Dar widzenia i nauka widzenia

Dziesięć lat temu Pawan Sinha odwiedzał swojego ojca w Delhi, kiedy zauważył zdumiewający i tragiczny widok: małe dzieci, wiele z nich okaleczonych lub niewidomych, żebrzą na ulicach. Mógł powiedzieć, że wiele niewidomych dzieci miało zaćmę – stan, który można łatwo skorygować chirurgicznie.

Sinha, profesor nauk o mózgu i kognitywistyce na MIT, który zajmuje się badaniem wzroku, od razu dostrzegł szansę, by pomóc tym dzieciom, a jednocześnie kontynuować swoje badania nad rozwojem mózgu. Szukał sposobu na zbadanie, w jaki sposób mózg uczy się rozumieć wzrokowy sygnał wejściowy z oczu, pytanie, które tradycyjnie badali neuronaukowcy, badając dzieci. Niemowlęta jednak zwykle nie są przedmiotem wspólnych badań, co ogranicza wartość takich badań.

Sinha uświadomił sobie, że idealnymi podmiotami byliby ludzie niewidomi od urodzenia, którzy później zyskali wzrok. Bardzo szybko przyszło mi do głowy, że zapewniając tym dzieciom operację wzroku, mielibyśmy również odpowiedź na pytanie, z którym się zmagałem – mówi. Ta zbieżność możliwości zrobienia czegoś, co bezpośrednio wpłynie na życie dzieci, a także spowoduje postęp w kwestiach naukowych, była bardzo atrakcyjną możliwością.

W 2005 roku Sinha uruchomiła Projekt Prakash, aby znaleźć dzieci z uleczalnymi formami ślepoty i zaoferować im bezpłatne leczenie. Od tego czasu w ramach projektu przebadano ponad 28 000 dzieci, zarówno w Delhi, jak i w odległych indyjskich wioskach, a prawie 2000, w tym 162 z wrodzoną ślepotą, leczono z powodu różnych problemów ze wzrokiem. Badając niektóre z tych dzieci po operacji, Sinha i jego koledzy odpowiedzieli na wiele pytań dotyczących tego, jak mózg uczy się widzieć. Ich odkrycia wpłynęły również na sposób leczenia niektórych form ślepoty w Indiach i innych krajach.

Multimedia

• Obejrzyj filmy profesora Pawana Sinha, SM ’92, PhD ’95, omawiającego, w jaki sposób mózg uczy się widzieć.

Tragedia, której można zapobiec
Indie mają niezwykle dużą populację dzieci niewidomych; szacunki wahają się od 200 000 do ponad miliona. Wskaźnik ślepoty u dzieci w krajach rozwijających się jest pięciokrotnie wyższy niż w krajach bardziej zamożnych, a Światowa Organizacja Zdrowia twierdzi, że w Indiach ponad połowa wszystkich dzieci niewidomych od urodzenia umiera przed ukończeniem piątego roku życia. Ci, którzy przeżyją, mają bardzo ograniczone możliwości: w krajach rozwijających się 90 procent nie ma wykształcenia. W Indiach nawet ci, którzy uczęszczają do szkół dla niewidomych, otrzymują minimalne wykształcenie, które nie jest bliskie przygotowania ich do dobrze płatnej pracy. Mogą na przykład nauczyć się liczyć, ale zazwyczaj nie otrzymują dalszych instrukcji matematycznych. Mniej niż 1% niewidomych w Indiach jest zatrudnionych jako dorośli.

Większość uleczalnych przypadków ślepoty obejmuje zaćmę lub bliznowacenie rogówki, co często jest spowodowane niedoborem witaminy A. Oba można naprawić za pomocą procedur chirurgicznych, które w krajach rozwiniętych są uważane za rutynowe: zaćmę można usunąć, a blizny na rogówce można zastąpić. Jednak w wiejskich Indiach dzieci z tymi schorzeniami zwykle pozostają niewidome.

W Stanach Zjednoczonych, gdybym znalazł jedno takie nieleczone dziecko, byłby to nagłówek wiadomości, mówi Sinha. Ale w Indiach, ponieważ większość dzieci rodzi się w swoich domach, nie mają one prawie żadnego kontaktu z nowoczesną opieką medyczną. Rzeczywiście, mniej niż 20 procent niewidomych dzieci w Indiach jest leczonych, mówi Sinha, chociaż dwa razy więcej ma schorzenia, które można wyleczyć. Mniej niż 15 procent głównych szpitali w Indiach posiada pediatryczne oddziały okulistyczne, a większość istniejących placówek znajduje się w miastach, z utrudnionym dostępem dla mieszkańców wsi.

