Паван Сінха - як мозок навчаєтсья бачити

Якщо ви - незряча дитина в Індії, то скоріш за все, ви будете змушені боротися як мінімум з двома серйозними проблемами. Перша проблема полягає в тому, що шанси отримати лікування наближаються до нуля, тому що більшість програм реабілітації сліпоти в країні орієнтовані на дорослих, і там дуже-дуже мало лікарень, що обладнані для лікування дітей. По суті, якщо б вас і лікували, скоріш за все, це робила би людина без медичного диплома, як показує цей випадок в штаті Раджастан. Це трирічна дівчина-сирота, у якої була катаракта. Опікуни дівчинки відвезли її до сільського лікаря, та замість того, щоб запропонувати опікунам відвезти дівчинку до лікарні, він вирішив припекти їй живіт розпеченим залізом, щоб вигнати з дівчинки демонів. Про другу проблему вам повідомлять неврологи, які скажуть, що якщо ви старше чотирьох-п'яти років, то навіть якщо вам вилікують очі, шанси на те, що ваш мозок навчиться бачити, дуже і дуже малі. Малі або взагалі відсутні.

Коли я почув про ці проблеми, вони глибоко занепокоїли мене, як по особистим причинам, так і по науковим. Дозвольте почати з особистого. Це прозвучить банально, але це правда. Це мій син Даріус. Як новоспечений батько, я абсолютно інакше розумію, наскільки діти чуттєві, які у нас перед ними зобов'язання, і як сильно ми здатні любити їх. Я б перевернув гори, заради лікування Даріуса. І для мене той факт, що в світі можуть бути інші Даріуси, які не отримують лікування, абсолютно не справедливий. Це моя особиста причина.

Наукова причина складається у представлені в неврології критичного періоду розвитку, ніби, якщо мозок старше чотирьох-п'яти років, то він втрачає здатність до навчання, що протирічить моїм представленням, оскільки я вважаю, що ця ідея не була адекватно перевірена. Ідея бере свій початок з робіт Девіда Хьюбела і Торстена Візеля, двох гарвардських дослідників, які отримали Нобелівську премію в 1981 році за дослідження фізіології зору -- прекрасні дослідження, але, я думаю, що деякі їх ідеї були передчасно екстрапольовані на людину. Вони працювали з кошенятами, піддаючи їх різним видам депривації, і ті дослідження, що були отримані ще в 60-х роках, зараз застосовуються до людських дітей.

Я зрозумів, що повинен зробити дві речі. Перша: надати медичний догляд дітям, що в даний момент не забезпечені лікуванням. І це гуманітарна місія. Науковою місією буде пошук границі зорового пристосування. Можна сказати, що ці дві місії відмінно поєднуються та доповнюють одна одну. Насправді, одна не можлива без іншої. Щоб виконати цю подвійну місію, декілька років назад я запустив проект Пракаш. "Пракаш", як ви знаєте, в перекладі з санскриту - "світло" і ідея полягає тому, що, приносячи світло в житті дітей, ми отримуємо шанс пролити світло на деякі з самих складних загадок неврології. Емблема, не дивлячись на дуже ірландський вигляд, насправді з'явилася від індійського символа - Дия, глиняної лампи. Загалом, ідея проекту складається з трьох етапів: соціальна програма для визначення, яким дітям потрібна допомога, лікування та наступні дослідження. Я хочу представити вам короткий відеоролик, в якому показані два перших етапи роботи.

Це соціальний центр, що організований в школі для сліпих.

(Текст: У більшості дітей повна, хронічна сліпота...)

Паван Сінха: Оскільки це школа для сліпих, велика кількість дітей там з хронічними захворюванням. Це - випадок мікрофтальмії, тобто недорозвинених очей, і це хронічне захворювання. Воно не лікується. Це крайній випадок мікрофтальмії, що називається енофтальмом. Але час від часу ми натрапляємо на дітей, у яких виявляється залишковий зір, і це дуже гарний знак, що говорить про те, що від захворювання можна позбавитись. Після огляду ми відправляємо дітей у лікарню. Це лікарня в Делі, з якою ми працюємо, Благодійна лікарня зору Шкрофа (Schroff Charity Eye Hospital). Там є дуже добре обладнаний педіатричний офтальмологічний центр, який став можливим частково дякуючи благодійності Рональда МакДональда. Харчування гамбургерами іноді дійсно корисне.

(Текст: Такі обстеження дозволяють нам підвищити здоров'я зору у багатьох дітей і допомагають знайти дітей, які зможуть брати участь в проекті Пракаш.)

