Pawan Sinha objašnjava kako mozak uči vidjeti

Ako ste slijepo dijete u Indiji, vjerojatno ćete se morati suočiti s barem dvije loše vijesti. Prva loša vijest je da su vam šanse da dobijete liječenje vrlo male do nikakve, a to je zato što se većina programa za ublažavanje sljepoće u zemlji fokusira na odrasle i vrlo je malo bolnica koje su opremljene za liječenje djece. U biti, ako i jeste liječeni, vjerojatno će vas liječiti osoba koja nema medicinske kvalifikacije kao što to ilustrira ovaj slučaj iz Rajasthana. Ovo je trogodišnja djevojčica siroče koja je imala kataraktu. Njezini skrbnici su je odveli seoskom vraču i umjesto da je savjetovao skrbnike da djevojčicu odvedu u bolnicu, spalio joj je abdomen užarenim šipkama kako bi istjerao demone. Drugu lošu vijest predočit će vam neuroznanstvenici koji će vam reći da ako ste stariji od 4 ili 5 godina i čak ako vam je vid vraćen, šanse da vaš mozak nauči vidjeti su vrlo, vrlo male. Opet, male do nikakve.

Zato, kada sam čuo ove dvije stvari, duboko su me zabrinule zbog osobnih i znanstvenih razloga. Započet ću s osobnim razlogom. Zvučat će otrcano, ali je iskreno. Ovo je moj sin Darius. Kao novi otac, imam kvalitativno drugačiji osjet o tome kako su djeca osjetljiva, o našim obavezama prema njima i koliko ljubavi možemo osjećati prema djetetu. Pomaknuo bih nebo i zemlju u svrhu liječenja Dariusa. I za mene je to, da mi netko kaže da ondje može biti još jedan Darius koji ne može dobiti liječenje, to je neprihvatljivo i pogrešno. Dakle, to je osobni razlog.

Znanstveni razlog je ta konstatacija neuroznanosti o kritičnom periodu ako je mozak stariji od 4 ili 5 godina da gubi sposobnost učenja, s time se ne slažem jer mislim da ta teorija nije adekvatno testirana. Ideja potiče iz rada Davida Hubela i Torstena Wiesela, dva istraživača s Harvarda, dobili su Nobelovu nagradu 1981.g. za istraživanja vizualne psihologije, zapanjujuće prelijepa istraživanja, ali mislim da su neki od njihovih radova prerano primijenjeni na ljudsku domenu. Radili su s mačkama s različitim nedostatcima ili poremećajima, i sada se te studije koje sežu još od šezdesetih primjenjuju i na ljudsku djecu.

Osjećao sam da trebam učiniti dvije stvari. Prvo: pobrinuti se za njegu djece koja su trenutno lišena medicinskog tretmana. To je humanitarna misija. A znanstvena misija bila bi testirati granice vizualne plastičnosti mozga. Te se dvije misije, kao što možete vidjeti, savršeno isprepliću, jedna nadopunjuje drugu. U biti, jedna ne bi bila moguća bez druge. Stoga, kako bih ostvario ove dvije misije, prije par godina pokrenuo sam projekt Prakash. Prakash, kao što mnogi od vas već znaju, riječ je iz Sanskrta, a znači svijetlo, a sama ideja je da donese svijetlo u živote djece, a mi također imamo priliku rasvijetliti neke od najdubljih tajni neuroznanosti. A logo, iako izgleda kao irski, zapravo dolazi od indijskog simbola Diya, zemaljana svjetiljka. Prakash, cjelovit trud ima tri komponente, identificirati djecu za potrebu njege, medicinskog tretmana i kasnijeg istraživanja. Želim vam pokazati kratak video isječak koji ilustrira prve dvije komponente ovog rada.

Ovo je terenska aktivnost provođena u školi za slijepe.

(Tekst: Većina djece je duboko i trajno slijepa...)

