Pawan Sinha parla sobre com el cervell aprèn a veure

Si sou un nen cec a l'Índia, molt probablement us haureu d'enfrontar a almenys dues notícies força negatives. La primera d'aquestes notícies és que les possibilitats d'aconseguir tractament són entre molt poques i cap. Això és perquè la majoria dels programes de pal·liació de la ceguera al país estan centrats en pacients adults i hi ha molt pocs hospitals equipats de forma adequada per tractar nens. De fet, si necessitéssiu tractament, podrieu perfectament ser tractats per una persona que no tingués credencials mèdiques, com queda demostrat amb aquest cas de Rajasthan. Es tracta d'una nena de tres anys, orfe, que tenia cataractes. Els seus tutors la van portar al curandero del poblat, qui, en comptes de suggerir-los que la duguessin a l'hospital, va decidir cremar-li l'abdomen fent servir unes barres de ferro roent per tal de fer fora els dimonis. La segona mala notícia us la donaran els neurocientífics, que us explicaran que si teniu més de quatre o cinc anys, encara que us operessiu de la vista, les possibilitats que el cervell aprengués a veure són molt, i molt petites. Entre molt petites i cap.

Quan vaig sentir aquestes dues coses, em vaig sentir molt trasbalsat, tant per motius personals com per motius científics. Començaré pel motiu personal. Sona cursi, però sóc sincer. Aquest és el meu fill, en Dàrius. Com a pare novell que sóc, tinc un sentiment qualitativament diferent de com n'arriben a ser, de delicats, els nadons, de quines són les nostres obligacions cap a ells i quant d'amor podem sentir envers un infant. Hauria mogut terra i cel per trobar un tractament per en Dàrius. I saber que pot ser que hi hagi altres Dàrius que no reben cap tractament em sembla una gran injustícia. Aquesta és, doncs, la raó personal.

La raó científica és que aquesta noció de la neurociència sobre els períodes crítics segons la qual, si el cervell és més vell que quatre o cinc anys, perd l'habilitat d'aprendre, no em fa el pes perquè no crec que aquesta idea s'hagi comprovat de forma adequada. L'origen d'aquesta idea el trobem amb els treballs d'en David Hubel i en Torsten Wiesel, dos investigadors de Havard que van guanyar el premi Nobel l'any 1981 pels seus estudis de fisiologia visual, els quals són realment meravellosos. Crec, però, que part del seu treball s'ha extrapolat al domini dels éssers humans abans de temps. Ells van fer la seva recerca amb gatets amb diferents tipus de períodes de privació i aquells estudis, que es van realitzar als anys 60, s'apliquen ara als nens.

Vaig sentir que havia de fer dues coses. Una: proporcionar assistència mèdica als nens que actualment no reben tractament. És la missió humanitària. I la missió científica és examinar els límits de la plasticitat visual. Aquestes dues missions, com podeu veure, s'entrellacen perfectament; una complementa l'altra. De fet, l'una seria impossible sense l'altra. Per posar en pràctica aquestes missions bessones, vaig iniciar el Projecte Prakash ara fa uns anys. Com molts de vosaltres ja sabeu, Prakash és la paraula en sànscrit per llum i la idea és que duent llum a la vida dels nens, també tenim una oportunitat d'aclarir alguns dels misteris més profunds de la neurociència. I el logotip, encara que sembli molt irlandès, prové en realitat del símbol indià de Diya, una llàntia d'argila. El Prakash, l'esforç global té tres components: assistència per tal d'identificar els nens que la necessiten, tractament mèdic i un posterior estudi. Us vull ensenyar un petit videoclip que mostra els dos primers components d'aquest treball.

Aquest és un centre mèdic que funciona en una escola per a cecs.

(Text: La majoria dels nens són totalment cecs de forma irreversible...)

Pawan Sinha: Com que es tracta d'una escola per a nens cecs, molts d'ells tenen danys permanents. Aquest és un cas de microftàlmia, que és una malformació dels ulls i és irreversible. No es pot tractar. Aquest és un cas extrem de microftàlmia anomenat enoftàlmia. Però, de tant en tant, ens trobem amb nens que tenen visió residual, i aquest és un bon senyal de que se'ls podria tractar. Després de la revisió, portem els nens a l'hospital. Aquest és l'hospital amb el qual treballem a Delhi, l'hospital oftalmològic Schroff Charity. Té un centre oftalmològic pediàtric molt ben equipat, gràcies en part a la fundació benèfica d'en Ronald McDonald. Així doncs, menjar hamburgueses realment ajuda.

(Text: Aquests examens ens permeten millorar la salut ocular en molts nens i... ... ens ajuda a trobar nens que poden prendre part en el Projecte Prakash).

PS: A mida que ens apropem als ulls d'aquest nen, podreu descobrir la causa de la seva ceguesa. Això blanc que veieu al mig de les pupil·les són cataractes congènites, és a dir, opacitats dels cristal·lins. Els nostres ulls tenen els cristal·lins clars, però en els ulls d'aquest nen, els cristal·lins s'han tornat opacs i, conseqüentment, no pot veure el món. A aquest nen se'l va tractar. Veureu ara algunes fotografies de l'ull. Aquí podeu veure l'ull amb el cristal·lí opac, es va extreure el cristal·lí i es va introduir un d'acrílic. I aquí trobem el mateix nen tres setmanes després de l'operació, amb l'ull dret obert.