Projekt Prakash ( prakasz to sanskryckie słowo oznaczające światło) wysyła zespoły optometrystów i okulistów do wiosek odległych od Delhi w poszukiwaniu dzieci, którym można by pomóc. Odwiedzenie tych wiosek było dla Sinha objawieniem. Dorastając w Delhi, gdzie jego ojciec był administratorem w Indyjskim Instytucie Technologii (IIT), był chroniony przed ubóstwem, które ogarnia większość wiejskich Indii.

Wzrok na bolące oczy: Suma Ganesh (u góry po lewej), szef okulistyki dziecięcej w Charity Eye Hospital dr Shroffa w Delhi, używa lampy szczelinowej do badania dziecka. W 2003 roku Pawan Sinha (na dole po lewej, na pierwszym planie) odwiedził kilka wiejskich wiosek, aby na własne oczy przekonać się o dziecięcej ślepocie w Indiach. Tutaj on i Asim Sil, okulista, który gościł jego wizytę, pracują z 11-letnią dziewczynką, która w wieku siedmiu lat przejrzała jedno oko. Ta wizyta pomogła mi skrystalizować w moim umyśle potencjalne humanitarne i naukowe znaczenie wysiłków, które miały stać się Projektem Prakash, mówi Sinha. Po prawej, w 2006 roku, Yuri Ostrovsky, PhD ’10, przetestował pacjenta o imieniu Abid na zadaniu percepcji kształtu kilka tygodni po operacji z powodu wrodzonej ślepoty. Leczona była również siostra Abid, która miała ten sam stan.

Chociaż dorastałem w Indiach, nie doceniałem tego, jak duża część tego kraju żyje, mówi Sinha, który zwykle wraca dwa razy w roku. To bardzo otrzeźwiające uświadomienie sobie, że w kraju, który naszym zdaniem rozwija się tak dobrze, rzeczywistość wydaje się zupełnie inna, kiedy odwiedza się wioski.

Richard Held, emerytowany profesor nauk o mózgu i kognitywistyce na MIT, który towarzyszył Sinha w wycieczce do Indii w 2008 roku i był współautorem dwóch artykułów na temat badań Projektu Prakash, mówi, że mieszkańcy wioski są otwarci i ciekawi przybyszów. Wszyscy wychodzą i patrzą na nas. Jesteśmy na wystawie, bo nie widują zbyt wielu zwiedzających – mówi. Sinha, który biegle posługuje się hindi, z łatwością nawiązuje kontakt z mieszkańcami, mówi Held. Mówi, że jest bardzo hojną osobą i mądrą ludźmi, a także dobrym naukowcem.

Stopniowy proces
Zespoły Projektu Prakash zwykle kończą przesiewanie od 100 do 200 dzieci na wioskę. Wszyscy dobrzy kandydaci do operacji są zaproszeni do przyjazdu do Delhi, gdzie mogą być leczeni w placówce zwanej Charity Eye Hospital dr Shroffa, głównego partnera Projektu Prakash w Indiach. Projekt Prakash, który jest częściowo finansowany przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia, pokrywa koszty operacji i transportu, pokrywając również utracone zarobki rodziców dzieci.

Chociaż usuwanie zaćmy i wymianę rogówki wykonywano u niemowląt w krajach rozwiniętych, takie operacje rzadko wykonywano u starszych dzieci, które były niewidome od niemowlęctwa, więc naukowcy nie byli pewni, czego się spodziewać. Yuri Ostrovsky, PhD ’10, który pomógł Sinha uruchomić projekt, wspomina, że ​​na początku uważał, że najbardziej ekscytującym momentem będzie zdjęcie bandaży po operacji niewidomego pacjenta z wrodzonym wrodzonym dzieckiem. Przygotowaliśmy się na ten moment i zapytaliśmy ich: „Jak wygląda teraz świat?”. A oni odpowiedzieli: „Prawie tak samo”, mówi Ostrovsky, obecnie podoktorat w laboratorium Sinha. To było trochę zaskakujące i może pod pewnymi względami trochę rozczarowanie.

