Synets gave og videnskaben om at se

For ti år siden besøgte Pawan Sinha sin far i Delhi, da han bemærkede et opsigtsvækkende og tragisk syn: Små børn, mange af dem lemlæstede eller blinde, tigger på gaden. Han kunne fortælle, at mange af de blinde børn havde grå stær - en tilstand, der let kan korrigeres gennem operation.

Sinha, en MIT-professor i hjerne- og kognitiv videnskab, der studerer syn, så straks en chance for at hjælpe disse børn og samtidig videreføre sin forskning i hjernens udvikling. Han havde ledt efter en måde at undersøge, hvordan hjernen lærer at forstå visuelle input fra øjnene, et spørgsmål, som neurovidenskabsmænd traditionelt har undersøgt ved at studere babyer. Babyer er dog normalt ikke samarbejdsprojekter, hvilket begrænser værdien af ​​sådanne undersøgelser.

De ideelle emner, indså Sinha, ville være mennesker født blinde, som senere fik syn. Det slog mig meget hurtigt, at ved at give disse børn en synsoperation, ville vi også have svaret på det spørgsmål, som jeg havde kæmpet med, siger han. Det sammenløb af at kunne gøre noget, der direkte ville påvirke børns liv og også gøre fremskridt i videnskabelige spørgsmål, var en meget attraktiv mulighed.

I 2005 lancerede Sinha Project Prakash for at finde børn med helbredelige former for blindhed og tilbyde dem gratis behandling. Siden da har projektet screenet mere end 28.000 børn, både i Delhi og i fjerntliggende indiske landsbyer, og næsten 2.000, herunder 162 med medfødt blindhed, er blevet behandlet for en række øjenproblemer. Ved at studere nogle af disse børn efter operationen har Sinha og hans kolleger besvaret mange spørgsmål om, hvordan hjernen lærer at se. Deres resultater har også påvirket, hvordan visse former for blindhed behandles i Indien og andre steder.

Multimedier

• Se videoer af professor Pawan Sinha, SM '92, PhD '95, der diskuterer, hvordan hjernen lærer at se.

En tragedie, der kan forhindres
Indien har en ekstremt stor befolkning af blinde børn; skøn spænder fra 200.000 til mere end en mio. Hyppigheden af ​​børneblindhed i udviklingslande er fem gange højere end i mere velhavende nationer, og Verdenssundhedsorganisationen siger, at i Indien dør mere end halvdelen af ​​alle medfødt blinde børn, før de fylder fem. De, der overlever, har ekstremt begrænsede muligheder: På tværs af udviklingslandene er 90 procent uuddannede. I Indien får selv dem, der går i blindeskoler, en minimal uddannelse, der ikke er i nærheden af ​​at forberede dem til godt betalte job. De lærer måske at tælle, for eksempel, men får typisk ingen yderligere matematikundervisning. Færre end 1 procent af blinde i Indien er ansat som voksne.

De fleste behandlede tilfælde af blindhed involverer enten grå stær eller ardannelse i hornhinden, som ofte er forårsaget af A-vitaminmangel. Begge kan repareres med kirurgiske procedurer, der i udviklede lande betragtes som rutine: grå stær kan fjernes, og arrede hornhinder kan udskiftes. I landdistrikterne i Indien forbliver børn med disse tilstande normalt blinde.

I USA, hvis jeg skulle finde sådan et ubehandlet barn, ville det være hovednyheder, siger Sinha. Men i Indien, fordi de fleste af børnene er født i deres hjem, har de næsten ikke kontakt med moderne lægebehandling. Faktisk modtager færre end 20 procent af blinde børn i Indien behandling, siger Sinha, men dobbelt så mange har tilstande, der kunne helbredes. Færre end 15 procent af Indiens store hospitaler har pædiatriske oftalmiske enheder, og de fleste af de eksisterende faciliteter er placeret i byer, med ringe adgang for landsbybeboere.

Projekt Prakash ( prakash er sanskritordet for lys) sender hold af optometrister og øjenlæger til landsbyer langt fra Delhi på udkig efter børn, der kan hjælpes. At besøge disse landsbyer har været en åbenbaring for Sinha. Da han voksede op i Delhi, hvor hans far var administrator ved Indian Institute of Technology (IIT), blev han beskyttet mod den fattigdom, der præger det meste af Indiens landdistrikter.

