Нашата визия, както всички други сетива, е ковък и променлива в зависимост от опита. Вземете например онези случаи, когато хората, лишени от едно чувство, изпитват компенсаторно увеличение на други - например при слепите, чувството за допир и слух се изострят. С помощта на съвременни методи невролозите убедително доказват, че нервните вериги на мозъка се променят физически: сензорните центрове се пренареждат в търсене на ефективен баланс между възможностите на наличните невронни ресурси и потребностите, поставени пред тях от входящи сензорни впечатления. Изследването на това явление показва, че някои сензорни зони имат естествена склонност към определени функции, но също така ясно демонстрират пластичността на развиващия се мозък.
Вземете плъх, който е сляп от раждането, да речем поради увреждане и на двете ретини. Докато порасне, я научаваш да минава през лабиринта. Тогава леко увреждате зрителната й кора. Отново пускате плъха в лабиринта и сравнявате времето, отнело преди операцията и след това. По принцип увреждането на зрителната кора не трябва да влияе върху способността на сляп плъх да се движи по лабиринт. Но класическата експериментална констатация, направена от Карл Лашли и колегите му преди десетилетия, е, че плъхът се справя по-зле от задачата: очевидно визуалната му кора е инвестирана в процеса, въпреки че не знаем как точно.
Приблизително по същото време лекарите съобщават за два вида слепота в развитието. В първия вариант пациент, чието едно око беше сляпо от раждането поради катаракта или рядко заболяване на клепачите, след елиминирането на този анатомичен проблем все още остава сляпо или почти сляпо за това око - нещо пречи на нервните му пътища да се свържат правилно. Вторият вариант включваше деца с вродена клечка: когато пораснат, едно от очите много често спира да работи - така нареченото „мързеливо око“, научно - амблиопия. Окото всъщност не ослепява - ретината му функционира - но човекът не го вижда.
Пионерите на зрението Дейвид Хубел и Торстен Визел, които откриха принципите на обработката на изображенията във визуалната кора (и получиха Нобелова награда за това), в експерименти с животни изясниха неврологичната основа на амблиопията. Синапсите, свързващи клетките на ретината с централната нервна система, са доста податливи през критичен период в началото на живота. Ако кортикалните неврони получават много информация от едното око и не получават от другото, тогава аксоните, представляващи първото око, улавят всички синаптични пространства на кортикалните неврони. В същото време второто око остава функционално, но без връзки с невроните на кората.
При нормални обстоятелства изображенията от двете очи се записват почти перфектно, а едно и също място във визуалната сцена стимулира една група кортикални неврони. Но когато Хубел и Визел изкуствено „изкривиха“очите на младите животни с призма, която измести видимия образ, изображенията от двете очи не се сближиха правилно на една и съща мозъчна дестинация. При страбизъм човек вижда два отделни и противоречиви образа. Мозъкът е принуден да избере едно око. В същото време връзките на втория се потискат - първо временно, след това постоянно и окото става функционално сляпо.
Друг изкусен експеримент демонстрира различен вид реорганизация на кортикалните реакции. "Картата" на ретината е разположена върху зрителната кора - разбира се, тя се изкривява от вълнообразността на повърхността на кората, но въпреки това е лесно да се гарантира, че съседните точки на ретината се проектират върху съседни точки на зрителната кора, като се организира своеобразна карта на визуалната сцена върху нея. Чарлз Гилбърт от университета Рокфелер безболезнено изгаря мъничка дупка в ретината на маймуната с лазер безболезнено, след което я записва от зрителния кортекс, за да види как реагира кортикалната карта. В началото имаше дупка в нея, съответстваща на дупката в ретината. Но след известно време съседните области на кората се преместиха и заеха освободеното пространство: съседните области на ретината общуваха с кортикални неврони, които нормално биха реагирали на увредената зона.
Това не означава, че зрението на увредената зона на ретината е възстановено. Ако ретината ви е засегната, никога няма да видите нищо унищожено - там вече имате слепо петно. Но дори и ако мозъкът не е в състояние да компенсира дупката в ретината, зоната около нея ще „притежава“повече кортикални неврони от преди. Можем да кажем, че природата по този начин предотвратява кортикалното безделие: вечното бездействие на част от кората, която е престанала да получава сигнали от естествен източник, е недопустим лукс, така че с течение на времето тя започва да функционално осигурява непокътнати връзки.
Промоционално видео:
Силни доказателства за мозъчната пластичност идваха от сканиране на мозъчната дейност на хора, които са се родили слепи. Когато слепите доброволци в скенера използваха пръстите си, за да прочетат брайлов писък, първичната зрителна кора на мозъка, която нормално обработва визуални сигнали, беше активна. По някакъв начин обработката на тактилна информация е заела неизползван визуален център.
Друг ярък пример са цигуларите. Докато свирите на цигулка, правите метещи движения с едната ръка, покланяте се по струните и серия от много фини движения с другата ръка, натискате струните в добре определени точки на врата - много бързо, ако сте добър цигулар, и изненадващо бързо, ако сте звезда. Изключително предизвикателство за бързина и точност! Професионалните цигулари практикуват тези движения в продължение на много часове всеки ден. И това се отразява във физическото местоположение на връзките в мозъка им. Движенията на пръстите се контролират от определена област на мозъка, а при цигулари той се разширява - поради съседната мозъчна тъкан със собствени функции. Но това важи само за ръката на бара. Същата зона от другата страна на мозъка, която контролира наведената ръка, не се разширява, защото движенията на тази ръка са сравнително груби.