Budući da je to škola za slijepe, mnoga djeca imaju trajna stanja. To je slučaj s microftalmusom, što su iskrivljene oči i to je trajno stanje. Ne može se liječiti. To se kao i ekstremni microftalmus naziva enoftalmus. Ali svako malo nailazimo na djecu koja pokazuju znakove rezidualnog vida, a to je jako dobar znak da takvo stanje može biti lječivo. Nakon pregleda djecu šaljemo u bolnicu. Ovo je bolnica s kojom radimo u Delhiju, Schroff Charity Eye Hospital. Imaju jako dobro opremljen pedijatrijski oftalmološki centar, što je omogućeno darom zaklade Ronalda McDonalda. Dakle, jedenje hamburgera zapravo pomaže.

(Tekst: Takvi pregledi nam omogućuju da poboljšamo zdravlje očiju kod mnoge djece i pomogne nam da pronađemo djecu koja će sudjelovati u projektu Prakash.)

Kad približim oči djeteta, vidjet ćete uzrok njegove sljepoće. Bjelinu koju možete vidjeti na sredini njegovih zjenica su kongenitalne (urođene) katarakte, dakle zamućenje leće. U našim očima leća je čista, ali u očima ovog djeteta leća je postala neprozirna i zato ono ne može vidjeti svijet. Stoga je djetetu pruženo liječenje. Vidjet ćete slike oka. Ovdje je oko s neprozirnom lećom, izvađena neprozirna leća i umetnuta umjetna, akrilna leća. A ovdje je isto dijete tri tjedna nakon operacije s otvorenim desnim okom.

(pljesak)

Hvala.

Čak i iz ovog malog isječka počinjete dobivati osjećaj da je oporavak moguć, a primijenili smo tretman na više od 200 djece i priča se ponavlja. Nakon liječenja dijete ima značajnu vidnu funkcionalnost. U biti, priča je istinita čak ako imate osobu kojoj se povratio vid nakon nekoliko godina od gubitka. Napravili smo članak prije nekoliko godina o ženi koju vidite s desna, SRD, vratio joj se vid kasnije u životu i sada je izvanredan za tu dob. Nažalost moram dodati tragični komentar da je poginula prije dvije godine u autobusnoj nesreći. Njezina priča je istinita i nadahnjuje, nepoznata, ali nadahnjujuća priča. Kada smo počeli dobivati ove rezultate, kao što možete zamisliti, to je stvorilo prilično veliku pomutnju u znanstvenom i popularnom tisku. Ovo je članak iz Nature-a koji je objavio ovaj rad, i još jedan u Time-u. Mi smo bili uvjereni, sada smo uvjereni da je oporavak moguć unatoč opsežnom gubitku vida.

Sljedeće očigledno pitanje bilo bi: Kakav je proces oporavka? Proučavamo to ovako, recimo da nađemo dijete koje pokazuje osjetljivost na svjetlost. Djetetu je pružen tretman i želim naglasiti da je tretman potpuno bezuvjetan. Nije quid pro quo ("ti meni, ja tebi"). Liječimo mnogo više djece od onih s kojima zapravo radimo. Svako dijete koje treba liječenje je liječeno. Nakon tretmana, otprilike svaki tjedan, testiramo dijete jednostavnim vizualnim testovima kako bismo pratili napredovanje njegovih vještina. I pokušavamo to raditi što je duže moguće. Ovaj luk razvoja daje nam vrlo vrijedne informacije o tome kako se uspostavlja kostur vida. Što može biti uzročna veza između ranog i kasnog razvoja vještina?

Koristili smo ovaj opći pristup kako bismo proučili mnogo različitih vizualnih prepoznavanja, ali želim istaknuti jedan određeni, a to je sastavljanje slika u objekte. Svaka slika koju vidite s lijeva, bila ona prava ili sintetička, sastavljena je od malih regija koje vidite na srednjoj slici, regije različitih boja i osvjetljenja. Mozak ima taj složeni zadatak da sastavi zajedno, integrira podjedinice tih regija u nešto što ima značenje, u nešto što ćemo smatrati objektom, kao što vidite s desna. I nitko ne zna kako se ta integracija odvija. A to je pitanje koje pitamo projektom Prakash.