Syn for ømme øjne: Suma Ganesh (øverst til venstre), leder af pædiatrisk oftalmologi på Dr. Shroffs Charity Eye Hospital i Delhi, bruger en spaltelampe til at undersøge et barn. I 2003 besøgte Pawan Sinha (nederst til venstre, i forgrunden) flere landlige landsbyer for at få en førstehåndsfølelse af barndomsblindhed i Indien. Her arbejder han og Asim Sil, en øjenlæge, der var vært for hans besøg, med en 11-årig pige, der havde fået syn på det ene øje i en alder af syv. Dette besøg var med til at udkrystallisere i mit sind den potentielle humanitære og videnskabelige betydning af den indsats, der ville blive Projekt Prakash, siger Sinha. Til højre, i 2006, testede Yuri Ostrovsky, PhD '10, en patient ved navn Abid på en formopfattelsesopgave et par uger efter hans operation for medfødt blindhed. Abids søster, som havde samme tilstand, blev også behandlet.

Selvom jeg er vokset op i Indien, havde jeg ikke rigtig sat pris på, hvor meget af landet, der bor, siger Sinha, der normalt vender tilbage to gange om året. Det er en meget nøgtern erkendelse, at i et land, som vi synes udvikler sig så godt, ser virkeligheden ud til at være meget anderledes, når man tager til landsbyerne.

Richard Held, en MIT-professor emeritus i hjerne- og kognitiv videnskab, som ledsagede Sinha på en rejse til Indien i 2008 og var medforfatter til to artikler om Projekt Prakash-forskning, siger, at landsbyboerne er imødekommende og nysgerrige efter de nytilkomne. Alle kommer ud og ser på os. Vi er på udstilling, for de ser ikke for mange besøgende, siger han. Sinha, der taler flydende hindi, etablerer nemt en forbindelse med beboerne, siger Held. Han er en meget generøs person og klog på folks måder, såvel som at være en god videnskabsmand, siger han.

En gradvis proces
Projekt Prakash-holdene ender normalt med at screene 100 til 200 børn pr. landsby. Eventuelle gode kandidater til operation er inviteret til at komme til Delhi, hvor de kan blive behandlet på en facilitet kaldet Dr. Shroffs Charity Eye Hospital, Project Prakashs hovedpartner i Indien. Project Prakash, som er delvist finansieret af U.S. National Institutes of Health, betaler for operationer og transportomkostninger, og dækker også tabt løn for børnenes forældre.

Selvom kataraktfjernelse og hornhindeudskiftning var blevet udført på spædbørn i udviklede lande, var sådanne operationer sjældent blevet udført på ældre børn, der havde været blinde fra spædbarnet, så forskerne var ikke sikre på, hvad de kunne forvente. Yuri Ostrovsky, PhD '10, som hjalp Sinha med at lancere projektet, minder om, at han i begyndelsen troede, at det mest spændende øjeblik ville være at fjerne bandagerne efter en medfødt blind patients operation. Vi gjorde os klar til det øjeblik, og vi spurgte dem: ’Hvordan ser verden ud nu?’ Og de sagde: ’Nogenlunde det samme’, siger Ostrovsky, nu postdoc i Sinhas laboratorium. Det var lidt overraskende og måske, på nogle måder, lidt af en nedtur.

Ved at teste børnene på visuelle opgaver såsom at skelne mellem farver og identifikation af former, opdagede forskerne, at umiddelbart efter operationen kan patienters øjne kun registrere lys og en vis grad af farve. Det vil sige, at de kan spore en lyskilde og bestemme, at en grøn plet er forskellig fra to røde pletter (selvom de ikke kender farverne ved navn). Deres hjerner har endnu ikke lært at behandle mere komplekse billeder såsom ansigter. Deres evne til at forstå, hvad der er hvad - det tager tid, siger Sinha. En måned for nogle opgaver, længere for andre.

Undersøgelser udgivet af Sinha og hans kolleger i 2006 og 2009 viste, at børn, der blev behandlet så sent som i deres teenageår - og i ét tilfælde en 29-årig voksen - stadig var i stand til at se godt nok til at genkende genstande og navigere i verden.

Testene af børns visuelle fremskridt - udført en dag, en uge og en måned efter operationen og derefter - danner grundlaget for Project Prakashs videnskabelige undersøgelser. (Deltagelse i undersøgelserne er frivillig, og børn tilbydes behandling, uanset om de deltager.) Det første væsentlige fund ændrede den måde, læger ser på problemet med børneblindhed. Tidligere var mange læger (i Indien og andre steder) overbevist om, at når blinde børn nåede en vis alder, omkring seks eller syv år, var der ingen mening i at behandle dem. Deres hjerner, mente man, havde mistet evnen til at lære at behandle visuel information. Denne idé om en kritisk periode har eksisteret siden 1960'erne, hvor videnskabsmænd viste, at killinger med deres øjne syet lukket fra fødslen til tre måneders alderen i høj grad har reduceret neural aktivitet i de hjerneområder, der behandler synet, når deres øjne åbnes. Denne effekt blev ikke set hos katte, der blev berøvet visuel input senere i livet.