(Aplaudiments)

Gràcies.

Fins i tot, amb aquest petit vídeo, podeu començar a veure que la recuperació és possible. Fins ara hem tractat més de 200 nens, sempre amb els mateixos resultats. Després del tractament, el nen guanya una funcionalitat significant. De fet, els resultats es mantenten fins i tot amb una persona que va recuperar la vista després de ser cega durant diversos anys. Ara fa uns anys vam escriure un article sobre la dona a la dreta de la fotografia, SRD. Va aconseguir veure a una edat avançada i la seva visió és sorprenent a aquesta edat. He d'afegir una dada negativa a aquesta història. Aquesta dona va morir fa dos anys en un accident d'autobús. La seva és una història realment estimulant; desconeguda i estimulant alhora Quan vam començar a trobar aquests resultats, com podeu imaginar, tot això va causar força rebombori a la prensa científica i popular. Aquest és un article a la revista Nature que fa referència a aquest treball i un altre a la revistaTime. Així doncs, estàvem convençuts, estem convençuts de que la recuperació es factible, malgrat la pèrdua prolongada de visió.

La següent pregunta òbvia a fer-se: quin és el procés de recuperació? La forma com estudiem és la següent: diguem que trobem un infant que té sensibilitat a la llum; al nen se li proporciona tractament i vull remarcar que el tractament és completament incondicional. No hi ha cap quid pro quo. Treballem amb menys nens dels que en realitat tractem. Tractem tots i cada un dels nens que necessiten tractament. Després del tractament, cada setmana més o menys, fem que el nen faci una sèrie de proves visuals simples per veure com les seves habilitats visuals van millorant. I tenim la intenció de fer això mateix el màxim de temps possible. Aquest arc de desenvolupament ens dóna informació sense precedents i extremadament valuosa sobre com l'estructura de la visió pren forma. Quines poden ser les connexions entre les habilitats que es desenvolupen en primer lloc i aquelles que ho fan més tard?

Hem emprat aquest enfocament general per estudiar les diverses competències visuals, però en vull destacar una en especial que és l'anàlisi d'imatges en objectes. Qualsevol imatge com la que teniu a l'esquerra, sigui real o artificial, està formada per petites àrees com les que veieu en la columna del mig; àrees de diferents colors i lluminositats. El cervell té la complexa tasca d'aplegar, d'integrar, els subconjunts d'aquestes àrees formant-ne quelcom de més significatiu, formant-ne el que consideraríem objectes, com podeu veure a la dreta. Ningú no sap com funciona aquest procés d'integració. Aquesta és la pregunta que ens vam fer al Projecte Prakash.

I això és el que passa poc després de començar a veure. Veiem aquí una persona que havia recuperat la visió un parells de setmanes abans, i podeu veure l'Ethan Myers, un estudiant de postgrau del MIT, duent a terme un experiment amb ell. La seva coordinació visual-motora és força limitada però us podeu fer una idea general de les parts que prova de traçar. Si li ensenyeu imatges del món real, si ensenyeu imatges del món real a d'altres com ell, veuríeu que no són capaços de reconèixer la majoria dels objectes, perquè, per a ells, el món està completament fragmentat, està fet com un collage, un conjunt de retalls de regions de diferents colors i lluminositats. I això és el que està indicat en els contorns verds. Quan se'ls demana que, encara que no puguin anomenar els objectes, indiquin on es troben, aquestes són les regions que assenyalaran. Així doncs, el món és aquest complex mosaïc de regions. Fins i tot l'ombra damunt la pilota es converteix en un objecte. Sorprenentment, després d'uns quants mesos, això és el que passa.

Doctor: Quants n'hi ha?

Pacient: Dos.

Doctor: Quines formes tenen?

Pacient: Les formes... Aquest és un cercle i aquest altre és un quadrat.

PS: Ha tingut lloc una transformació espectacular. La pregunta és: què hi ha darrera aquesta transformació? És una qüestió profunda, però resulta encara més sorprenent com n'arriba de ser, de simple, la resposta. Aquesta és el moviment i això és el que us vull ensenyar en el següent vídeo.

Doctor: Quina forma veus aquí?

Pacient: No puc distingir-la.

Doctor: I ara?

Pacient: Un triangle.

Doctor: Quants objectes hi ha? I ara, quant objectes hi ha?

Pacient: Dos.

Doctor: Quins objectes són?

Pacient: Un quadrat i un cercle.

PS: Aquest patró es repeteix una vegada i una altra. L'única cosa que el sistema visual necessita per tal de començar a analitzar el món és informació dinàmica. La conclusió que s'extreu d'això i d'altres experiments similars és que el processament d'informació dinàmica, o el processament del moviment, constitueix la base per a construir la resta del complex processament visual. Condueix a la integració visual i, finalment, al reconeixement.

