Pawan Sinha over hoe hersenen leren zien

Als je een blind kind bent in India moet je waarschijnlijk met ten minste twee belangrijke zaken leren leven. Het eerste slechte nieuws is dat de kans dat je behandeld wordt vrijwel nul is, en dat komt omdat de meeste programma's in dat land voor het verhelpen van blindheid gericht zijn op volwassenen en er zijn maar erg weinig ziekenhuizen die uitgerust zijn om kinderen te behandelen. Als je behandeld wordt kan het zelfs zo zijn dat je behandeld wordt door iemand zonder geneeskundige kwalificatie zoals deze zaak uit Rajasthan laat zien. Dit is een drie jaar oud weesmeisje met grauwe staar. Dus namen haar verzorgers haar mee naar de dorpsmedicijnman. In plaats van voor te stellen aan de verzorgers dat het meisje naar een ziekenhuis moest, besloot de man haar buik te verbranden met roodhete ijzeren staven om demonen uit te drijven. Het tweede slechte nieuws zal je gebracht worden door neurowetenschappers die je zullen zeggen dat als je ouder dan vier of vijf jaar bent het zo is dat zelfs wanneer je ogen behandeld zijn de kans dat je hersenen leren zien heel erg klein is. Weer zo goed als nul.

Ik had er grote moeite mee deze dingen te horen om zowel persoonlijke als wetenschappelijke redenen. Laat me beginnen met de persoonlijke reden. Het zal afgezaagd klinken, maar ik meen het oprecht. Dat is mijn zoon, Darius. Na de geboorte van mijn eerste kind heb ik een kwalitatief ander gevoel over hoe teer baby's zijn, wat onze verplichtingen naar ze zijn en hoe veel liefde we voor een kind kunnen voelen. Ik zou hemel en aarde bewegen om Darius te laten behandelen. En om het aan te horen dat er andere Dariussen kunnen zijn die geen behandeling krijgen, is diep, diep verkeerd. Dat is dus de persoonlijke reden.

De wetenschappelijke reden is dat de idee van de kritische periode, uit de neurowetenschappen, dat als de hersenen ouder zijn dan vier of vijf jaar ze het vermogen om te leren verliezen me onjuist lijkt omdat ik niet denk dat deze idee voldoende op de proef is gesteld. Deze idee komt uit het werk van David Hubel en Torsten Wiesel. Zij waren twee wetenschappers van Harvard en kregen in 1981 de Nobelprijs voor hun onderzoek in visuele fysiologie, opmerkelijk mooie onderzoeken, maar ik denk dat een deel van hun werk te gemakkelijk wordt gezien als geldend voor mensen. Zij werkten met jonge katten die ze de ene of andere prikkel onthielden en deze onderzoeken, die uit de jaren zestig stammen, worden nu gezien als geldend voor kinderen.

Ik vond dat ik twee dingen moest doen. Ten eerste: verzorging bieden aan kinderen die daar nu van verstoken blijven. Dat is het humanitaire doel. En het wetenschappelijke doel is het nagaan van de grenzen van het visuele aanpassingsvermogen. En deze twee doelen, zoals je kan zien, passen volmaakt bij elkaar, zij versterken elkaar. We zouden het één helemaal niet kunnen doen zonder het ander. Om dus deze twee doelen te verwezenlijken heb ik een paar jaar geleden Project Prakash opgericht. Prakash is zoals velen van jullie weten het woord voor licht in het Sanskriet en de gedachte is dat door licht te brengen in het leven van kinderen we ook een kans hebben licht te werpen op een paar van de diepste raadsels uit de neurowetenschappen. En hoewel het beeldmerk er bijzonder Iers uitziet is het eigenlijk afgeleid van het Indiase symbool Diya, een aarden lamp. De Prakash, de gehele verrichting bestaat uit drie delen: Het vinden van de kinderen die hulp nodig hebben, de geneeskundige behandeling en uiteindelijk het onderzoek. Ik wil graag een korte video laten zien die de eerste twee delen van dit werk verheldert.

Dit is een opsporingsstation in een blindenschool.

(Tekst: De meeste kinderen zijn volledig en blijvend blind...)

