뇌는 세상에 맞게 우리의 가단성 감각을 재구성합니다.

눈은 카메라와 같은 것이지만 그보다 시력에는 훨씬 더 많은 것이 있습니다. 한 가지 중대한 차이점은 우리의 다른 감각과 마찬가지로 우리의 비전은 경험에 의해 가단성과 수정 가능하다는 것입니다. 한 의미를 박탈당한 사람들이 다른 사람들이 보상을받을 수 있다는 일반적인 관찰을 받아들입니다. 예를 들어 맹인 사람들은 청각과 만지는 감각을 높였습니다. 회의론자는 이것이 진정한 감각 개선이 아니라 과제에 대한 관심, 집중 및 실천의 문제 일 뿐이라고 말할 수 있습니다. 실제로 실험에 따르면 사람의 감각적 시력은 실습으로 큰 개선을 달성 할 수 있습니다.

그러나 현대의 방법론으로, 신경 과학자들은 뇌 뉴런의 회로가 물리적으로 변화한다는 것을 결정적으로 증명했다. 우리의 감각은 뇌의 감각 중심이 자신을 다시 연결하여 이용 가능한 신경 자원의 능력과 들어오는 감각적 인상으로 인해 그들에게 요구하는 요구 사이의 유용한 균형을 강화하기 때문에 가단성이 있습니다. 이 현상에 대한 연구는 일부 감각 영역이 특정 기능에 대한 타고난 경향이 있지만 발전하는 뇌의 가소성을 강력하게 보여줍니다.

출생 이후 시력을 박탈당한 쥐를 가져 가십시오. 두 망막의 손상 때문에 가정 해 봅시다. 쥐가 자라면, 당신은 그 쥐에게 미로를 달리도록 훈련시킵니다. 그런 다음 시각 피질을 약간 손상시킵니다. 당신은 쥐에게 미로를 다시 실행하고 수술 전과 후에 시간을 비교하도록 요청합니다. 원칙적으로, 시각 피질을 손상시키는 것은 맹인 쥐의 미로 실행 능력에 아무것도하지 않아야합니다. 그러나 수십 년 전에 영장류 생물학의 Yerkes Laboratories의 Karl Lashley가 수십 년 전에 만든 고전적인 실험적 발견은 쥐의 성능이 악화되어 블라인드 쥐의 시각 피질이 무언가에 기여하고 있음을 시사하지만.

같은 시대에, 인간 환자를 위해 일하는 임상의는 두 종류의 발달 유도 실명을보고했습니다. 첫 번째로, 태어날 때부터 백내장에서 또는 드문 눈꺼풀 문제로 인해 한 눈이 막혔지만 해부학 적 문제가 여전히 맹인 또는 거의 맹목적인 눈으로 끝났다는 환자가 나타났습니다. 초기 폐색에 관한 무언가는 그 눈과 중앙 신경 경로가 올바르게 연결되는 것을 막았습니다.

두 번째 유형의 발달 유도 실명은 눈이 다른 방향을 가리키면서 눈을 가고있는 어린이들과 관련이 있습니다. 아이들이 자랐을 때, 한 눈이나 다른 눈이 인수 한 것으로 자주 발견되었습니다. 한 눈은 일했고 다른 눈은 그렇지 않았습니다. 이것을 구어체 적으로 "게으른 눈"이라고합니다. 기술 용어는 약시입니다. 눈은 진정으로 눈이 멀지 않습니다. 망막이 작동하고 있음을 보여줄 수 있지만 그 사람은 유용한 비전이 없습니다. (현재이 조건에 대한 다양한 요법이 있으며, 그 중 가장 흔한 것은 어린 시절에 교대 눈을 패치하여 한 눈이 다른 눈을 차지하고 억제 할 기회가 없도록하는 것입니다.)

손상된 감각은 자체적으로 다시 연결됩니다

시각적 피질에서 이미지 처리를 발견 한 David Hubel과 Torsten Wiesel은 시력을 개척하고 동물에서 이러한 실험을 반복하고 게으른 눈의 신경 기초를 발견했습니다. 초기 생애의 중요한 기간 동안, 망막 출력을 중추 신경계에 연결하는 시냅스는 가단성이 있습니다. 피질 뉴런이 한 눈에서 많은 대화를 나누고 다른 눈에서 많은 대화를 나누면, 첫 눈을 나타내는 축삭은 피질 뉴런의 모든 시냅스 공간을 잡습니다. 이것은 두 번째 눈은 기능적이지만 대뇌 피질 뉴런은 말할 수 없습니다.