Обратната ситуация - лишаване, вместо прекаляване, също е проучена в лабораторията. Котките, отгледани в тъмнината, са загубили способността за правилно комбиниране на изображения от двете очи. Други котки бяха отгледани при такива условия, че виждаха само вертикални или хоризонтални ивици: в първичния зрителен кортекс имаха необичайно голям брой неврони, съответно настроени на вертикална и хоризонтална. Друга група котки израства в тъмна стая, осветена от много къси светлинни проблясъци: такива животни могат да виждат, но не възприемат движение, тъй като ретините им нямат време да регистрират движенията на обекти по време на проблясъци и в кората им няма неврони, които избирателно реагират на движение в различни посоки.
Все это указывает на податливость формирующихся сенсорных систем. Но что, если человек вырастет вообще без зрения? Нейропсихолог Дональд Хебб предсказал, что зрению в значительной степени можно научиться. Сложные восприятия формируются через опыт, путем ассоциации, и, по его мнению, происходить это должно в раннем возрасте, пока мозг не утратил способность формировать новые нужные сборки. В основе своей его идея была верна: многое действительно зависит от визуального опыта. Однако вывод о том, что это происходит в юном возрасте, представляется верным лишь отчасти.
Доказателствата идват от експерименти с хора, които са родени слепи и по-късно надарени с зрение. Паван Синха от Масачузетския технологичен институт по време на посещение в родината си научи, че в селата на Индия живеят около 300 хиляди деца с гъста вродена катаракта. При тези деца лещата на окото се заменя с мътна влакнеста тъкан. Катаракта позволява на светлината да преминава през нея и ви позволява да я различите от тъмнината, но не е необходимо да се говори за гледане на подробности. Блестящо съчетавайки науката с хуманизма, Синха организира програма за намиране и транспортиране на тези деца до Ню Делхи, където хирурзите в съвременна болница заменят лещите си с изкуствени аналози (същата хирургия на катаракта се прави за много възрастни хора).
Екипът на Sinha тества зрението на млади пациенти преди операцията, веднага след операцията и месеци или години по-късно. След отстраняването на катаракта зрението на децата не се възстанови бързо. Отначало светът им се стори мъгляв и неясен. Но с течение на времето те започнаха да виждат ясно и след няколко месеца вече можеха да различават детайли, а не просто да различават светлината от тъмнината. Мнозина вече можеха да се разхождат без бяла тръстика, да карат колело по претъпкана улица, да се запознаят с приятели и семейство, да посещават училище и да правят други зрителни дейности.
И все пак те никога не изглежда са постигнали перфектна визия. Тежестта му остана под нормалното дори след месеци тренировки. Един пациент каза, че може да чете заглавия на вестници, но не и дребния шрифт. Други имаха затруднения с конкретни визуални задачи, като например разпознаване на две припокриващи се фигури отделно. По този начин зрението може да бъде възстановено, но пластичността на зрителната система не е неограничена.
Друго доказателство за това е работата на специални зони на долния темпорален лоб, които реагират изключително на лица като визуален стимул - така наречените "петна по лицето" (вретеновидни лицеви зони). Фактът, че те се намират стабилно на едни и същи места при различни хора (или маймуни), предполага, че те са естествено вградени в мозъка. Докато индийските деца се научиха да виждат, тяхната мозъчна дейност претърпя промени: веднага след отстраняването на катарактата реакцията на зрителните стимули, включително изображения на лица, бе нарушена, разпръсната по цялата мозъчна кора, но скоро тя беше заменена от поредица петна, които бяха разположени в нормалните си позиции … Това показва, че мозъкът е знаел предварително къде трябва да се намират петна по лицето и показва определена предопределеност на зрителните структури.
И накрая, през 2017 г. Маргарет Ливингстън и други от Медицинския университет в Харвард публикуваха резултатите от солиден и елегантен експеримент върху сензорната невронна пластичност. Те отглеждали макаци от раждането по такъв начин, че никога не виждали лица. Нито човек, нито маймуна, нито друг човек. Маймуните били обгрижвани с любов, но експериментаторите носели заваръчна маска всеки път, за да общуват с тях.
Иначе макаките израснаха в напълно нормален визуален свят: можеха да видят всичко в клетката си и в останалата част от стаята; можеше да види торса, ръцете и краката на експериментатора; можеше да види бебешката бутилка, от която бяха хранени. Те можеха да чуят обичайните звуци от маймунски пакет. Единственото, което те не можеха да видят, бяха лица. Макаките се развиха нормално в по-голямата си част и когато бяха въведени в стадото, те успешно започнаха да общуват със своите близки и успешно се интегрираха в маймунското общество.
Експериментаторите тествали мозъчната активност на макаките, като им представяли различни визуални стимули, включително лица. Както може би се досещате, те са израснали без петна по лицето в мозъка. Прави впечатление, че онези участъци на темпоралния лоб, които обикновено служат за разпознаване на лицето, вместо това реагираха на изображения на ръцете. В нормална социална среда най-важните визуални обекти за примат са лица. Лицата сигнализират гняв, страх, враждебност, любов и всяка друга емоционална информация, която е важна за оцеляването и просперитета. Очевидно вторият най-важен детайл за околната среда за примат са ръцете: собствените ръце на маймуните и ръцете на експериментаторите, които ги хранеха и отглеждаха.
Въпреки че техните "петна на лицето" се превърнаха в "опитомени", тази подмяна се оказа пластична до известна степен. Около шест месеца след като на макаците най-накрая беше разрешено да видят лицата на експериментаторите и други маймуни, невроните в тези области на мозъка постепенно възвръщат възприемчивостта към лица. Очевидно лицата предават толкова важна информация, че са в състояние да възстановят области на мозъка, които преди това са били заснети от ръце.
Откъс от книгата "Ние го знаем, когато го видим" на американския невролог и офталмолог Ричард Масланд (1942–2019)