П.С.: Зараз камера наблизиться до очей дитини, ви побачите причину його сліпоти. Білі плями в центрі його зіниць -- це вроджена катаракта, яка замутняє кришталик ока. Кришталики наших очей прозорі, але кришталики цієї дитини стали непрозорими, і тому він не може бачити світ. Отже, дитина отримує лікування. Ви побачите знімки ока. Тут око ще з мутним кришталиком, тут кришталик вилучений, а тут в око вставлено акриловий кришталик. Тут ця ж дитина через три тижні після операції, з відкритим правим оком.

(Оплески)

Дякую.

Навіть після цього маленького відео стає ясно, що одужання можливо, і зараз ми забезпечуємо лікування більш ніж 200 дітям, і історія з ними повторюється. Після лікування дитина отримує значні можливості. Насправді так відбувається, навіть якщо людина отримала зір після декількох років сліпоти. Кілька років тому ми написали статтю про жінку, на фотографії вона праворуч, вона стала бачити в літньому віці, і для її віку в неї чудовий зір. Я повинен зробити трагічне зауваження. Два роки тому вона загинула в автокатастрофі. Її історія справді надихає, маловідома, але надихаюча історія. І коли ми стали отримувати такі результати, ви можете уявити, що це викликало багато шуму у науковій та популярній пресі. Ось стаття в журналі "Nature", описує нашу роботу, і ще одна в "Time". Ми були достатньо впевнені, ми і зараз впевнені, що відновлення можливо, незважаючи на тривалу сліпоту.

Напрошується очевидне запитання: як іде процес відновлення? Ми досліджуємо процес наступним чином. Припустимо, ми знайшли дитину, чутливу до світла. Дитині надається лікування, і я хочу підкреслити, що лікування абсолютно безкоштовне. Ми не вимагаємо компенсацій. Лікування отримують і велика кількість дітей, з якими ми не працюємо. Кожну дитину, що потребує лікування, лікують. Після лікування, приблизно щотижня, дитина проходить ряд простих перевірок, які дозволяють зрозуміти, як її зір приходить в норму. І ми намагаємося робити це якомога довше. Цей шлях розвитку дає нам безпрецедентну і неймовірно цінну інформацію про те, як підтримуваний зір відновлюється. Які причинні зв'язки можуть бути між здібностями, що рано розвиваються і тими, які з'являються пізніше?

Ми використовували загальноприйнятий підхід для дослідження безлічі різних зорових здібностей, але я хочу особливо виділити одну з них -- це розбиття зображення на об'єкти. Будь-яке зображення, подібне зображенню ліворуч, будь це реальне або штучне зображення, складається з маленьких областей, які ви бачите посередині, областей різних кольорів і різної яскравості. Перед мозком стоїть складне завдання суміщення та об'єднання підмножин цих областей на щось більш осмислене, в те, що ми можемо вважати об'єктами, що ви і бачите справа. І ніхто не знає, як це відбувається. Це питання, яким ми задаємося в проекті Пракаш.

Ось що відбувається незабаром після відновлення зору. Ця людина отримала зір всього пару тижнів тому, і ви бачите як, Етан Майерс, аспірант з Массачусетського Технологічного Інституту, проводить з ним експеримент. Його зорова координація дуже слабка, але ви можете бачити, які саме області він намагається розпізнати. Якщо показати йому зображення реального світу, якщо показати реальний світ будь-якій людині на зразок нього, він не зможе розпізнати більшість об'єктів, тому що світ для нього надто фрагментований, для нього це колаж, строката мозаїка з областей різного кольору і яскравості. Такі області виділені зеленим контуром. Якщо попросити його показати, де знаходяться об'єкти, навіть якщо він не може їх назвати, він покаже на ці області. Таким чином, світ -- це складна мозаїка з таких областей. Навіть тінь на м'ячі стає окремим об'єктом. Досить цікаво, що через кілька місяців відбувається наступне.

Доктор: Скільки тут об'єктів?

Пацієнт: Два об'єкти.

Доктор: Якої вони форми?

Пацієнт: Форми ... Ось це коло, а це квадрат.

П.С.: Відбулася істотна зміна. Виникає питання: що лежить в основі цієї зміни? Це глибоке питання і особливо вражає те, яка проста відповідь на нього. Відповідь полягає в русі, і я хочу показати це в наступному відео.

Доктор: Які фігури ви бачите?

Пацієнт: Я не можу розібрати.

Доктор: А зараз?

Пацієнт: Трикутник.

Доктор: Скільки тут об'єктів? А зараз, скільки тут об'єктів?

Пацієнт: Два.

Доктор: Що це за об'єкти?

Пацієнт: Квадрат і коло.

П.С.: І ми бачимо цю закономірність знову і знову. Саме динамічна інформація потрібна зоровій системі, щоб розпізнавати світ. Таким чином, на основі цього і деяких інших експериментів, ми робимо висновок, що обробка динамічної інформації, або обробка руху, є основною для побудови всієї системи візуальної обробки. На ній заснована візуальна інтеграція, а потім і розпізнавання.