Badając dzieci pod kątem zadań wzrokowych, takich jak rozróżnianie kolorów i identyfikacja kształtów, naukowcy odkryli, że natychmiast po zabiegu oczy pacjentów mogą wykryć tylko światło i pewien stopień koloru. Oznacza to, że mogą śledzić źródło światła i określić, że zielona plama różni się od dwóch czerwonych plam (chociaż nie znają kolorów z nazwy). Ich mózgi nie nauczyły się jeszcze przetwarzać bardziej złożonych obrazów, takich jak twarze. Ich zdolność do zrozumienia, co jest co – to wymaga czasu, mówi Sinha. Miesiąc na niektóre zadania, dłużej na inne.

Badania opublikowane przez Sinha i jego współpracowników w 2006 i 2009 roku wykazały, że dzieci leczone nawet w wieku nastoletnim – a w jednym przypadku 29-letni dorosły – wciąż były w stanie widzieć wystarczająco dobrze, aby rozpoznawać przedmioty i poruszać się po świecie.

Testy postępów wzrokowych dzieci — wykonywane dzień, tydzień i miesiąc po operacji i później — stanowią podstawę badań naukowych Projektu Prakash. (Uczestnictwo w badaniach jest dobrowolne, a dzieciom oferuje się leczenie niezależnie od tego, czy w nich uczestniczą). Pierwsze znaczące odkrycie zmieniło sposób, w jaki lekarze postrzegają problem dziecięcej ślepoty. Wcześniej wielu lekarzy (w Indiach i gdzie indziej) było przekonanych, że gdy niewidome dzieci osiągną pewien wiek, około sześciu czy siedmiu lat, nie ma sensu ich leczyć. Uważano, że ich mózgi utraciły zdolność uczenia się przetwarzania informacji wizualnych. Ta idea krytycznego okresu istnieje od lat 60. XX wieku, kiedy naukowcy wykazali, że kocięta z zaszytymi oczami od urodzenia do trzeciego miesiąca życia znacznie zmniejszyły aktywność neuronów w obszarach mózgu przetwarzających widzenie po otwarciu oczu. Efektu tego nie zaobserwowano u kotów pozbawionych wzroku w późniejszym życiu.

Jednak badania opublikowane przez Sinha i jego współpracowników w 2006 i 2009 roku wykazały, że dzieci traktowane dopiero jako nastolatki – a w jednym przypadku 29-letni dorosły – wciąż były w stanie widzieć wystarczająco dobrze, aby rozpoznawać przedmioty i poruszać się po świecie . Nie oznacza to, że mają doskonały wzrok — wielu nigdy nie będzie miało wzroku lepszego niż 20/80, nawet w okularach. Wydaje się, że jest krytyczny okres dla rozwoju doskonałej ostrości, mówi Sinha. Ale w przypadku innych zadań nie wydają się mieć krytycznego okresu. Jeden z wczesnych pacjentów, Bablu, był leczony z powodu zaćmy w wieku 16 lat. Przed operacją Bablu był nieśmiały i brakowało mu pewności siebie, często siedział z przygarbionymi ramionami, mówi Ostrovsky. Niewiele się zmieniło w ciągu pierwszych kilku miesięcy po operacji, ale około 10 miesięcy później, kiedy Ostrovsky zobaczył go ponownie, wydawał się zupełnie inną osobą.

Wchodził w interakcje z ludźmi w zupełnie inny sposób, ponieważ jego wizja poprawiła się do tego stopnia, że ​​była dla niego bardzo przydatna, mówi Ostrovsky. Wyprowadził się ze szpitala młodzieżowego, mógł żyć sam, mógł sam chodzić na zakupy po jedzenie. Naprawdę widziałeś różnicę w jego zachowaniu.

Suma Ganesh, kierownik okulistyki dziecięcej w Charity Eye Hospital dr Shroffa, mówi, że widząc postępy u pacjentów z Projektu Prakash, wielu chirurgów chętniej operuje starsze dzieci. Te dzieci były we wszystkim zależne od innych, albo uczyły się w szkołach dla niewidomych, albo nie wychodziły z domu, mówi. Następuje poprawa widzenia funkcjonalnego — niektóre dzieci zaczęły chodzić do normalnej szkoły, inne przeszły z alfabetu Braille'a na druk.

Odpowiadanie na pytania
Kiedy Sinha i jego koledzy ustalili, że leczone dzieci rzeczywiście zyskały pewne zdolności wizualne, mogli zacząć bardziej szczegółowo badać, jak te umiejętności się rozwijają.