Pawan Sinha: Omdat dit dus een blindenschool is, vind je hier veel kinderen met een blijvende aandoening. Dit is een geval van microftalmie een blijvende aandoening waarbij het oog misvormd is. Het kan niet verholpen worden. Dit is een heel erge vorm van microftalmie die enoftalmie heet. Maar zo nu en dan komen we kinderen tegen met nog wat resterend gezichtsvermogen en dat is een goed teken dat hun aandoening misschien verholpen kan worden. Na de doorlichting brengen we de kinderen naar het ziekenhuis. Dat is het ziekenhuis waarmee we samenwerken in Delhi, het Schroff Charity Eye Hospital. Het is een zeer goed uitgerust kindergeneeskundig oogheelkundig centrum, dat mede bestaat dankzij een gift van de Ronald McDonaldliefdadigheid. Hamburgers eten helpt dus toch.

(Tekst: Zulke onderzoeken stellen ons in staat de gezondheid van de ogen van veel kinderen te verbeteren, en... ... helpen ons kinderen te vinden die aan Project Prakash kunnen deelnemen.)

Pawan Sinha: Zo, als ik inzoom op de ogen van dit kind kun je de oorzaak van zijn blindheid zien. Het wit dat je in het midden van de pupil ziet is aangeboren grauwe staar, ondoorzichtigheden in de lens dus. In onze ogen is de lens doorzichtig maar in dit kind is de lens ondoorzichtig geworden en daardoor kan het niet zien. Het kind wordt dus behandeld, ik laat plaatjes van het oog zien. Hier is het oog met de ondoorzichtige lens die eruit wordt gehaald en wordt vervangen door een lens van acryl. Hier is hetzelfde kind drie weken na de ingreep met het rechteroog open.

(applaus)

Bedankt.

Zelfs van dat stukje beeld kan je al het gevoel krijgen dat herstel mogelijk is, en we hebben nu tweehonderd kinderen behandeld en het verhaal is steeds hetzelfde. Na de behandeling wint het kind een belangrijk deel aan gezichtsvermogen. Dit geldt bovendien zelfs voor mensen die vele jaren niet hebben kunnen zien. We schreven een paar jaar geleden over deze vrouw die je aan de rechterkant ziet, SRD, en zij kreeg pas laat in haar leven zicht maar ze kon toch verbazend goed zien. Er zit een droevig einde aan dit verhaal. Zij stierf twee jaar geleden in een busongeluk. Haar verhaal is ongelofelijk bezielend, onbekend, maar bezielend. Toen we dus deze uitkomsten vonden ontstond er zoals je je kan voorstellen nogal wat beroering in de wetenschappelijke en gewone pers. Dit is een artikel in Nature over dit werk en één in Time. We zijn redelijk overtuigd, we zijn overtuigd dat herstel mogelijk is ondanks langdurige afwezigheid van zicht.

De volgende voor de hand liggende vraag is hoe verloop de ontwikkeling van herstel? De manier waarop we dat onderzoeken is dat we een kind vinden dat gevoelig is voor licht. Het kind krijgt een behandeling, en ik wil graag benadrukken dat de behandeling volkomen onvoorwaardelijk is. We eisen geen tegenprestatie. We behandelen veel meer kinderen dan we onderzoeken. Elk kind dat het nodig heeft wordt behandeld. Ongeveer een week na de behandeling laten we het kind een hele reeks gezichtsoefeningen doen om te kijken hoe hun kijkvaardigheid zich ontwikkelde. En we trachten dit zo lang mogelijk vol te houden. De weg waarlangs deze ontwikkeling plaatsvindt, geeft ons ongekende en uitermate waardevolle gegevens over hoe de structuur van ons zien is opgebouwd. Wat zouden de oorzakelijke verbanden tussen de zich vroeg ontwikkelende vermogens en de latere kunnen zijn?