과학자들은 눈을 크게 늘리면 조금 더 미묘하다는 것을 발견했습니다. 정상적인 상황에서, 한 눈의 이미지와 다른 눈의 이미지는 거의 완벽하게 등록되어 있으며, 시각적 장면에서 같은 지점은 단일 그룹의 피질 뉴런을 자극합니다. 그러나 Hubel과 Wiesel이 인위적으로 동물의 눈을 가로 질러 젊은 동물이 시각적 이미지를 바꾸는 프리즘을 착용함으로써 두 눈의 이미지가 동일한 뇌 목표에 올바르게 수렴되지 않았습니다. 그 사람은 문자 그대로 두 배의 분리 된 이미지를 볼 수 있습니다. 뇌는 한 눈이나 다른 눈을 선택해야합니다. 한 눈의 연결은 억압됩니다 - 먼저 일시적으로하지만 잠시 동안 영구적으로 눈을 끄는 것은 기능적으로 눈을 멀게합니다.

영리한 실험은 피질 반응의 다른 종류의 재구성을 보여줍니다. 정상적인 상황에서는 시각 피질에 망막의“지도”가 있습니다. 확실히, 그것은 피질 표면의 기복에 의해 왜곡되지만, 망막의 이웃 지점이 시각 피질의 인접한 지점으로가는 것을 매우 직접적으로 볼 수 있으며, 시각 장면의 구성된 맵을 만듭니다. 실험은 레이저를 사용하여 원숭이의 망막에 매우 작은 구멍을 만드는 것이 었습니다. 록펠러 대학교의 찰스 길버트 (Charles Gilbert) 실험자는 시각 피질에서 녹음하여 피질지도가 어떻게 반응했는지 확인했다. 처음에는 망막의 구멍에 해당하는 시각적 공간의 피질지도에 구멍이있었습니다. 그러나 잠시 후, 피질의 이웃 지역은 비워진 피질 공간을 차지하기 위해 움직였다. 망막의 이웃 영역은 일반적으로 손상된 지역에 반응했을 대뇌 피질 세포와 통신했다.

이것은 망막의 손상된 영역에 대해 시력이 회복되었음을 의미하지는 않습니다. 망막에 병변이 있다면, 당신은 파괴 된 지역에서 아무것도 보지 못할 것입니다 - 당신은 사각 지대가 있습니다. 그러나 뇌가 망막의 구멍을 결코 보상 할 수는 없지만, 망막 병변 주변의 영역은 이전보다 더 많은 피질 뉴런을“소유”할 것입니다.

이것을 생각하는 한 가지 방법은 자연의 피질 유휴를 막는 방법입니다. 피질의 영역이 더 이상 자연스러운 장소에서 입력을받지 못하면 피질의 영역이 영원히 비활성화되는 것이 낭비 될 것입니다. 대신, 잠시 후에 그 기능은 손상되지 않은 입력으로 이어집니다. 보다 일반적인 경우,이 메커니즘을 작은 스트로크를 다루는 방법으로 쉽게 상상할 수 있습니다. (신경 병리학 자들은 우리 모두가 우리 삶의 과정에서 이러한 작은 뇌 조직의 손실을 초래한다고 말합니다.) 당신은 작은 피질 뇌졸중을 가지고 있으며, 아주 작은 혈관에만 영향을 미치고 그것이 먹이를주는 뇌의 영역이 죽는다 고 상상해보십시오. 그것은 뇌졸중에 의해 손상된 지역으로부터의 입력을 영원히 침묵시키기 위해 사용 된 뇌의 영역에 대한 귀중한 피질 자원이 낭비 될 것입니다. 대신, 뇌는 뇌 영역을 이웃에게 주어서 나쁜 상황을 최대한 활용합니다.

정상 인식 개편

이 감각은 다양한 유형의 신경 피해에 적응하는데, 이는 신경 생활의 큰 규모에서 꽤 조잡한 사건입니다. 그러나 자연스럽게 일어나고 우리 모두에게 일어나는 미묘한 재구성도 있습니다.