Aquesta idea simple té grans implicacions. En faré una ràpida referència a dos. Una implicació fa referència a l'àmbit de la enginyeria i una altra, a l'àmbit clínic. Des de la perspectiva de l'enginyeria, i donat que sabem que el moviment és tan important pel sistema visual humà, podem preguntar-nos si és possible fer servir això com a base per a construir sistemes de visió artificials que puguin aprendre per si sols i que no hagin de ser programats per un programador humà. I això és el que provem de fer.

Jo estic a l'MIT i a l'MIT és necessari aplicar qualsevol tipus de coneixement bàsic que s'adquireix. Així doncs, estem creant en Dylan, un sistema computacional amb l'ambiciós objectiu de recollir dades d'entrada visuals del tipus que un nen rebria i de descobrir de forma autònoma quins objectes hi ha en aquestes dades d'entrada visuals. Però no us preocupeu pel què passa a l'interior d'en Dylan. Jo només parlaré sobre com vam provar en Dylan. Això ho fem donant en Dylan dades d'entrada del mateix tipus que rebria un nadó o un nen del Projecte Prakash. Durant molt de temps, no vam saber esbrinar com aconseguir aquest tipus de dades en vídeo. Se'm va acudir que podríem fer que en Dàrius fos el nostre càmara i d'aquesta manera aconseguir les dades d'entrada que carregaríem en en Dylan. I això és el que vam fer. (Rialles) Vaig tenir una llarga conversa amb la meva dona. (Rialles) De fet, Pam, si ens estàs veient, si us plau, perdona'm.

Bé, doncs vam modificar la òptica de la càmara per tal que s'assemblés a l'agudesa visual d'un nadó. Com alguns de vosaltres ja sabeu, els nens neixen pràcticament cecs. La nostra agudesa visual es de 20/20; la dels nadons és d'uns 20/800, així doncs, miren al món des d'una perspectiva molt borrosa. Així es veu el vídeo de la càmara del nadó.

(Rialles) (Aplaudiments)

Per sort, el vídeo no té so. El que és increïble és que a partir d'informació tan degradada, el nadó, ràpidament, és capaç de descobrir el significat d'aquestes entrades d'informació. Però després de dos o tres dies, els nadons comencen a parar atenció a les cares de la mare i del pare. Com passa això? Volem que Dylan sigui capaç de fer-ho. Seguint el mantra del moviment, en Dylan realment pot fer-ho. Malgrat el tipus de dades d'entrada, i amb tan sols sis o set minuts bons de vídeo en Dylan pot començar a extreure patrons que inclouen les cares. És una prova convincent de la importància del moviment.

La implicació clínica prové de l'àmbit de l'autisme. Diversos investigadors han associat la integració visual amb l'autisme. Quan vam veure-ho, ens vam preguntar: Podria ser que la discapacitat en la integració visual fos una prova de quelcom més profund en la deficiència del processament de la informació dinàmica en l'autisme? Perquè, si aquesta hipòtesi fos veritat, tindria grans repercussions en la nostra comprensió del que causa els diversos aspectes del fenotip de l'autisme.

El que ara veureu sóin uns vídeos de dos nens, un d'ells neurotípic i l'altre autista, jugant al ping-pong. Mentre ells juguen, nosaltres observem allò que miren. En color vermell, veiem els rastres del moviment dels ulls. Aquest és el nen neurotípic i podem veure com el nen és capac de captar la informació dinàmica per tal de predir on anirà la pilota. Fins i tot abans que la pilota arribi a un lloc concret, el nen ja està mirant allà. Això contrasta amb el que passa quan un nen autista juga al mateix joc. En comptes d'anticipar-s'hi, el nen sempre segueix el lloc on la pilota ha estat. L'eficiència de l'ús de la informació dinàmica sembla estar greument compromesa en l'autisme. Nosaltres seguim aquesta línia de treball i esperem que aviat tindrem nous resultats.

Si mirem cap al futur i imaginem que aquest cercle representa tots els nens que fins ara hem tractat, aquesta és la magintud del problema. Els punts vermells són els nens que no hem tractat. Hi ha molts, moltíssims nens que necessiten tractament i per tal d'expandir el camp d'acció del projecte, tenim pensat fundar el Centre Prakash per a Nens, que incorporarà un hospital pediàtric, una escola pels nens que estan sota tractament i també un centre d'investigació completament innovador. El Centre Prakash integrarà assistència sanitària, educació i investigació d'una manera que faci que el conjunt realment sigui més gran que la suma de les seves parts.

Durant els cinc anys que fa que existeix, Prakash ha tingut repercussió en diferents àrees, des de la neurociència bàsica, la plasticitat i l'aprenentatge del cervell fins a la formulació d'hipòtesis clíniciament rellevants com en l'autisme, el desenvolupament de sistemes autònoms de visió, la formació d'estudiants graduats i no graduats, i, el que és més important, en la paliació de la ceguera infantil. Per mi i pels meus estudiants, ha estat una experiència increïble perquè hem pogut realitzar una investigació interessant alhora que ajudàvem molts nens amb els que hem treballat.

Moltes gràcies.

(Aplaudiments)