Undersøgelser udgivet af Sinha og hans kolleger i 2006 og 2009 viste imidlertid, at børn, der blev behandlet så sent som i deres teenageår - og i ét tilfælde en 29-årig voksen - stadig var i stand til at se godt nok til at genkende objekter og navigere i verden . Dette betyder ikke, at de har perfekt syn - mange vil aldrig have et bedre syn end 20/80, selv med briller. Det ser ud til, at der er en kritisk periode for udvikling af perfekt skarphed, siger Sinha. Men for andre opgaver ser de ikke ud til at have en kritisk periode. En tidlig patient, Bablu, blev behandlet for grå stær i en alder af 16. Før sin operation var Bablu genert og manglede selvtillid, og sad ofte med bøjede skuldre, siger Ostrovsky. Ikke meget ændrede sig i løbet af de første par måneder efter hans operation, men omkring 10 måneder senere, da Ostrovsky så ham igen, virkede han som en anden person.

Han interagerede med mennesker på en helt anden måde, fordi hans syn var blevet forbedret til det punkt, hvor det var meget nyttigt for ham, siger Ostrovsky. Han var flyttet ud af ungdomshospitalet, han kunne bo for sig selv, han kunne selv shoppe mad. Du så virkelig forskellen i hans opførsel.

Suma Ganesh, leder af pædiatrisk oftalmologi på Dr. Shroffs Charity Eye Hospital, siger, at det at se forbedringerne hos Project Prakash-patienter har gjort mange kirurger mere villige til at operere ældre børn. Disse børn var afhængige af andre til alting, eller studerede i blinde skoler eller gik ikke ud af deres hus, siger hun. Der er forbedring af det funktionelle syn - nogle børn er begyndt at gå i normal skole, nogle er skiftet fra blindeskrift til tryk.

Besvarelse af spørgsmål
Når Sinha og hans kolleger har fastslået, at behandlede børn fik nogle visuelle evner, kunne de begynde at undersøge mere detaljeret, hvordan disse færdigheder udvikler sig.

Først så de på en opgave kaldet visuel integration - evnen til at udvælge objekter fra en scene. Kort efter operationen var patienterne i stand til at identificere nogle former, såsom trekanter eller firkanter, når de var side om side, men ikke når de overlappede. I stedet for at se omridset af hver form, så patienterne hvert fragment af en form som sin egen helhed. Hvis en af ​​figurerne blev sat i bevægelse, kunne patienterne dog meget lettere identificere den. Dette tyder på, at bevægelse giver hjernen kritisk information om, hvad der udgør et objekt. Over tid, mellem otte og 16 måneder efter operationen, lærer hjernen, at objekter, der bevæger sig sammen, også har en tendens til at dele andre funktioner såsom farve og orientering, hvilket hjælper den med at lære at identificere stationære objekter.

Undersøgelser har vist, at seende babyer også lærer at identificere genstande ved, hvordan de bevæger sig, hvilket tyder på, at den visuelle udvikling hos Prakash-børn kan følge det samme mønster, som normalt ses i spædbarnet. Hvis evolutionen har opdaget nogle effektive måder at lære om verden på, ville det give mening for lignende algoritmer at blive implementeret endnu senere i livet, siger Sinha. (Det er stadig ikke sikkert, om det er det, der sker, siger han, især i betragtning af at et 10-årigt barn har langt mere erfaring med verden gennem andre sanser end en nyfødt.)

Projekt Prakash-studier hjalp også for nylig med at besvare en århundreder gammel filosofisk gåde. I 1688 spurgte videnskabsmanden William Molyneux, om en blind person, der opnåede evnen til at se, ville være i stand til ved synet at identificere et objekt, som tidligere kun var kendt ved berøring. Med andre ord, ville information fra én sans oversættes til en anden? Sinha og hans kolleger fandt ud af, at deres patienter ikke umiddelbart kunne genkende genstande, de tidligere havde kendt ved berøring, men de fik den evne inden for få dage.

At endelig få et svar på dette spørgsmål og at få blinde børn i Indien give et svar på et spørgsmål, som de mest fremtrædende filosoffer i England havde undret sig over - det var meget tilfredsstillende, siger Sinha.

Forskerne studerer nu, hvordan evnen til at skelne ansigter udvikler sig, og de bruger også funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) til at studere hjernens plasticitet – altså hvordan dens aktivitetsmønstre ændrer sig, efterhånden som de nysynede børn lærer at bearbejde det, de ser. Foreløbige resultater tyder på, at når hjernen optager ny information, bliver cellerne specialiserede til at kode forskellige aspekter af det, patienten ser.

