Pawan Sinha sobre como os cérebros aprendem a ver

Se forem uma criança cega na Índia, vão, muito provavelmente, ter de se contentar com pelo menos duas más notícias. A primeira má notícia é que as hipóteses de serem tratadas são extremamente pequenas a nulas, e isso é porque a maioria dos programas de alívio da cegueira no país focam-se em adultos, e existem muito, muito poucos hospitais que estão realmente equipados para tratar crianças. Na realidade, se fossem tratados, eram capazes de acabarem por serem tratados por uma pessoa que não tem quaisquer credencias médicas como este caso do Rajastão ilustra. Esta é uma rapariga órfã de três anos que tinha cataratas. Por isso, os prestadores de cuidados dela levaram-na ao curandeiro da vila que em vez de sugerir que os cuidadores levassem a rapariga para o hospital, a pessoa decidiu queimar o abdómen dela com barras de ferro a ferver para expulsar os demónios. A segunda má notícia vai-vos ser dada por neurocientistas, que vos dirão que se têm mais de quatro ou cinco anos, mesmo que corrijam os vossos olhos, as hipóteses do vosso cérebro aprender a ver são muito, muito pequenas. Novamente, pequenas a nulas.

Portanto, quando eu ouvi estas duas coisas inquietou-me profundamente, por causa de razões pessoais e por razões científicas. Deixem-me, então, começar com a razão pessoal. Vai-vos soar lamechas, mas é sincero. Este é o meu filho, Darius. Como um pai novato, eu tenho um sentido qualitativamente diferente do quão delicados os bebés são, quais são as nossas obrigações em relação a eles, e quanto amor nós conseguimos sentir em relação a uma criança. Eu moveria terra e céus de forma a conseguir tratamento para o Darius. E, para mim, se me disserem que pode haver outros Darius que não estão a receber tratamento, isso é visceralmente errado. Portanto, essa é a razão pessoal.

A razão científica é que esta noção da neurociência de períodos críticos que, se o cérebro for mais velho do que quatro ou cinco anos, perde a capacidade de aprender, isso não me cai bem, porque eu não penso que essa ideia tenha sido testada adequadamente. O nascimento da ideia é do trabalho de David Hubel e Torsten Wiesel, dois investigadores que estiveram em Harvard, e receberam o Prémio Nobel em 1981 pelos seus estudos em fisiologia visual, os quais são estudos realmente maravilhosos, mas eu acredito que algum do seu trabalho foi extrapolado para o domínio humano prematuramente. Portanto, eles fizeram o seu trabalho com gatinhos, com tipos diferentes de regimes de privação [sensorial], e esses estudos, que datam desde os anos 60, estão agora a ser aplicados a crianças humanas.

Por isso, eu senti que precisava de fazer duas coisas. A primeira: providenciar cuidados a crianças que estão atualmente privadas de tratamento. Essa é a missão humanitária. E a missão científica seria testar os limites da plasticidade visual. E estas duas missões, como podem ver, aliam-se perfeitamente, uma contribui para a outra. Na realidade, uma seria impossível sem a outra. Por isso, para implementar estas missões gémeas, há alguns anos, eu lancei o Projecto Prakash. Prakash, como muitos de vocês sabem, é a palavra em Sânscrito para luz, e a ideia é que ao trazer luz para a vida das crianças, nós também temos a hipótese de trazer luz a alguns dos mistérios mais profundos da neurociência. E o logótipo, apesar de parecer extremamente Irlandês, deriva, na realidade, do símbolo Indiano de Diya, uma lâmpada da terra. A Prakash, o esforço geral tem três componentes, de alcançar, de identificar crianças que precisam de cuidados, tratamento médico, e do subsequente estudo. E eu quero mostrar-vos um pequeno videoclip que ilustra os primeiros dois componentes deste trabalho.

Esta é uma estação à distância coordenada numa escola para cegos.

(Texto: A maioria das crianças é profunda e permanentemente cega ...)