뇌 가소성의 눈에 띄는 징후 중 하나는 출생에서 맹인이 된 사람들의 뇌 활동을 스캔 한 것입니다. 맹인 자원 봉사자들이 손가락을 사용하여 스캐너에있는 동안 뇌 영역은 일반적으로 시각적 입력을 처리하여 점유하는 뇌 영역 (주요 시각 피질)이 활성화되었습니다. 어쨌든 촉각 정보의 처리는 사용하지 않는 시각적 센터를 점령했습니다.

또 다른 극적인 예는 바이올리니스트에 대한 연구에서 나왔습니다. 바이올린을 연주하려면 활이 줄을 가로 질러 위아래로 휩쓸 으면서 하나의 팔로 비교적 조잡한 움직임을 만듭니다. 다른 한편으로, 당신은 바이올린의 지판을 위아래로 다양하고 단단히 정의 된 위치에서 줄을 우울하게 일련의 미묘한 움직임을 만듭니다. 이것은 필요한 속도와 정밀도에 대한 놀라운 작업입니다. 전문 바이올리니스트들은 매일 몇 시간 동안 이러한 움직임을 연습합니다.

이는 손가락의 움직임이 특정 뇌 영역에 의해 제어되기 때문에 뇌에서 연결의 물리적 배열에 영향을 미칩니다. 전문 바이올리니스트의 경우이 지역은 확장되어 이웃 뇌 조직에서 기능을 제쳐두고 있습니다. 그러나 이것은 끈을 손가락으로 만드는 손에만 발생합니다. 다른 한편으로 제어하는 뇌 반대편에있는 동일한 영역은 그 손의 필요한 움직임이 비교적 조잡하기 때문에 확장되지 않습니다.

(바이올리니스트는 극단적 인 예이지만 다른 경우에는 어떻게되는지 궁금합니다. 당신이 프로 운동 선수라면, 당신의 근육 제어 뇌 회로가 다른 사람들을 희생시키면서 확장합니까? 당신이 뇌에 대해 걱정하는 많은 일을 걱정하면 걱정되는 뇌 회로가 감사하시는 경우 걱정되는 뇌 회로가 확대 되나요?)

실험실에서 반대되는 상황 (과도한 사용이 아닌 박탈)이 마련되었습니다. 어둠 속에서 자란 고양이는 두 눈에서 이미지를 올바르게 융합시키는 능력을 잃었습니다. 그들에게 제공된 유일한 패턴 시력이 수직 또는 수평 줄무늬 인 조건 하에서 다른 고양이가 자랐습니다. 줄무늬가있는 동물은 1 차 시각 피질에서 뉴런의 방향 선택성에서 편견으로 자랐습니다. 고양이가 수평 줄무늬 만 보았을 때 고양이의 유일한 시각적 경험이 수직 스트라이프 인 경우 비정상적으로 많은 수의 세포가 수직 방향으로 조정되었습니다.

어두운 속성의 영리한 변화는 운동을 볼 수있는 능력의 초기 생애 동안 동물을 박탈하는 것이 었습니다. 실험자들은 매우 짧은 스트로브 플래시로 만 조명 된 환경에서 고양이를 양육하여이를 수행했습니다. 이로 인해 고양이는 볼 수 있었지만, 망막을 가로 지르는 물체의 의미있는 움직임이 발생하기에는 플래시가 너무 짧았습니다. 무슨 일이에요? 이 동물들은 피질에서 방향 선택 뉴런없이 자랐습니다.

이러한 모든 발견과 다른 결과는 감각 시스템의 구성에서 가단성을 지적합니다. 그러나 이것이 자연적인 인간 조건에서 얼마나 중요합니까? 사람이 비전없이 자라면 어떻게됩니까?

학습

신경 과학자 인 도널드 히브 (Donald Hebb)는 비전이 배운 많은 정도로 비전을 예측했다. 세계의 물체가 개별 특징의 클러스터에서 발생하기 때문에 복잡한 인식은 경험, 연관성에 의해 형성됩니다. 그는 뇌가 필요한 새로운 집회를 형성 할 수 없기 전에 이것이 일찍 일어나야한다고 믿었다. 그의 기본 아이디어는 옳았습니다. 비전의 많은 비전은 시각적 경험에 달려 있습니다. 그러나 어린 나이에 일어나야한다는 그의 결론은 부분적으로는 사실 인 것 같습니다.

