科学家发现大脑的解剖学变化患者恢复视力

几十年来,神经科学家相信有一个“关键时期”的大脑可以学会理解视觉输入,而这6或7岁左右的窗口关闭。

最近的工作从麻省理工学院教授的一生表明,情况比这更微妙。在许多研究在印度的儿童先天性白内障切除手术以外的7岁大的时候,他发现年长的孩子可以学习视觉任务如识别人脸,从背景、区分对象和辨别运动。

在一项新的研究中,Sinha和他的同事已经发现解剖学变化发生在这些患者的大脑后视力恢复。这些变化,出现在的结构和组织大脑的白质,似乎背后的一些视觉改进,研究人员还发现这些病人。

研究结果进一步支持这个想法,大脑可塑性的窗口,至少一些视觉任务,比此前认为的进一步延伸。

“考虑到非凡的大脑结构的改造程度,我们看到,它强化了我们一直在努力使我们的行为结果,所有的孩子都应该提供治疗,“一生说,麻省理工学院大脑与认知科学系教授,这项研究的作者之一。

Bas罗克,副教授和神经影像中心主任在纽约大学阿布扎比,这项研究的资深作者,发表在本周美国国家科学院院刊》上。该论文的主要作者Caterina Pedersini,在纽约大学阿布扎比博士后;纳撒尼尔·米勒,明尼苏达大学医学院的研究;前博士后和Tapan甘地在Sinha实验室现印度理工学院的副教授。Sharon Gilad-Gutnick,麻省理工学院的科学家,Vidur Mahajan,中心主任先进的成像研究,神经科学,和基因组学,也是这篇论文的作者。

白质可塑性

在美国等发达国家,婴儿出生时患有白内障是出生在几周内接受治疗。然而,在发展中国家,如印度,一个更高比例的这些病例进行治疗。

近20年前,Sinha发起了一个名为普拉卡什计划的项目,要让有视觉障碍任务提供医疗盲目和人(孩子在印度。每年,该项目屏幕成千上万的孩子,其中很多是提供眼镜或更高级的干预措施,诸如白内障手术切除。其中的一些孩子,与家人的允许,也参与的研究大脑的视觉系统如何响应后视力恢复。

在新的研究中,研究人员想探究是否可以检测任何可能与解剖大脑的变化行为变化他们以前见过的孩子接受治疗。他们扫描了19个参与者,年龄在7到17岁,在几个时间点后手术切除先天性白内障。

分析解剖大脑的变化,研究人员使用一种特殊的被称为扩散张量成像的磁共振成像。这种类型的成像可以揭示组织的变化的白色matter-bundles神经纤维连接大脑的不同区域。

扩散张量成像、追踪氢核的运动水分子,产生两个测量:扩散系数,一定程度的自由水分子如何移动,和分数各向异性程度,揭示了水是被迫向一个方向移动。

分数各向异性的增加表明,水分子更限制因为在白质神经纤维是面向一个特定的方向。

“如果你看到增加分数各向异性和减少意味着扩散系数,就可以推断出发生了什么是神经纤维生长在体积和他们得到更有条理的对齐,”Sinha说。“当我们看大脑的白质,然后我们看到正是这些变化的白质束。”

研究人员观察到这些变化特别是在白质通路,后期的视觉系统的一部分,这被认为是参与高阶函数如面部知觉。这些改进逐渐发生几个月后手术。

“你看解剖白质的变化,但在独立研究使用功能性神经成像,你也看到越来越专业化,视觉体验的功能,类似于典型的发展,发生了什么”Gilad-Gutnick说。

研究人员还测试了参与者的表现各种各样的视觉任务,发现他们面临区别于其他对象的能力与结构变化的数量在白质通路与高阶视觉功能有关。

相比之下,而治疗儿童显示一些改进视敏度——能够清楚地看到细节的对象他们敏锐从未完全恢复,他们显示只有最小的白质的变化组织早期的视觉通路。

“塑性的概念是一个有时间限制的资源,过去的某个窗口我们不能指望太多改善,似乎适用于低级视觉功能像敏锐,”Sinha说。“但是当我们讨论高阶视觉技巧,从区别人脸像讲述一个脸,我们确实看到行为改善随着时间的推移,我们也发现有一个改进我们看到行为之间的相关性,我们看到在解剖学上的变化。”

治疗的好处

研究人员还发现,儿童白内障切除在年轻的时候显示更大,更快,比大一些的孩子受益面部知觉能力。然而,所有的孩子至少有一些改善这个技能,连同白质结构的变化。

研究结果表明,大一点的孩子可以受益于这种手术,提供了进一步的证据,它应该提供给他们,Sinha说。

“如果大脑有如此出色的能力重新配置本身,甚至改变它的结构,那么我们真的应该利用可塑性,为儿童提供治疗,不论年龄,”他说。

Sinha的实验室现在是额外的成像数据分析从项目普拉卡什的病人。在一项研究中,研究人员正在调查是否患者显示灰质厚度的变化,尤其是在大脑的感官处理领域,治疗后。研究人员还用功能性核磁共振来定位视觉功能,如面部知觉是否出现在同一部分的大脑在正常出生的人眼前。

这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。