Pawan Sinha: Portanto, porque esta é uma escola para os cegos, muitas crianças têm condições permanentes. Este é um caso de microftalmia que são olhos mal formados, e é uma condição permanente. Não pode ser tratada. Esta é um caso extremo de microftalmia chamada enoftalmia. Mas, muito de vez em quando, nós encontramos crianças que demonstram alguma visão residual, e isso é um sinal muito bom que a condição poderá ser tratável. Por isso, depois do rastreio, trazemos a criança para o hospital. Este é o hospital onde trabalhamos em Deli, o Schroff Charity Eye Hospital (Hospital oftalmológico) Tem um centro pediátrico oftalmológico muito bem equipado que foi tornado realidade, em parte, pela doação da caridade do Ronald McDonald. Por isso, comer hambúrgueres ajuda, na realidade.

(Texto: Estas análises permitem-nos melhorar a saúde oftalmológica de muitas crianças, e... ... ajuda-nos a encontrar crianças que possam participar no Projeto Prakash.)

PS: Portanto, quando eu foco nos olhos desta criança, vocês verão a causa da sua cegueira. Os brancos que vêm no meio das suas pupilas são cataratas congénitas, portanto, opacidades do cristalino. Nos nossos olhos, o cristalino é transparente, mas nesta criança, o cristalino tornou-se opaco, e, por isso, ele não pode ver o mundo. Por isso, trata-se a criança. Vocês vão ver fotos do olho. Aqui está o olho com o cristalino opaco, o cristalino opaco extraído e uma lente de cristalino em acrílico inserida. E aqui está a mesma criança três semanas depois da operação, com o olho direito aberto.

(Aplausos)

Obrigado.

Por isso, mesmo através daquele pequeno vídeo, podem começar a compreender que a recuperação é possível, e até agora providenciámos tratamento a mais de 200 crianças, e a história repete-se a si mesma. Depois do tratamento, a criança ganha significativamente, funcionalidade. De facto, a história mantém-se mesmo que tenham uma pessoa que recuperou a visão depois de vários anos de privação. Nós escrevemos um artigo há alguns anos acerca desta mulher que vêem à direita, SRD, e ela recuperou a visão tarde na vida, e a sua visão é impressionante nesta idade. Eu deveria adicionar uma nota trágica a isto. Ela morreu há dois anos num acidente de autocarro. Portanto, a história dela é uma história verdadeiramente inspiradora, desconhecida, mas inspiradora. Por isso, quando começámos a encontrar estes resultados, como podem imaginar, criou uma considerável agitação na imprensa científica e popular. Aqui está um artigo na Nature que descreveu este trabalho, e um outro na Time. Portanto, estávamos bastante convencidos, estamos convencidos, que a recuperação é exequível, apesar de privação visual prolongada.

A questão seguinte, óbvia, a colocar é: qual é o processo de recuperação? Portanto, a forma como estudamos isso, digamos que encontramos uma criança que tem sensibilidade à luz. É providenciado tratamento à criança, e eu quero enfatizar que o tratamento é completamente incondicional. Não existe quid pro quo (tomar uma coisa por outra). Nós tratamos muito mais crianças do que aquelas com quem realmente trabalhamos. Todas as crianças que precisam de tratamento são tratadas. Depois de tratamento, mais ou menos todas as semanas, nós fazemos à criança uma bateria de testes visuais simples de forma a ver como as suas competências visuais estão a progredir. E tentemos fazer isto durante o maior tempo possível. Este arco de desenvolvimento, dá-nos informação sem precedentes e extremamente valiosa acerca de como a estrutura da visão se desenvolve. Quais poderão ser as conexões causais entre as competências desenvolvidas precocemente e as que se desenvolvem mais tarde?