Ця проста ідея має далекосяжні наслідки. Дозвольте коротко сказати про два з них. Перший -- з галузі інженерії, а другий з області медицини. Отже, з позиції інженерії ми можемо поставити запитання, знаючи, що рух такий важливий для людської зорової системи, чи можемо ми використовувати цей підхід при створенні штучної зорової системи, яка може самонавчатися, яку не повинен програмувати програміст-людина. Саме це ми і намагаємося зробити.

Я з МІТ, а там потрібно застосовувати будь-які знання, які у вас є. І ми створюємо систему "Ділан", це обчислювальна система з претензійним завданням: отримувати візуальні сигнали, подібні тим, що отримує людське дитя, і самостійно з'ясовувати, які об'єкти знаходяться в полі зору. Не замислюйтеся про внутрішню будову Ділана. Зараз я хочу розповісти про те, як ми його тестували. Ми тестували Ділана, подаючи йому відео того ж роду, як я говорив, що бачать діти, які беруть участь у проекті Пракаш. Але досить довго ми не могли зрозуміти, як ми можемо отримати подібне відео. І я подумав, що ми можемо зробити Даріуса носієм нашої бебі-камери, і таким чином забезпечувати Ділана потрібними сигналами. Ось що ми зробили. (Сміх) Мені довелося довго вмовляти дружину. (Сміх) Пем, якщо ти дивишся цю програму, вибач мене, будь ласка.

Ми скоригували оптику камери так, щоб імітувати гостроту зору малюка. Можливо, ви знаєте, що діти народжуються практично сліпими. У них гострота зору -- у нас це 20/20 -- гострота зору у малюків приблизно 20/800, це означає, що вони бачать світ в дуже, дуже розмитому вигляді. Ось як виглядає відео з дитячою камери.

(Сміх) (Оплески)

На щастя, в цьому ролику немає звукової доріжки. І дивно, що працюючи з таким сильно розмитим зображенням, малюк дуже швидко здатний знаходити в цьому зображенні сенс. А через два або три дні малюк починає звертати увагу на обличчя своєї матері або батька. Як це відбувається? Ми хочемо, щоб Ділан був здатний на це. І користуючись цією мантрою руху, Ділан насправді робить це, навіть отримуючи зображення подібної якості. Всього через шість-сім хвилин перегляду відео Ділан починає виділяти ділянки, що містять обличчя. Це істотний доказ сили руху.

А ось медичний наслідок, який стосується області аутизму. Кілька дослідників пов'язують візуальну інтеграцію з аутизмом. Коли ми дізналися про це, ми поставили запитання: чи може порушення візуальної інтеграції бути проявом якогось прихованого дефекту обробки динамічної інформації при аутизмі? Тому що, якщо це припущення вірне, то це матиме неабиякий вплив на наше розуміння причин прояви різних аспектів фенотипу аутизму.

Зараз ви побачите на відео двох дітей, що грають в "понг", один з них з аутизмом, інший без. Поки дитина грає в "понг", ми стежимо за тим, куди він дивиться. Червоні точки показують, куди спрямований погляд, це нейротипічна дитина, і ви бачите, що дитина може отримувати підказки з динамічної інформації, щоб вгадати, куди прилетить кулька. Ще до того, як кулька досягне місця, дитина вже дивиться туди. Тепер подивіться, як в ту ж гру грає дитина з аутизмом. Замість того, щоб передбачати, він постійно дивиться туди, де знаходиться кулька. Ефективність використання динамічної інформації при аутизмі здається значно зниженою. Ми продовжуємо працювати в цьому напрямку, і, сподіваюся, скоро ми отримаємо ще більше результатів.

Забігаючи вперед, якщо уявити, що це коло символізує всіх дітей, яких ми вже вилікували, то ось це -- реальний обсяг завдання. Червоні точки -- це ті діти, яких ми не лікували. Таким чином, ще дуже багато дітей потребують лікування, і для того щоб розширити рамки проекту, ми плануємо відкрити дитячий центр Пракаш, в якому буде спеціальна педіатрична лікарня, школа для дітей, яких ми лікуємо, а також передовий дослідний центр. Центр Пракаш об'єднає охорону здоров'я, освіту і дослідження так, що це безсумнівно зробить його чимось більшим, ніж сума його частин.

Підводячи підсумок, Пракаш за свої п'ять років існування вплинув на кілька областей, таких як неврологія, пристосованість і здатність до навчання мозку, медично важливі гіпотези щодо аутизму, розробка автономної машинної зорової системи, навчання студентів і аспірантів, і, що найважливіше, на реабілітацію дитячої сліпоти. І для моїх студентів, і для мене це було феноменальним досвідом, тому що ми провели цікаве дослідження, і в той же час допомогли багатьом дітям, з якими працювали.

Дякую!

(Оплески)