Kora wzrokowa u osób niewidomych od urodzenia

Ludzie to gatunek wzrokowy i duże części naszych mózgów zajmują się przetwarzaniem informacji płynącej ze zmysłu wzroku. Co ta tkanka mózgowa robi u osób, które nigdy nie widziały? Dzięki stypendium sfinansowanemu w konkursie NCN ETIUDA, część moich studiów doktoranckich odbyłem na University of Glasgow, gdzie zajmowałem się badaniem tego interesującego zagadnienia.

Rekonstrukcja połączeń anatomicznych w ludzkim mózgu, uzyskana za pomocą metody obrazowania dyfuzji molekuł wody w rezonansie magnetycznym Kilka lat temu, zespół naukowców z tego uniwersytetu pokazał, że kora wzrokowa typowo widzących osób, poza przetwarzaniem informacji wzrokowej, aktywuje się również w odpowiedzi na pewne dźwięki. W trakcie mojego pobytu postanowiliśmy zbadać, czy podobny efekt zaobserwujemy u osób niewidomych od urodzenia. Wykorzystaliśmy metodę obrazowania rezonansem magnetycznym do prześledzenia aktywności mózgu niewidomych ochotników, kiedy słuchali oni dźwięków, takich jak szum lasu, odgłosy zatłoczonej ulicy, czy też odgłosy ludzkich rozmów. 

Odkryliśmy, że nawet najbardziej podstawowe obszary wzrokowe osób niewidomych kodują informacje o słyszanych dźwiękach. Innymi słowy, używając jedynie aktywności kory wzrokowej, byliśmy w stanie odgadnąć jakiego dźwięku słuchała w danym momencie niewidoma osoba badana. Co ciekawe, pomimo pewnych różnic w poprawności rozróżniania dźwięków, ogólny wzór wyników był bardzo podobny dla osób niewidomych i dla osób widzących, badanych uprzednio przez moich współpracowników. W obydwu grupach dźwięki były lepiej rozróżniane na podstawie aktywności tej części kory wzrokowej, która u osób widzących przetwarza informacje z obrzeży pola widzenia. Obszary, do których dociera informacja wzrokowa z centrów pola widzenia, wydawały się być natomiast mniej „zainteresowane” słyszanymi przez uczestników badania dźwiękami.

Obrazy anatomiczne ludzkiego mózgu uzyskane za pomocą rezonansu magnetycznego Podobieństwo wyników uzyskanych dla osób niewidomych i dla osób widzących sugeruje, że kora wzrokowa osób niewidomych może rozwijać się w zaskakująco typowy sposób. Pokazuje to jak potężny wpływ na rozwój naszego mózgu mają czynniki genetyczne, determinowane przez procesy ewolucji. Wygląda na to, że zmiany neuroplastyczne w mózgu, związane z pewnymi doświadczeniami w ciągu życia (np. z utratą wzroku), mogą zachodzić jedynie w ramach pewnej generalnej, z góry zaprogramowanej organizacji mózgu, która nie poddaje się znaczącym modyfikacjom. W wymiarze praktycznym to, że generalna organizacja kory wzrokowej jest u osób niewidomych zachowana, może być istotną informacją dla badaczy opracowujących metody przywracania wzroku, takie jak implanty siatkówki.

Dlaczego kora wzrokowa, poza swoją główną funkcją, jest również zainteresowana tym, co słyszymy? W tej chwili pozostaje to tajemnicą. Wydaje się, że taki mechanizm komunikacji pomiędzy korą wzrokową i innymi częściami mózgu może mieć wartość adaptacyjną. Dźwięki mogą być bardzo przydatne dla przygotowywania naszego systemu wzrokowego do tego, co zobaczymy za chwilę, albo też dla kierowania naszej uwagi w określone obszary pola wzrokowego – w szczególności na jego obrzeża, gdzie ostrość naszego wzroku jest dużo niższa niż w centrum. Nasze badania pokazują, że mechanizmy te muszą być na tyle istotne i utrwalone przez ewolucję, że wykształcają się nawet w przypadku osób, które nie widzą.

Publikacja: Vetter P.*, Bola Ł.*, Reich L., Bennett M., Muckli L., Amedi A. (2020). Decoding natural sounds in early “visual” cortex of congenitally blind individuals. Current Biology. * równorzędni pierwsi autorzy pracy