Chciałbym, aby moje badania mogły posłużyć w przyszłości do rozwoju metod zastępowania czy przywracania zmysłu wzroku. Już dziś osoby niewidome mogą testować urządzenia do substytucji sensorycznej. Za ich pomocą mogą zrobić naprawdę fascynujące rzeczy, na przykład wybrać zielone jabłko spośród czerwonych leżących na talerzu – mówi w wywiadzie dla FA dr Łukasz Bola z Instytutu Psychologii PAN.
Kilka tygodni temu dr Łukasz Bola sięgnął po pierwszy w Polsce grant ERC w psychologii. Wart blisko 1,5 mln euro projekt BLINDBRAIN dotyczy plastyczności mózgu u osób niewidomych od urodzenia.
Patrzę na pana i widzę mężczyznę w białej koszuli siedzącego na czarnym krześle. Aktywuje się u mnie kora wzrokowa odpowiedzialna za odbiór wrażeń wzrokowych. A co się dzieje u osoby niewidomej?
Kora wzrokowa takich osób aktywuje się w odpowiedzi na bodźce słuchowe, dotykowe, ale także językowe – słowa, zdania czy ciągi liter. To obecnie jedna z najbardziej fascynujących zagadek, nad którą zastanawiają się badacze plastyczności ludzkiego mózgu. Jak to się dzieje, że obszar mózgu, który został genetycznie zaprogramowany do przetwarzania sygnałów wzrokowych, u pewnych ludzi przetwarza inne bodźce. Mnie interesują zwłaszcza odpowiedzi językowe obserwowane w tym obszarze. Badania pokazują, że odpowiedzi te nie są związane tylko z brzmieniem słów czy zdań, ale raczej z rozumieniem ich znaczenia. Wydaje się więc, że mamy tutaj do czynienia z dość zaawansowanym procesem.
Nie chodzi więc o to, że kora wzrokowa osób niewidomych tylko „zbiera” bodźce pochodzące z różnych źródeł?
Jedna z koncepcji zakłada, że kiedy osoby niewidome przetwarzają bodźce językowe, to ich kora wzrokowa reprezentuje abstrakcyjną wiedzę o świecie. Kiedy na przykład powiem słowo „jabłko”, to ich kora wzrokowa przetworzy to na informację, że jabłka rosną w Polsce, a nie na Antarktydzie albo że słowo to jest rzeczownikiem. Inna z teorii głosi, że kora wzrokowa osób niewidomych tworzy stosunkowo prostą reprezentacją przestrzenną otaczającego nas świata. Czyli, że jabłko jest po prostu małym okrągłym obiektem, który można na przykład chwycić.
Jest panu bliżej do którejś z nich?
Jestem otwarty na obie możliwości. Po prostu poszukuję odpowiedzi na pytanie: na którym z tych poziomów język jest reprezentowany w korze wzrokowej u osób niewidomych. Gdyby okazało się, że na abstrakcyjnym, będziemy mieli do czynienia z rewolucją w myśleniu o plastyczności mózgu. Wynik taki pokazałby, jak ogromne zdolności adaptacyjne ma ten organ – okazałoby się, że obszary wzrokowe mogą pod nieobecność zmysłu wzroku zaadaptować się do reprezentowania abstrakcyjnej wiedzy. Potwierdzenie drugiej ewentualności może z kolei świadczyć o tym, że u osób niewidomych kora wzrokowa do pewnego stopnia nadal zajmuje się podobnymi rzeczami, co u ludzi widzących, czyli tworzeniem reprezentacji przestrzennych właściwości obiektów, takich jak wielkość i kształt. W tym przypadku otrzymamy dowód na istnienie ciekawej stabilności rozwojowej ludzkiego mózgu, ale tym samym na pewne ograniczenia jego plastyczności. Takie rozstrzygnięcie mogłoby świadczyć o tym, że są pewne rzeczy – prawdopodobnie zaprogramowane genetycznie – które pozostają w mózgu niezmienne, niezależnie od okoliczności.
A więc jednak geny?
Zarówno geny, jak i doświadczenie. Niewątpliwie do takich obszarów, jak kora wzrokowa, istnieje pewien genetyczny plan rozwoju ukierunkowany na przetwarzanie informacji wzrokowych. Plan ten jest taki sam w przypadku osób widzących oraz osób niewidomych, które badamy. Różnica polega na tym, że u osób niewidomych kora wzrokowa nie otrzymuje bodźców wzrokowych. Wiemy, że wywołuje to plastyczność obszarów wzrokowych. Badacze wciąż zastanawiają się jednak, co dokładnie jest stabilne, a co plastyczne.
Pomimo braku wzroku, osoby niewidome mają umiejętność tworzenia reprezentacji przestrzennych obiektu. Dotyk może tu odgrywać jakąś rolę?
