作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2015/11/12 9:44:53
选择字号:
成年失明者重获视力 视神经学带来新光明

推翻诺奖的“光明”实验

成年失明者重获视力揭示大脑发育秘密 

然而,这项研究却成功了,它让像Yadav一样的上千名青年人重获光明,也给视神经学领域带来了新的光明。

22岁的青年Manoj Yadav正在印度北部小城戈勒克布尔的一家青年旅社内看书。Yadav从小失明,2011年他在接受了一次白内障手术之后,开始训练大脑的视觉功能。图片来源:GRAHAM CROUCH

Manoj Kumar Yadav来到这个世界时,因患有白内障双目失明。在发达国家,通过一种简单的小手术在几个月内就可以让婴儿重见光明。但是和很多相同的患者一样,Yadav出生在印度,接触到的医疗水平有限。

他的双亲都是没接受过多少教育的穷人,他们甚至并没有意识到刚出生的儿子竟然双目失明,直到他学会爬动时才意识到这一点。几年后,当地医生在给Yadav做过检查后告诉他永远不可能见到这个世界。“所以我和家人都放弃了。”今年22岁的Yadav回忆说,“我们觉得没必要再四处花钱,寻找治疗方式了。”

然而,2011年来自新德里的一个眼专家团队访问了Yadav村子所在的北方邦。他们给他和其他失明儿童做了检查,并告诉Yadav未来他有希望看见光明。当年8月,他和父亲踏上了去往首都的一列火车,整整13小时后一家人终于到达新德里。在Shroff医生慈善眼科医院,一名外科医生检查了他存在白内障的晶体,并植入了合成晶体。

一天后,当医生摘掉绷带,Yadav的世界充满了光明,然而走进他视野的各种物体和形状却并不清楚。他分不清人和物体,看不到一个物体的轮廓在哪里。由于他的大脑在过去18年里被剥夺了视觉信息,所以当有一天重新看到光明后却不能区分突然间像潮水一样涌来的视觉刺激。但是在随后的一个月,他的大脑逐渐开始学习解释眼睛所看到的信号,一开始那个模糊、令人迷惑的世界也渐渐显现出焦点。

失明青年重获光明

多亏一项叫作Prakash(在梵语中的意思是“光”)的项目,Yadav和其他很多失明儿童、青少年与青年人得以重见光明。印度可能是世界上失明儿童最多的国家,据推测约有36万~120万儿童失明。这些失明者大多生活在乡村地区,他们的生活质量因为贫困、缺乏医疗卫生系统以及残疾人士基础生活设施而受到严重影响。他们中有40%的人存在的先天白内障、角膜损伤以及眼部感染是可以避免或治疗的。

Prakash项目是在神经科学家Pawan Sinha的带领下,从2004年开始发起的一项治疗上述眼疾的人道主义项目,该项目有一个科学目标。在美国麻省理工学院任教的Sinha推测,这些重新恢复光明的儿童可以回答一个长期困扰他的问题:大脑如何学习识别物体?一开始该研究是由美国国立卫生研究院(NIH)资助的一项探索性项目,随后Prakash开始发展成一项神经科学领域开创性的研究项目。多年来医学家一直设想,一旦一名盲人经历了儿童时期视觉发育的关键期,他们的大脑将永远不会再意识到视觉世界。然而,通过对Yadav等患者的治疗,Prakash项目已经否定了这种猜想。

“我大概花费了一年半时间,才能看清楚所有物体。”Yadav说。他个子不高,有些瘦弱,说起话来礼貌中带着腼腆,他的眼睛突然有些不安地前后一动。这种现象被称作“眼球震颤”,是先天缺失留下的后遗症。但是由于现在白内障被清除了,这种状况并不影响他的视觉。“现在,我甚至可以骑着自行车穿过拥挤的闹市。”他说。

“Prakash项目成功地证明了,即便是那些已经到达成年期的失明患者,他们的视觉依然有可塑性和恢复空间。”意大利特伦托大学神经学家Olivier Collignon表示。然而这并不意味着重新获得光明的人能够像那些先天就视觉健康的人看得一样清楚。他强调说:“这是数据得出的结论。”

实验研究推翻诺奖

即便如此,Prakash项目患者重获光明的事实已经重新改写了视神经科学。随着该项目医疗进程的推进,该项目负责人已经启动了一系列研究,如从技术含量较低的患者对视错觉的反应,到进行功能核磁共振成像,以便了解患者大脑回应视觉信息时所发生的重新组织过程。随着对这些重新恢复视觉过程的深入探索,该项目科学家正在一层层地揭开视神经科学的神秘面纱,例如视觉的哪一部分是预先编程好的,而哪一部分是由后天经历塑造的?