E utilizámos esta abordagem geral para estudar muitas proficiências visuais diferentes, mas eu quero enfatizar uma em particular, e trata-se da análise de imagem para objectos. Portanto, qualquer imagem do tipo da que vêem à esquerda, seja uma imagem real, ou sintética, é feita de pequenas regiões que vêem no meio da coluna, regiões de diferentes cores, diferentes luminosidades. O cérebro tem esta tarefa complexa de juntar, integrar, subdivisões destas regiões nalgo que tenha maior significado, nalgo que consideremos objectos, como podem ver à direita. E ninguém sabe como esta integração ocorre. E essa é a questão que colocámos com o Projeto Prakash.

Por isso, aqui está o que acontece logo depois do início da visão. Aqui está uma pessoa que recuperou a visão apenas há algumas semanas, e vêem Ethan Myers, um estudante de graduação do MIT, a fazer a experiência nele. A sua coordenação visuo-motora é bastante pobre, mas conseguem ter uma sensação geral de quais serão as áreas do cérebro que ele está a tentar delinear. Se lhe mostrarem imagens reais do mundo, se mostrarem a outros como ele imagens reais do mundo, eles são incapazes de reconhecer a maioria dos objectos porque o seu mundo está sobre-fragmentado, é feito de uma colagem, de uma manta de retalhos, de regiões de cores e luminosidades diferentes. E isso é o que está indicado nas delimitações verdes. Quando lhes perguntam, mesmo que não consigas nomear os objectos, aponta apenas para onde os objetos estão. Estas são as regiões para onde eles apontam. Portanto, o mundo é este complexo trabalho de retalhos [constituído por] regiões. Mesmo a sombra da bola se torna um objecto em si. Interessantemente, dão-lhes alguns meses, e isto é o que acontece.

Doutor: Quanto são estes?

Doente: Estes são duas coisas.

Médico: Quais são as suas formas?

Doente: As suas formas ... Esta é um círculo, e este é um quadrado.

PS: Uma transformação muito dramática teve lugar. E a questão é: o que está subjacente a esta transformação? É uma questão profunda, e o que é ainda mais impressionante é quão simples a resposta é. A resposta jaz no movimento e isso é o que vos quero mostrar no próximo vídeo.

Doutor: Que forma vês aqui?

Doente: Não a consigo distinguir.

Doutor: Agora?

Doente: Triângulo.

Doutor: Quantas coisas estão aqui? Agora, quantas estão aqui?

Doente: Duas.

Doutor: Que coisas são estas?

Doente: Um quadrado e um círculo.

PS: E vemos este padrão uma e outra vez. A única coisa que o sistema visual precisa para começar a distinguir o mundo é informação dinâmica. Portanto, a inferência que retiramos disto, e de várias experiências semelhantes, é que o processamento dinâmico de informação, ou processamento de movimento, serve como a base para construir todo o resto da complexidade do processamento visual. Leva à integração visual e eventualmente ao reconhecimento.

Esta ideia simples tem implicações muito mais abrangentes. E deixem-me apenas mencionar duas. Uma, do domínio da engenharia, e uma da clínica. Portanto, da perspectiva da engenharia, podemos perguntar, sabendo que sabemos que o movimento é tão importante para o sistema visual humano, podemos usar isto como uma receita para construir sistemas visuais baseados em máquinas que possam aprender sozinhos, que não precisem de ser programados por um programador humano. E isso é o que estamos a tentar fazer.

Eu estou no MIT, no MIT têm de aplicar todo o conhecimento básico que ganhem. Por isso, estamos a criar o Dylan, que é um sistema computacional com um objectivo ambicioso de receber informação visual do mesmo tipo que uma criança humana receberia, e descobrir autonomamente quais são os objectos nesta informação visual. Portanto, não se preocupem acerca do interior do Dylan. Aqui, só vou falar acerca de como testamos o Dylan. A forma como testamos o Dylan é através de estímulos, como eu disse, do mesmo tipo que um bebé, ou uma criança no Projeto Prakash receberia. Mas, durante muito tempo, nós não conseguíamos compreender como conseguimos obter estes tipos de estímulos de vídeo. Por isso, eu pensei, será que podíamos fazer o Darius transportar a nossa câmara de bebés e, dessa forma, obter os estímulos que damos ao Dylan? Portanto, foi isso que fizemos. (Risos) Tive de ter uma longa conversa com a minha mulher. (Risos) De facto, Pam, se estás a ver isto, por favor perdoa-me.