Myślę, że to jest dobry trop. Wiadomo, że reprezentacja obiektu musi się w jakiś sposób pojawić w mózgu. Nie moglibyśmy przecież wydobyć z pamięci kształtu ani wielkości jabłka, gdyby nie posiadane doświadczenie konkretnego przypadku. Jedna z hipotez rozpatrywanych przeze mnie w projekcie BLINDBRAIN, na który uzyskałem właśnie grant ERC Starting, zakłada, że kiedy już w mózgu osoby niewidomej rozwinie się reprezentacja jabłka, pojawi się wiedza dotycząca tego obiektu, to samo słowo „jabłko” aktywuje w korze wzrokowej fizyczne cechy związane z tym owocem. Na przykład, że jest mały albo okrągły. Jednocześnie stawiam hipotezę, że taki sam mechanizm działa u osób widzących. Tylko, że w ich przypadku efekty w korze wzrokowej są niejako zakryte przez dostępne im procesy wzrokowe.
Czyli mamy wspólny mechanizm pełniący jednak inne funkcje?
Możemy założyć, że u osób widzących chodzi o pewien rodzaj adaptacyjnego procesu powstałego po to, aby wspierać percepcję wzrokową. Kiedy ktoś zawoła do pani „Uważaj leci jabłko!” to wysłanie informacji o fizycznych cechach tego obiektu do kory wzrokowej może pomóc szybciej zidentyfikować coś, co stanowi potencjalne zagrożenie. Być może ten mechanizm jest również zachowany w korze wzrokowej osób niewidomych od urodzenia, mimo że w ich przypadku oryginalny cel tego procesu nie jest istotny.
Ta nieistotność nie wyklucza, jak rozumiem, przydatności?
Fundament całego procesu jest identyczny. Pytanie brzmi, czy w przypadku osób niewidomych następuje jego przeformułowanie, czyli czy mechanizm służący percepcji wzrokowej zaczyna być używany do innych zadań. Na przykład do przestrzennego myślenia o świecie. To by znaczyło, że kora wzrokowa cały czas jest mózgowi potrzebna, nawet jeśli nie pełni swojej podstawowej funkcji? W przeciwnym razie po prostu by ją wyłączył i uznał za niepotrzebne obciążenie. U osób niewidomych kora wzrokowa na pewno nie jest bezrobotna. Można wręcz powiedzieć, że nudzi się z powodu braku wzroku, ale staje się bardziej wyczulona na bodźce pochodzące z innych źródeł, które wzbudzają w niej silne aktywacje. Nie zapominajmy, że także u osób widzących jest to obszar mózgu, do którego mogą płynąć różne sygnały, niekoniecznie związane z samym procesem widzenia tu i teraz. Weźmy przykład wyobraźni wzrokowej. To, że po zamknięciu oczu potrafię sobie ułożyć pewne rzeczy w myślach, na tzw. ekranie mentalnym, jest do pewnego stopnia zasługą obszarów wzrokowych. Tyle tylko, że w takim przypadku odbierają one bodźce nie z zewnątrz, ale z naszego wewnętrznego, mentalnego świata.
Jaki to ma związek z osobami niewidomymi?
Chcę w ten sposób pokazać, że być może u nich zachodzi podobny proces. Czyli także i w tym przypadku kora wzrokowa byłaby wykorzystywana do zadań generowanych mentalnie, odbierałaby bodźce z innych obszarów mózgu, nawet jeśli nie może otrzymywać sygnałów wzrokowych ze świata.
A co pan powie na ewentualność, że mózg osoby niewidomej po prostu nie zauważa braku zmysłu wzroku i działa jak w normalnych warunkach?
To by nawiązywało do mojej hipotezy, że niektóre procesy, które powstały, aby wspierać percepcję wzrokową są obecne i działają nawet w mózgach osób niewidomych. Może dzieje się tak, bo mózg osób niewidomych po prostu nie zauważa, że już nie są przydatne. Mam wrażenie, że ta hipoteza nie została dotychczas na poważnie przetestowana przez badaczy. Wszyscy bardziej podekscytowali się zjawiskiem plastyczności niewidomego mózgu.
Pan też się nią zajmuje.