眼科教科书一直以来认为,让已经成长至青少年阶段的失明患者重新恢复光明是不可能的。此前,通过一系列猫、猴子等动物进行的实验曾让两名科学家获得了1981年的诺贝尔生理学或医学奖。托尔斯滕·威塞尔(Torsten Wiesel)和大卫·休博尔(David Hubel)曾通过研究表明,如果在关键的发育阶段剥夺了大脑的视觉信号,那么这个生命的视觉能力一生都不可能恢复。

由于伦理问题,此前并未在人类中进行过类似的实验,但是科学家一直存在这样的假设:那就是在6岁至8岁以后,人类的大脑视觉能力形成的关键时间窗会关闭。在这种观点的作用下,Shroff医生医院的外科医生此前曾把很多超过8岁的先天失明患者拒之门外。

然而,Sinha找到了几十年前的两三个案例,证明先天失明的成年人在经过白内障手术后也能够恢复一定视觉能力。随后在2002年和2003年,他到印度考察了失明者的人数及失明原因,并见到了4名视觉已经恢复的成年人,他们全都是在青年时期去除了白内障,从而恢复了一定程度的视觉能力。这些实例让Sinha相信,随着当前医学的进步,Prakash项目值得一试,于是他劝服Shroff医生医院的外科医生做尝试。

随后,该团队的研究专家和卫生工作人员成立了一个检查组,通过外科手术和非手术干预手段,到印度乡村地区给失明儿童送去光明。到目前为止,已经有超过1400名儿童接受了非手术治疗,如佩戴眼镜、使用眼药水或是药物。同时还有近500名儿童和青年人进行了白内障手术,这些患者中有一半是先天性失明者,他们也由此成为了研究对象。

研究表明,后天经历对于某些视觉功能并不能发挥关键作用。相反,大脑在解释视觉世界中的一些简单方面时至少是事先预配好的。这些证据来自于一些视错觉测验,他们还可以帮助解决一个长期存在的争论:为什么大脑会误解一些特别的形象。

视神经学迎来新光明

最终,Prakash团队希望可以揭示视觉恢复会如何改变大脑的视觉皮质。他们已经开始利用核磁成像技术探索大脑的这些变化。

他们对术后一两天患者的视觉皮质尽进行了成像,结果显示大脑皮质不同但看起来似乎是同步工作的。“所以,如果部分大脑皮层高度活跃,你就会在大脑皮层的另一个部位发现同样的现象。”Sinha说,“看起来就像大部分的视觉皮质在有规律地搏动。”

然而,术后两三个月,核磁成像开始发生变化。视觉皮质的不同区域活跃度呈现出不同特点,这表明视觉皮质的分工已经开始。例如,患者对人脸面部照片的反应会激活一处大脑皮层,而视觉正常的人在看到这些照片时也会激活同样的区域。

研究人员指出,随着时间的推移,大脑开始学习区分物体、形状、人脸等,而视觉皮质不同区域也开始分工。

对于Sinha来说,他并没有预料到大脑会发生这些变化。“我完全没有预料到,大脑居然可以发生如此多、如此巨大的变化,而且竟然是以如此快的速度,并且还是在生命已经发育到如此成熟的阶段。”他说。他也没有预料到这项研究所带来的“井喷”现象。“我之前很担心在青年人身上进行这项手术会失败,而且我们已经作好了失败的准备。”然而,这项研究却成功了,它让像Yadav一样的上千名青年人重获光明,也给视神经学领域带来了新的光明。(冯丽妃)

《中国科学报》 (2015-11-12 第3版 国际)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

2015/11/12 19:12:31 zhkj
好。如果是免费的且能义务到家,天下可以额手称幸了。
2015/11/12 11:40:37 wqhwqh333
给盲人带来光明,这是一项伟大的事业,赞一个!
目前已有2条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
“零饥饿”目标面临“隐性”挑战 治病救人的大科学装置,中国有了
全球首架大集成航空物探遥感调查机亮相 机构改革后,如何保护“保护地”
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