Najpierw przyjrzeli się zadaniu zwanemu integracją wizualną — umiejętnością wybierania obiektów ze sceny. Niedługo po zabiegu pacjenci byli w stanie zidentyfikować pewne kształty, takie jak trójkąty lub kwadraty, gdy znajdowały się obok siebie, ale nie, gdy zachodziły na siebie. Zamiast widzieć zarys każdego kształtu, pacjenci widzieli każdy fragment kształtu jako własną całość. Jeśli jednak jeden z kształtów został wprawiony w ruch, pacjenci mogli go znacznie łatwiej zidentyfikować. Sugeruje to, że ruch dostarcza mózgowi krytycznych informacji o tym, co stanowi przedmiot. Z biegiem czasu, między 8 a 16 miesiącem po zabiegu, mózg uczy się, że obiekty, które poruszają się razem, mają również inne cechy, takie jak kolor i orientacja, co pomaga mu również nauczyć się rozpoznawać obiekty nieruchome.

Badania wykazały, że widzące dzieci również uczą się rozpoznawać przedmioty na podstawie tego, jak się poruszają, co sugeruje, że rozwój wzroku u dzieci Prakash może przebiegać według tego samego wzorca, który zwykle obserwuje się w niemowlęctwie. Jeśli ewolucja odkryła jakieś skuteczne sposoby poznawania świata, sensowne byłoby wdrożenie podobnych algorytmów jeszcze później, mówi Sinha. (Nadal nie jest pewne, czy tak się dzieje, mówi, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że 10-letnie dziecko ma znacznie więcej doświadczeń ze świata innymi zmysłami niż noworodek).

Badania w ramach projektu Prakash również pomogły niedawno odpowiedzieć na wielowiekową filozoficzną zagadkę. W 1688 roku naukowiec William Molyneux zapytał, czy osoba niewidoma, która zyskała zdolność widzenia, będzie w stanie rozpoznać wzrokiem obiekt znany wcześniej tylko dotykiem. Innymi słowy, czy informacje z jednego zmysłu przekładałyby się na inny? Sinha i jego koledzy odkryli, że ich pacjenci nie potrafili od razu rozpoznawać obiektów, które wcześniej znali dotykiem, ale nabyli tę zdolność w ciągu kilku dni.

Aby w końcu uzyskać odpowiedź na to pytanie i mieć niewidome dzieci w Indiach, dostarczyć odpowiedzi na pytanie, nad którym zastanawiali się najwybitniejsi filozofowie w Anglii – to było bardzo satysfakcjonujące, mówi Sinha.

Naukowcy badają obecnie, w jaki sposób rozwija się zdolność rozróżniania twarzy, a także używają funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym (fMRI) do badania plastyczności mózgu – czyli tego, jak zmieniają się jego wzorce aktywności, gdy nowo widzące dzieci uczą się przetwarzać to, co widzą. Wstępne wyniki sugerują, że gdy mózg przyjmuje nowe informacje, komórki specjalizują się w kodowaniu różnych aspektów tego, co widzi pacjent.

Według Davida Somersa, profesora nadzwyczajnego psychologii na Uniwersytecie Bostońskim, przed Projektem Prakash nie można było przeprowadzić szeroko zakrojonych badań nowo widzących. Z historycznego punktu widzenia w ciągu ostatnich 1000 lat było bardzo niewiele przypadków — być może 20 osób, którym przywrócono wzrok w późniejszym okresie życia, zostało przebadanych naukowo, więc trudno jest wyciągnąć duże wnioski, mówi. Teraz, przy tak wielu pacjentach, nauka jest o wiele bogatsza. To, co sprawia, że ​​Project Prakash jest tak piękny, to połączenie strony naukowej z przedsięwzięciem filantropijnym, w którym naprawdę pomagają ludziom, którzy po prostu potrzebują bardzo niedrogiej procedury, do której trudno jest im uzyskać dostęp, ale która może radykalnie zmienić ich jakość życia.

Podjęcie kolejnego kroku
Jednym z pierwszych dzieci leczonych w ramach Projektu Prakash był 14-letni chłopiec o imieniu Junaid, który przyszedł na badanie wzroku w Delhi w 2005 roku. Junaid cierpiał na nieleczoną wrodzoną zaćmę obu oczu i uczęszczał do szkoły dla niewidomych w Delhi , gdzie otrzymał bardzo niewielkie wykształcenie. Jego rodzina, która miała 45 dolarów miesięcznie na wyżywienie siedmiorga dzieci, nie byłaby w stanie pozwolić sobie na usunięcie zaćmy za 350 dolarów.