Owszem, od strony poszukiwania związków pomiędzy życiem umysłowym a tkanką mózgową. W projekcie BLINDBRAIN stawiam pytanie, na ile plastyczna jest implementacja naszych funkcji psychicznych do mózgu. Co dokładnie może w nim zmienić tak ekstremalne doświadczenie, jakim jest brak zmysłu wzroku. Skoro już wiemy, że u osób niewidomych dochodzi do aktywacji kory wzrokowej pod wpływem różnych czynników, to chcę pójść krok dalej i poznać mechanizmy stojące za tymi aktywacjami. Teraz, kiedy dysponujemy coraz doskonalszymi metodami analizy danych zbieranych z ludzkiego żywego mózgu, możemy już zacząć zastanawiać się nad mechanizmami reprezentacji różnych bodźców, a nie pozostawać na poziomie blobologii. A tak się dzieje, kiedy poprzestajemy na umieszczeniu osoby w skanerze rezonansu magnetycznego, przygotowaniu dla niej zadania i przyglądaniu się pojawiającym się w jej mózgu aktywacjom zachodzącym w trakcie jego wykonywania, które z angielskiego nazywamy w naszym żargonie blobs. Obecnie raportowanie aktywności jakiegoś obszaru mózgu, bez hipotezy na temat mechanizmu wywołującego tę aktywność, wydaje się niewystarczające.
Mielibyśmy więc do czynienia z odejściem od rezonansu magnetycznego w badaniach nad mózgiem?
Rezonans magnetyczny nadal pozostaje jedną z kluczowych metod dla naszego pola badań. Obecnie możemy uzyskać za jego pomocą dużo dokładniejsze obrazy aktywności mózgu oraz poddać te obrazy bardziej szczegółowej analizie. Przykładowo, mój zespół często wykorzystuje podejście tzw. uczenia maszynowego, które można uznać za pewną odmianę sztucznej inteligencji. Wspomagamy się również innymi metodami badania mózgu, takimi jak przezczaszkowa stymulacja magnetyczna. Jest to nieszkodliwa dla ludzi metoda polegająca na wysyłaniu impulsów magnetycznych do mózgu, po to, aby pobudzać albo hamować pewne jego obszary. Dziś czasami korzysta się z niej na przykład przy leczeniu depresji. My planujemy za jej pomocą sprawdzić, co się stanie, jeśli na pewien ściśle określony czas wyłączymy osobom niewidomym korę wzrokową i jednocześnie damy im do wykonania różne zadania językowe. Powiemy im na przykład: „Będziesz słyszał słowo jabłko. Pomyśl o jego kształcie albo o tym, czy rośnie na Antarktydzie”. Zbadamy, w przypadku którego zadania częściej się mylili albo które wykonywali wolniej z zaburzoną aktywnością kory wzrokowej. Pozwoli to nam wnioskować o przydatności tego obszaru dla tych zadań.
W czym dla badacza poznawczej plastyczności funkcji psychicznych mózgu tkwi wyjątkowość osób niewidomych?
Chodzi o zagadkę odpowiedzi językowych w ich korze wzrokowej. Przeprowadzono niedawno badanie na grupie ludzi widzących pochodzących z różnych kultur i posługujących się różnymi językami. Umieszczono ich w skanerze rezonansu magnetycznego i zaprezentowano historię słuchową, w tym przypadku „Alicję w krainie czarów”. I co się okazało? Otóż u wszystkich zadanie zaktywowało praktycznie te same obszary mózgu. To pokazuje, że sieć przetwarzania języka jest co do zasady niezmienna, że muszą istnieć pewne silne genetyczne uwarunkowania, które powodują, iż ten proces zawsze odbywa się w tych samych obszarach. Osoby niewidome stanowią natomiast jedyną znaną nam populację, u której sieć językowa wydaje się wyglądać inaczej. I to właśnie jest tak fascynujące.
Bada pan osoby niewidome od urodzenia. Dlaczego?
Powiedziałbym, że dla badacza plastyczności kory wzrokowej takie osoby są najciekawszym przypadkiem. Możemy założyć, że procesy plastyczne występują u nich w większym natężeniu niż u ludzi, którzy stracili wzrok w trakcie życia. Tutaj sygnały wzrokowe miały już czas, żeby niejako podporządkować sobie korę wzrokową.
Uda się kiedyś zastąpić, a może nawet przywrócić zmysł wzroku?
Od razu zaznaczę, że jestem badaczem podstawowym i nie zajmuję się przekuwaniem wyników w rozwiązania praktyczne. Natomiast oczywiście chciałbym, aby moje badania mogły posłużyć w przyszłości do rozwoju metod zastępowania czy przywracania zmysłu wzroku. Już dziś osoby niewidome mogą testować urządzenia do substytucji sensorycznej. Składają się one z kamery i komputera zamieniającego obrazy wzrokowe, na które osoba niewidoma patrzy, na sygnały słuchowe. Okazuje się, że za pomocą tych urządzeń osoby niewidome mogą zrobić naprawdę fascynujące rzeczy, na przykład wybrać zielone jabłko spośród czerwonych leżących na talerzu. Mam nadzieję, że badanie plastyczności kory wzrokowej pozwoli lepiej dostosować te urządzenia do możliwości osób niewidomych, optymalizując w ten sposób ich doświadczenie.
Rozmawiała Aneta Zawadzka