Dakle, evo što se dogodi ubrzo nakon početka gledanja. Ovdje je osoba kojoj se vratio vid prije par tjedana, i vidite Ethana Myersa, diplomiranog studenta MIT-a, kako izvodi pokus s njom. Njegova vizualna motorička koordinacija je siromašna, ali dobijete općeniti osjećaj o regijama koje ona pokušava pratiti. Ako mu pokažete stvarne slike, ako drugima kao što je on pokažete stvarne slike, oni nisu u mogućnosti prepoznati većinu objekata jer je njima slika previše fragmentirana, kao da je napravljena od kolaža, niz zakrpa, regija s drukčijim bojama i osvjetljenjem. To je ovo što pokazuju zelene linije. Ako ih pitate da pokažu gdje su objekti iako ih ne mogu imenovati, ovo su regije koje oni pokazuju. Dakle svijet je veliki kompleks zakrpa, regija. Čak i sjena lopte postaje vlastiti objekt. Zanimljivo, date im par mjeseci i ovo se dogodi.

Doktor: Koliko je ovo?

Pacijent: To su dvije stvari.

Doktor: Koji su njihovi oblici?

Pacijent: Njihovi oblici… Ovo je krug, a ovo je kvadrat.

PS: Pojavit će se vrlo dramatična transformacija. A pitanje je: Na čemu počiva ta transformacija? To je vrlo duboko pitanje, a iznenađujuće je to što je odgovor vrlo jednostavan. Odgovor leži u pokretu i to ću vam prikazati u sljedećem isječku.

Doktor: Koji oblik vidite ovdje?

Pacijent: Ne mogu razaznati.

Doktor: Sada?

Pacijent: Trokut.

Doktor: Koliko je to stvari? Sad, koliko je to stvari?

Pacijent: Dvije.

Doktor: Koje su to stvari?

Pacijent: Kvadrat i krug.

PS: Ovakav razvoj kod pacijenta vidimo uvijek iznova. Jedna stvar koju vizualni sustav treba kako bi počeo raščlanjivati sliku o svijetu je dinamična informacija. Dakle zaključak koji iznosimo iz ovoga, i još nekoliko ovakvih pokusa -- procesiranje dinamične informacije ili procesiranje pokreta, služi kao temelj za izgradnju ostatka kompleksa vizualnog procesiranja. To vodi do vizualne integracije i na kraju do prepoznavanja.

Ova jednostavna ideja ima dalekosežnu posljedicu. Dopustite da na brzinu spomenem dva. Jedan s područja inženjerstva, a drugi s područja klinike. Dakle, iz perspektive inženjerstva, možemo pitati, znajući da je pokret vrlo bitan za vizualni sustav čovjeka, možemo li uzeti to kao recept za izgradnju vizualnog sustava kod strojeva koji samostalno uče, koje onda ne mora čovjek programirati. To je ono što pokušavamo napraviti.

Ja sam na MIT-u i ondje morate upotrebljavati svako osnovno znanje koje posjedujete. Stvaramo Dylan, računalni sustav s ambicioznim ciljem uzimanja vizualnih signala iste vrste koje bi primilo i ljudsko dijete i samostalno bi otkrivalo objekte u tom vizualnom signala. Stoga, ne brinite o unutrašnjosti Dylan. Ovdje ću samo pričati o tome kako smo Dylan testirali. Dakle testirali smo Dylan na taj način da smo joj davali signale iste vrste koje je dobila i beba ili dijete koje je sudjelovalo u projektu Prakash. No dugo vremena nismo mogli dokučiti kako dobiti te vrste video podražaja. Pa sam mislio da bi Darius mogao poslužiti u te svrhe i na taj način dobiti podražaje koje bi pohranili u Dylan. To smo i napravili. (smijeh) Imao sam dugi razgovor sa svojom ženom. (smijeh) U stvari, Pam, ako gledaš ovo, molim te oprosti.