14-letnia Farana jest poddawana testom w celu określenia recepty na okulary. Ona i jej siostra były leczone z powodu wrodzonej zaćmy w 2009 roku po tym, jak zostały zidentyfikowane podczas sesji przesiewowej kilkaset mil od Delhi.

Po operacji Junaid wykazał wyraźną poprawę wzroku i był w stanie samodzielnie rozpoznawać ludzi i przedmioty oraz poruszać się po okolicy. W sierpniu 2011 roku przyszedł do szpitala Shroff, aby naprawić swoje okulary i wpadł na Sinha, który był pod wrażeniem tego, jak bardzo poprawił się wzrok chłopca, ale zniechęcony, gdy dowiedział się, że nadal nie był w stanie uzyskać wykształcenia. Po operacji żadna tradycyjna szkoła nie przyjęłaby nastolatka, którego poziom wykształcenia dawałby mu miejsce w pierwszej klasie, więc włóczył się po Delhi w poszukiwaniu pracy. Ale pracodawcy nie byli zbytnio zainteresowani zatrudnieniem kogoś z tak niskim wykształceniem.

Uderzyło mnie to jako wielka tragedia, wielkie rozczarowanie dla dziecka, o którym wiedziałem, że jest bardzo mądre i ma wielkie nadzieje, mówi Sinha. Zatrudnił studentów z Indyjskiego Instytutu Technologicznego do guwernera Junaid na dwa lata. W tym czasie Project Prakash płaci mu również stypendium, aby pomóc we wspieraniu jego rodziny.

Inne leczone dziecko, ośmioletni Paras, wrócił do swojej szkoły dla niewidomych, ponieważ nie zabrałaby go żadna zwykła szkoła, na którą mogliby sobie pozwolić jego rodzice. Wydaje się, że ten problem pojawia się u wielu dzieci, mówi Sinha. W jakiś sposób nie mogą zostać zaakceptowani do głównego systemu szkolnego i musimy to zmienić.

Sinha planuje teraz zbudować Centrum Prakasha które obejmowałyby szpital dla chirurgii oka, zaplecze naukowo-badawcze i szkołę dla nowo widzących dzieci. Uczniowie otrzymaliby przyspieszony kurs, aby przygotować ich do odpowiedniego dla ich wieku poziomu klas, co pozwoliłoby im wejść do zwykłego systemu szkolnego.

Sinha ma nadzieję zbudować centrum w pobliżu miasta Rishikesh, położonego około 250 kilometrów od Delhi na równinach rzeki Ganges – jednego z czterech świętych miast, które każdego roku przyciągają miliony pielgrzymów. Sinha przewiduje, że centrum pomoże opłacić swoje działania charytatywne, oferując opiekę okulisty odwiedzającym, których stać na to.

Właśnie rozpoczęło się zbieranie funduszy na budowę nowego centrum, które według szacunków Sinha będzie kosztować 16 milionów dolarów. Po zebraniu 1 miliona dolarów projekt będzie mógł kupić kawałek ziemi, co Sinha wierzy, że pomoże zebrać dodatkowe pieniądze. Na razie skupiamy się na przywracaniu i studiowaniu wzroku, ale ostatecznie Sinha chciałaby rozszerzyć centrum, aby zająć się innymi niepełnosprawnościami z dzieciństwa.

Chociaż centrum wciąż pracuje, Projekt Prakash już wywarł ogromny wpływ na życie wielu dzieci, co jest bardzo satysfakcjonujące dla Sinha. Jego poczucie obowiązku zrobienia czegoś z problemem dziecięcej ślepoty stało się dużo bardziej osobiste pięć i pół roku temu, kiedy urodził się jego syn, Dariusz.

Od narodzin Dariusza zauważyłem, że widok innego dziecka cierpiącego ból jest jak trzewny cios, ponieważ nie możesz nic poradzić na to, że widzisz swoje własne dziecko w takiej sytuacji, mówi. Zadajesz sobie pytanie, co chciałbyś, aby druga osoba zrobiła, gdyby Twoje dziecko znalazło się w takiej sytuacji? A to tylko wyjaśnia wszystkie decyzje, które możesz kiedykolwiek podjąć, co jest słuszne. Każde dziecko, któremu jesteśmy w stanie pomóc, to jak osobiste zwycięstwo. Na ludzkim poziomie jest to bardzo satysfakcjonujące, a wyniki naukowe są oczywiście bonusem.

ukryć