително всяка седмица, детето преминава набор от прости визуални тестове, за да видим как се движат визуалните им умения. Опитваме се да правим това колкото е възможно по-дълго. Тази дъга на развитие ни дава безпрецедентна и изключително ценна информация за това как се създава скеле за зрението. Какви биха могли да са причинните връзки между ранно развиващите се умения и късно развиващите се такива?

Използвали сме този общ подход, за да проучваме много различни визуални умения, но искам да подчертая особено едно, и това е разбор на образ в обекти. Всеки образ от типа, който виждате вляво, бил той реален образ, или синтетичен образ, е съставен от малки региони, които виждате в средната колона, региони от различни цветове, различно светли. Мозъкът има сложната задача да събере, интегрира подмножества от тези региони в нещо, което е по-значимо, в нещо, което бихме смятали за обекти, както виждате вдясно. И никой не знае как се случва тази интеграция. Това е въпросът, който зададохме с проекта "Пракаш".

Ето какво се случва много скоро след проглеждането. Ето едно лице, прогледнало само преди две седмици, и виждате Итън Майерс, дипломант от Масачузетския технологичен институт, да провежда експеримента с него. Неговата визуално-моторна координация е доста лоша, но получавате обща представа какви са регионите, които той се опитва да проследи. Ако му покажете образи от реалния свят, ако покажете на други като него образи от реалния свят, те не са в състояние да разпознаят повечето от обектите, защото за тях светът е свръх-фрагментиран, съставен е от колаж, от кръпки, от региони от различни цветове и яркост. Това е посочено в зелените очертания. Когато ги попиташ, дори ако не можеш да назовеш обектите, просто посочваш къде са обектите. Това са регионите, към които те сочат. Така че, светът е един сложен пачуърк от региони. Дори сянката на топката става отделен обект. Изключително интересно е, че като им дадеш няколко месеца, ето какво се случва.

Лекар: Колко са тези?

Пациент: Това са две неща.

Лекар: Какви са формите им?

Пациент: Формите им... Тази е кръг, а тази е квадрат.

П.С.: Случила се е много драматична трансформация. И въпросът е: Какво лежи в основата на тази трансформация? Това е дълбок въпрос, а дори още по-изумително е колко е прост отговорът. Отговорът е в движението и това искам да ви покажа в следващия клип.

Лекар: Каква форма виждаш тук?

Пациент: Не мога да я различа.

Лекар: А сега?

Пациент: Триъгълник.

Лекар: Колко са тези неща? Сега колко са тези неща?

Пациент: Две.

Лекар: Какви са тези неща?

Пациент: Квадрат и кръг.

П.С.: И виждаме тази схема отново и отново. Единственото, което е нужно на зрителната система, за да започне да прави разбор на света, е динамична информация. И така, заключението, което извличаме от това и няколко такива експеримента е, че тази обработка на динамична информация, или обработка на движение, служи като основа за построяване на останалата част от сложността на визуалната обработка. Тя води до визуална интеграция и в крайна сметка до разпознаване.

Тази проста идея има стигащи далеч последици. Нека само бързо да спомена две. Едната, извлечена от областта на инженерството, и една от клиниката. От гледна точка на инженерството може да попитаме, след като знаем, че движението е толкова важно за човешката визуална система, може ли да използваме това като рецепта за конструиране на основани върху машини зрителни системи, които могат да се учат сами, които не е нужно да се програмират от човешко същество - програмист. И това се опитваме да правим.

Завършил съм МТИ, където е нужно да прилагаш всяко основно познание, което придобиеш. Затова създаваме Дилан, което е изчислителна система с амбициозна цел да поема визуална входяща информация от същия тип, който би приемало едно дете, и автономно да открива какви са обектите в тази визуална входяща информация. Не се притеснявайте за вътрешността на Дилан. Тук ще говоря само за това как тестваме Дилан. Начинът, по който тестваме Дилан, е като му даваме входяща информация, както казах, от същия тип, който би получило едно бебе, или дете от проекта "Пракаш". Но дълго време не можехме съвсем да измислим как можем да получим този вид входяща видеоинформация. Помислих си, не може ли Дариус да служи за носител на бебешката ни камера и по този начин да получим входящата информация, с която захранваме Дилан. това и направихме. (Смях) Наложи се да водя дълги разговори с жена си. (Смях) Всъщност, Пам, ако гледаш това, моля те, прости ми.

Затова, променихме оптиката на камерата с цел да имитира визуалната дейност на бебето. Както някои от вас може да знаят, бебетата се раждат до голяма степен официално слепи. Тяхната проницателност... нашата проницателност е 20/20... проницателността на бебетата е около 20/800, затова гледат света по един много, много мъгляв начин. Ето как изглежда едно видео от бебешка камера.

(Смях) (Аплодисменти)

За щастие, към това няма никакво аудио. Изумителното е, че щом това работи с толкова силно повредена входяща информация, бебето много бързо е в състояние да открива значение във всяка входяща информация. А после, два или три дни по-късно, бебетата започват да обръщат внимание на лицето на майка си или баща си. Как се случва това? Искаме Дилан да може да прави това. И като използва тази мантра за движение, всъщност Дилан може да го прави, макар и като му се въвежда това видео, с продължителност само шест или седем минути Дилан може да започне да извлича мотиви, които включват лица. Това е важна демонстрация за мощта на движението.

Клиничната последица идва от областта на аутизма. Визуалната интеграция е била свързвана с аутизма от няколко изследователи. Като видяхме това, се запитахме: Би ли могло увреждането във визуалната интеграция да е проявата на нещо отвъд недостига на обработка на динамичната информация при аутизма. Защото, ако тази хипотеза е вярна, тя би имала огромен отзвук в нашето разбиране за това какво причинява многото различни аспекти на фенотипа на аутизма.

Онова, което ще видите, са видеоклипове с две деца - едно невротипично, едно с аутизъм, да играят понг. И така, докато детето играе понг, проследяваме накъде гледа то. В червено са проследяванията на очното движение, това е невротипичното дете, и онова, което виждате, е, че детето може да прихваща динамичната информация, за да предвиди накъде ще отиде топката. Дори преди тя да стигне до дадено място, детето вече гледа натам. В контраст с това е дете с аутизъм, играещо същата ира. Вместо да очаква, детето винаги следва къде е била топката. Ефикасността на употребата на динамична информация изглежда значително компрометирана при аутизма. Така че следваме тази линия на работа и се надяваме да имаме повече резултати, за които да докладваме скоро.

С поглед напред, ако мислите за този диск като представляващ всички деца, които сме лекували досега, това е мащабът на проблема. Червените точки са децата, които не сме лекували. Има още много, много деца, които имат нужда от лечение, и с цел да се разшири обхватът на проекта, планираме да открием Центъра за деца "Пракаш", който ще има болница, специално посветена на децата, училище за децата, които лекуваме, както и изследователска лаборатория с най-нова техника. Центърът "Пракаш" ще интегрира здравеопазване, образование и изследвания по начин, който наистина създава цялото, далеч по-голямо от сумата от частите.

И така, да обобщя - "Пракаш", през петте години на съществуването си, е имал ефект в множество области, вариращи от базова неврологична пластичност и учене на мозъка до клинично приложими хипотези като в аутизма, развитието на автономни машинни зрителни системи, образование на недипломирани и дипломирани студенти, и най-важното, за облекчението на детската слепота. За мен и моите студенти това беше просто феноменално преживяване, защото имаме възможност да правим интересни проучвания, и в същото време да помагаме на много деца, с които сме работили.

Много благодаря.

(Аплодисменти)