En we hebben deze algemene benadering gebruikt om vele verschillende visuele vaardigheden te toetsen, maar ik wil er één benadrukken en dat is het zien van voorwerpen in beelden. Elk beeld zoals je dat links ziet of het nu echt of kunstmatig is bestaat uit kleine gebieden die je in het midden ziet, gebieden met verschillende kleuren en belichting. De hersenen hebben de ingewikkelde taak dit te ontleden en deelverzamelingen hiervan tot iets betekenisvols samen te voegen, tot iets dat wij zouden herkennen als voorwerpen zoals je rechts ziet. En niemand weet hoe dit samenvoegen plaatsvindt. En dat is de vraag die we stelden met Project Prakash.

Nu, dit is wat er kort na het verkrijgen van zicht gebeurt. Dit is iemand die net een paar weken eerder zicht had verkregen en je ziet Ethan Myers, een student van MIT, een proef met hem doorlopen. Bij hem is de samenwerking tussen zien en doen nogal slecht, maar je krijgt wel de indruk van de gebieden die hij probeert op te sporen. Als je hem beelden van echte zaken laat zien, wanneer je iemand als hij zulke beelden laat zien, zijn ze niet in staat de meeste voorwerpen te herkennen omdat de wereld voor hun uit te veel losse stukjes bestaat. Het bestaat uit brokjes en vlekken van stukken met verschillende kleuren en belichtingen. En dat is wat de groene lijnen aangeven. Wanneer je ze vraagt voorwerpen aan te wijzen, als ze ze niet kan benoemen, zijn dit de gebieden die ze aanwijzen. De wereld is dus een ingewikkelde vlekkendeken. Zelfs de schaduw op de bal lijkt een voorwerp op zich. Wat belangwekkend is, is dat er na een paar maand dit gebeurt.

Arts: Hoeveel zijn er?

Patiënt: Dit zijn twee dingen.

Arts: Wat voor vorm hebben ze?

Patiënt: Hun vorm... Dit is een ring en dit is een vierkant.

Pawan Sinha: Er is een heel indrukwekkende verandering opgetreden en de vraag is wat daaraan ten grondslag ligt. Het is een diepgaande vraag en wat nog verbazingwekkender is, is hoe eenvoudig het antwoord is. Het antwoord zit hem in beweging en dat is wat ik wil laten zien met de volgende beelden.

Arts: Wat voor vorm zie je hier?

Patiënt: Ik weet het niet.

Arts: Nu?

Patiënt: Driehoek.

Arts: Hoeveel dingen zijn er hier? Nu, hoeveel zijn er?

Patiënt: Twee.

Arts: Wat zijn dit voor vormen?

Patiënt: Een vierkant en een ring.

Pawan Sinha: En dit verschijnsel vinden telkens weer. Datgene wat we nodig hebben om de wereld goed te kunnen waarnemen is dynamische informatie. De gevolgtrekking die we hieruit maken en uit verschillende andere van zulke proeven is dat het verwerken van dynamische informatie of van beweging de ondergrond vormt voor het opbouwen van de andere delen van de ingewikkelde verwerking van deze gegevens. Het leidt tot het samenvoegen van wat je ziet en uiteindelijk tot herkenning.

Deze eenvoudige gedachte heeft verstrekkende gevolgen. Laat me er snel twee noemen. Eén komt uit de techniek en de andere uit de kliniek. Vanuit de invalshoek van de techniek kunnen we vragen: gegeven dat we weten dat beweging zo belangrijk is voor de menselijke verwerking van zicht, kunnen we dit als voorbeeld gebruiken voor het maken van toestellen met een zichtsysteem dat zelf kan leren zonder dat het geprogrammeerd hoeft te worden door een mens? En dat is wat we trachten te doen.

Ik zit bij MIT, en daar moet je alle kennis die je opdoet toepassen. Daarom maken we Dylan. Dat is een computationeel systeem met het vooruitstrevende doel visuele invoer te gebruiken van het soort dat menselijke kinderen krijgen en het onafhankelijk te laten ontdekken wat de voorwerpen zijn in die invoer die het ziet. Maak je geen zorgen over de binnenkant van Dylan. Ik zal het hier alleen hebben over hoe we het toetsen. We toetsen het door het bepaalde invoer te geven, zoals ik zei, van het soort dat een baby of een kind in Project Prakash zou krijgen. Maar het duurde een hele tijd voordat we konden bedenken hoe we zulke beelden konden verkrijgen. En daar dacht ik dat we Darius konden inzetten voor het verkrijgen van de babybeelden en dat we die invoer aan Dylan konden geven. En dat is wat we deden. (gelach) Ik heb lange gesprekken met mijn vrouw moeten voeren. (gelach) Pam, als je dit ziet vergeef me alsjeblieft.