Portanto, modificámos a ótica da câmara por forma a mimetizar a acuidade visual do bebé. Como alguns de vós poderão saber, os bebés basicamente nascem legalmente cegos. A sua acuidade -- a nossa acuidade é 20/20 -- a acuidade dos bebés é algo como 20/800, por isso, eles estão a olhar para o mundo de uma forma muito muito desfocada. Aqui está como um vídeo de uma câmara de bebés se parece.

(Risos) (Aplausos)

Felizmente, não tem áudio a acompanhar isto. O que é incrível, é que ao trabalhar com estímulos tão degradados, o bebé é capaz de, muito rapidamente, descobrir significado nesses estímulos. Mas, dois ou três dias depois, os bebés começam a prestar atenção às faces das suas mães e dos seus pais. Como é que isso acontece? Nós queremos que o Dylan seja capaz de fazer isso. E utilizando este mantra de movimento, O Dylan pode realmente fazer isso, apesar de que com esse tipo de estimulação de vídeo, com apenas seis ou sete minutos de vídeo, o Dylan consegue começar a extrair padrões que incluem caras. Portanto, é uma demonstração importante do poder do movimento.

A implicação clínica vem do domínio do autismo. A integração visual tem sido associada ao autismo por vários investigadores. Quando vimos isso, perguntámos: Poderia a incapacidade na integração visual ser uma manifestação de algo subjacente à dinâmica do processamento deficiente da informação no autismo. Porque, se essa hipótese fosse verdade, teria repercussões massivas na nossa compreensão do que causa os diferentes aspetos do fenótipo do autismo.

O que vão ver são clips de vídeo de duas crianças, uma neurotípica, uma com autismo, a jogarem Pong. Portanto, enquanto a criança joga Pong, nós estamos a registar para onde ela olha. A vermelho, estão os traços dos movimentos oculares, esta é a criança neurotípica, e o que vêem é que a criança é capaz de usar deixas da informação dinâmica para prever onde a bola irá. Mesmo antes de chegar a um sítio, a criança já está a olhar para lá. Contrastem isto com uma criança com autismo a jogar o mesmo jogo. Em vez de antecipar, a criança segue sempre onde a bola esteve. A eficiência do uso da informação dinâmica parece estar significativamente comprometida no autismo. Por isso, estamos a perseguir esta linha de trabalho e, esperançosamente, teremos mais resultados para divulgar em breve.

Olhando para o futuro, se pensarem neste disco como a representação de todas as crianças que tratámos até agora, esta é a magnitude do problema. Os pontos vermelhos são as crianças que não tratámos. Portanto, existem muitas, muitas mais crianças que precisam ser tratadas, e por forma a expandir o foco do projecto, estamos a planear o lançamento do Centro Prakash para Crianças, o qual terá um hospital pediátrico dedicado, uma escola para as crianças que estamos a tratar, e também umas instalações de investigação de topo. O centro Prakash irá integrar cuidados de saúde, educação e investigação de uma forma que cria realmente um todo que será maior que a soma das partes.

Portanto, para resumir, Prakash, nos seus cinco anos de existência, teve um impacto em múltiplas áreas, desde as neurociências base, plasticidade e aprendizagem no cérebro, até às hipóteses clinicamente relevantes como no autismo, o desenvolvimento de sistemas de visão em máquinas, a educação de estudantes do primeiro e segundo ciclo do ensino superior, e, mais importante, no tratamento da cegueira infantil. E, para os meus estudantes e para mim, tem sido uma experiência fenomenal porque temos tido a oportunidade de realizar investigação interessante, e ao mesmo tempo ajudar as muitas crianças com quem temos trabalhado.

Muito obrigado.

(Aplausos)