Før Projekt Prakash var storstilede undersøgelser af nysynede umulige at gennemføre, siger David Somers, lektor i psykologi ved Boston University. Historisk set har der været meget få tilfælde at se på i løbet af de sidste 1.000 år - måske 20 forsøgspersoner, der fik genoprettet deres syn senere i livet, blev videnskabeligt undersøgt, så det er svært at drage store konklusioner, siger han. Nu, med så mange patienter, er videnskaben så meget rigere. Det, der gør Project Prakash så smukt, er kombinationen af ​​den videnskabelige side med den filantropiske satsning, hvor de virkelig hjælper mennesker, der bare har brug for en meget billig procedure, som er svær for dem at få adgang til, men som dramatisk kan ændre deres livskvalitet.

Tager det næste skridt
Et af de første børn, der blev behandlet gennem Project Prakash, var en 14-årig dreng ved navn Junaid, som kom til en øjenscreening i Delhi i 2005. Junaid led af ubehandlet medfødt grå stær i begge øjne og gik på en blindeskole i Delhi , hvor han fik meget lidt uddannelse. Hans familie, som havde en indkomst på $45 om måneden for at brødføde syv børn, ville ikke have haft råd til fjernelse af grå stær på $350.

Farana, 14, bliver testet for at finde ud af, hvad hun har fået til briller. Hun og hendes søster blev behandlet for medfødt grå stær i 2009 efter at være blevet identificeret ved en screeningssession et par hundrede miles fra Delhi.

Efter sin operation viste Junaid en markant forbedring af synet og var i stand til at genkende mennesker og genstande og komme rundt på egen hånd. I august 2011 kom han til Shroff-hospitalet for at få repareret sine briller og løb ind i Sinha, som var imponeret over, hvor meget drengens syn var blevet forbedret, men modløs over at høre, at han stadig ikke havde været i stand til at få en uddannelse. Efter hans operation ville ingen traditionelle skoler tage imod en teenager, hvis uddannelsesniveau ville have placeret ham i første klasse, så han hoppede rundt i Delhi og ledte efter et job. Men arbejdsgiverne havde ikke den store interesse i at ansætte en med så lidt uddannelse.

Det slog mig som en stor tragedie, en stor skuffelse, for et barn, som jeg vidste var meget klog og havde store forhåbninger til, siger Sinha. Han hvervede studerende fra Indian Institute of Technology til at undervise Junaid i to år. I den periode betaler Project Prakash ham også et stipendium for at hjælpe med at forsørge hans familie.

Et andet behandlet barn, otte-årige Paras, endte med at vende tilbage til hans blindeskole, fordi ingen almindelige skoler, som hans forældre havde råd til, ville tage ham. Dette problem ser ud til at dukke op for mange børn, siger Sinha. På en eller anden måde er de ude af stand til at blive accepteret i det almindelige skolesystem, og det skal vi ændre på.

Sinha lægger nu planer om at bygge en Prakash Center Det vil omfatte et hospital til øjenkirurgi, videnskabelige forskningsfaciliteter og en skole for nysynede børn. Eleverne vil få et lynkursus for at forberede dem til deres alderssvarende klassetrin, så de kan komme ind i det almindelige skolesystem.

Sinha håber at bygge centret i nærheden af ​​byen Rishikesh, der ligger omkring 250 kilometer fra Delhi på Ganges-flodens sletter - en af ​​en klynge af fire hellige byer, der trækker millioner af pilgrimme hvert år. Sinha forestiller sig, at centret vil hjælpe med at betale for dets velgørende indsats ved at tilbyde øjenpleje til besøgende, der har råd til at betale for det.

Fundraising til at bygge det nye center, som Sinha vurderer vil koste 16 millioner dollars, er netop begyndt. Når 1 million dollars er blevet rejst, vil projektet være i stand til at købe et stykke jord, som Sinha mener vil hjælpe med at rejse yderligere penge. Fokus for nu er på at genoprette og studere synet, men i sidste ende vil Sinha gerne udvide centret til at adressere andre børnehandicap.

Selvom centret stadig er i gang, har Project Prakash allerede haft en enorm indflydelse på mange børns liv, og det er meget glædeligt for Sinha. Hans følelse af forpligtelse til at gøre noget ved problemet med barndomsblindhed blev meget mere personlig for fem et halvt år siden, da hans søn, Darius, blev født.

Siden Darius’ fødsel har jeg lagt mærke til, at det føles som et visceralt slag at se et andet barn have smerter, for man kan ikke undgå at se sit eget barn i den situation, siger han. Du spørger dig selv, hvad ville du ønske, at en anden person skulle gøre, hvis dit barn var i den situation? Og det præciserer bare alle beslutninger, du måske nogensinde skal træffe, om hvad der er det rigtige at gøre. Hvert barn, vi er i stand til at hjælpe, er som en personlig sejr. Det er dybt tilfredsstillende på et menneskeligt plan, og så er de videnskabelige resultater selvfølgelig en bonus.

skjule