We hebben de scherpte van de camera zo veranderd dat het het zicht van een baby namaakt. En sommigen van jullie weten misschien dat baby's min of meer blind geboren worden. Wij hebben normaal gezichtsvermogen maar baby's hebben heel wazig zicht dus ze zien de wereld op een nogal uitgelopen manier. Zo zien beelden van een babycam eruit.

(gelach) (applaus)

Gelukkig is er geen geluid bij dit beeld. Wat verbazingwekkend is, is dat met deze sterk verwaterde invoer, de baby heel snel leert er betekenis uit te halen. Na twee of drie dagen beginnen baby's aandacht te schenken aan de gezichten van de ouders. Hoe kan dat? We willen dat Dylan dat ook kan. En met deze heilige graal: beweging, kan Dylan dat werkelijk doen. Met invoer van zulke beelden, al duurt het maar zes of zeven minuten, kan Dylan beginnen patronen te herkennen zoals gezichten. Het is dus een belangrijke vertoning van de kracht van beweging.

De geneeskundige gevolgen zien we bij autisme. Het integreren van zicht is door een aantal onderzoekers in verband gebracht met autisme. Toen we dat zagen, vroegen we ons af of deze beperking in het integreren van zicht een uiting van een onderliggend probleem met de verwerking van dynamische informatie kon zijn. Want als deze hypothese waar is, zou dat geweldige invloed hebben op ons begrip van de oorzaak van al de verschillende zijden van het autismefenotype.

Ik ga nu beelden laten zien van twee kinderen, één gewoon kind en één met autisme, die Pong spelen. Terwijl de kinderen Pong spelen, volgen wij waar ze kijken. In het rood zie je de oogbewegingen van het gewone kind, en je ziet dat dit kind voorspellingen kan maken met de dynamische informatie voor waar de bal naartoe zal gaan. Zelfs voordat de bal er aankomt, kijkt het kind al naar de juiste plaats. Vergelijk dit met een kind met autisme, dat hetzelfde spel speelt. In plaats van vooruit te kijken, volgt dit kind steeds waar de bal geweest is. Het doelmatige gebruik van dynamische informatie lijkt behoorlijk beperkt te zijn bij autisme. We volgen deze lijn dus en hopelijk zullen we binnenkort meer uitkomsten hebben.

Vooruitkijkend, als deze schijf alle kinderen voorstelt die we al behandeld hebben, dan is dit de grootte van het probleem. De rode stippen zijn de kinderen die we niet hebben behandeld. Er zijn dus heel veel meer kinderen die moeten worden gehandeld en om het bereik van deze onderneming te vergroten zijn we van plan het Prakash Center for Children op te zetten dat een toegewijd kinderziekenhuis zal hebben, een school voor de kinderen die we behandelen en een zeer vooruitstrevende onderzoeksafdeling. Het Prakash Center zal gezondheidszorg onderwijs en onderzoek samenbrengen op een manier die er zeker voor zorgt dat het geheel meer zal zijn dan de som der delen.

Samenvattend, Prakash heeft in de vijf jaar dat het bestaat invloed gehad op verschillende gebieden uiteenlopend van fundamentele kneedbaarheid ontdekt in de neurowetenschap, en het leren van de hersenen, tot klinisch relevante hypothesen over autisme het ontwikkelen van zelfstandige zichtsystemen in toestellen en onderwijs voor studenten. En het allerbelangrijkste is de bestrijding van blindheid bij kinderen. En voor mijn studenten en mijzelf is het gewoon een schitterende ervaring geweest omdat we belangwekkend onderzoek hebben kunnen doen terwijl we tegelijkertijd vele kinderen waarmee we gewerkt hebben konden helpen.

Heel erg bedankt.

(applaus)