Modificirali smo optiku kamere kako bismo oponašali vizualnu oštrinu vida djeteta. Kako neki od vas možda znaju, djeca su rođena gotovo slijepa. Njihova oštrina – naša oštrina vida je 20/20 – oštrina vida beba je 20/800, tako da gledaju vrlo mutno. Ovako izgleda video s baby kamere.

(smijeh) (pljesak)

Srećom, ne postoji zvučni zapis koji ide uz to. Fascinantno je da bebe s tako degradiranim signalom mogu otkriti značenje tog signala. Ali tada, 2 do 3 dana kasnije, bebe počinju obraćati pozornost na lice svojih roditelja. Kako se to događa? Želimo da i Dylan to bude u stanju učiniti. I koristeći tu mantru pokreta Dylan to može učiniti. Premda mu je dana ta vrsta video signala sa samo 6 ili 7 minuta dužine video zapisa, Dylan može početi razlučivati uzorke koji uključuju lica. To je vrlo bitna demonstracija moći pokreta.

Kliničke posljedice nalazimo u domeni autizma. Vizualna integriranost je s autizmom povezalo nekoliko istraživača. Kad smo to vidjeli, pitali smo se: Je li oštećenje vizualnog povezivanja manifestacija nečega što je stvarni uzrok manjkavosti u obradbi dinamičkih informacija kod autizma? Jer ako je ta pretpostavka točna, imalo bi to velike posljedice na naše razumijevanje o tome što uzrokuje mnoge različite aspekte autizma.

Ono što ćemo vidjeti su video isječci dvoje djece, jedno neurotipično ("normalno") i jedno s autizmom, kako igraju stolni tenis. Dok igraju, pratimo kamo gledaju. Crveno označava tragove kretanja očiju, to je neurotipično dijete i kao što vidite dijete je sposobno prepoznati dinamičke informacije kako bi predvidjelo kamo će lopta ići. I prije nego što će doći dijete već gleda prema tamo. Usporedite to s djetetom s autizmom koje je igralo s njim. Umjesto predviđanja gdje će lopta biti, dijete je uvijek pratilo gdje je lopta bila. Učinkovitost korištenja dinamičke informacije značajno je umanjena autizmom. Stoga nastavljamo slijediti ovu liniju rada nadajući se da ćemo imati više rezultata za izvijestiti ubrzo.

Gledajući u budućnost, ako zamislite da ovaj krug predstavlja svu djecu koju smo do sad liječili, uvidjet ćete značaj ovog problema. Crvene točke predstavljaju djecu koju nismo liječili. Dakle, postoji još mnogo, mnogo više djece koju je potrebno liječiti, stoga da bismo proširili opseg projekta, planiramo pokrenuti Prakash Centar za Djecu, koji će sadržavati specijaliziranu dječju bolnicu, školu za djecu koja su na liječenju te također napredni istraživački odjel. Prakash Centar će objedinjavati zdravstvenu skrb, obrazovanje i istraživanje na način koji doista stvara cjelinu bolju od pukog zbroja dijelova.

Dakle, da sumiramo, Prakash je u svojih pet godina postojanja imao utjecaj na mnoga područja, u rasponu od neuroznanosti: osnovne neurološke plastičnosti i proučavanja mozga do klinički relevantnih hipoteza poput onih o autizmu, razvoja autonomnih uređaja sistema vida, edukacije preddiplomskih i diplomskih studenata i, što je najvažnije, smanjivanje i olakšavanje dječje sljepoće. I za moje studente i mene, to je bilo fenomenalno iskustvo jer smo imali priliku provoditi zanimljiva istraživanja, istodobno pomažući mnogoj djeci s kojima smo radili.

Puno vam hvala.

(pljesak)