증거는 출생에서 맹인이 나중에 시력을받은 실험에서 비롯됩니다. 매사추세츠 공과 대학의 파완 시하 (Pawan Sinha)는 방문 중에 인도 마을에 밀집된 선천성 백내장으로 태어난 30 만 명의 어린이가 아마도 30 만 명의 어린이가 있다는 것을 깨달았습니다. 이 어린이들에게는 눈의 렌즈가 흐린 섬유 조직으로 대체됩니다. 백내장은 가볍고 어둡게 허용하지만 아이에게 모든 상세한 비전을 박탈합니다. 인도주의와 과학의 화려한 조합으로 Sinha는이 어린이들을 찾아 뉴 델리로 운송하는 프로그램을 조직했습니다. 여기서 현대 병원의 외과 의사는 렌즈를 명확한 합성 병으로 교체했습니다.

Sinha의 팀은 수술 직전, 몇 달 또는 몇 년 후에 수술 전에 환자의 비전을 테스트했습니다. 백내장을 빼앗아도 아이들의 상세한 비전을 즉시 회복시키지 못했습니다. 그들에게 세상은 혼란스러워 보였다. 그러나 시간이 지남에 따라 그들은보기 시작했고 몇 달 후에는 단순히 밝고 어두운 것 이상의 세부 사항을 볼 수있었습니다. 많은 사람들이 흰 지팡이없이 걸을 수 있고, 붐비는 거리에서 자전거를 타고, 친구와 가족을 인식하고, 학교에 다니고, 시력을 가진 사람의 다른 활동을 수행 할 수있었습니다.

그러나 그들의 비전은 결코 완벽 해지지 않은 것 같습니다. 그들의 시력은 수개월의 훈련 후에도 정상보다 낮았습니다. 한 환자는 신문에서 헤드 라인을 읽을 수는 있지만 최고의 인쇄물은 아니라고 언급했습니다. 일부는 서로 겹치는 두 가지 형태를 분리하는 것과 같은 특정 시각적 작업에 문제가있었습니다.

따라서 많은 비전을 복원 할 수있는 것처럼 보이지만 시각 시스템의 소성은 무한하지 않습니다. 이것에 대한 추가 증거는 프림 마이트의 열등한 시간 엽에서 피질 영역의 행동에서 비롯된 것입니다. 시각적 자극으로 얼굴에만 반응하기 때문에 "얼굴 패치"라고합니다.

첫째, 얼굴 패치가 다른 개별 사람들 (또는 원숭이)에서 재현 가능한 위치를 가지고 있다는 사실은 뇌가 그들에게 어느 정도의 고유 한 패턴을 가지고 있음을 보여줍니다. 둘째, 새로 시선을 사로 잡은 인도 아이들이 보는 것을 배운 것처럼, 그들의 뇌 패턴은 변화를 겪었습니다. 백내장 제거 직후, 기능적 자기 공명 이미지 스캔 (FMRI)은 얼굴을 포함한 시각적 입력에 대한 비발적이고 광범위한 응답을 보여 주었지만 일련의 패치로 빠르게 변경되었으며 패치는 정상 위치에있었습니다. 이것은 뇌가 얼굴 패치가 어디에 있는지 미리 알고 있음을 보여줍니다. 그것은 시각적 구조의 적어도 낮은 수준의 사전 결정에 대한 증거입니다. 비전 연구원 인 마가렛 리빙스턴 (Margaret Livingstone)은 이러한 미리 정해진 위치를“프로토 페이스 패치”라고 부릅니다.

마지막으로, 감각 신경 가소성에 대한 강력하고 우아한 실험은 2017 년 말 Livingstone과 그녀의 동료들에 의해 발표되었습니다. 그들은 얼굴을 보지 못한 환경에서 원숭이들을 태어났습니다. 인간의 얼굴, 원숭이 얼굴, 얼굴이 전혀 없습니다. 원숭이는 사랑스럽게 돌보아졌지만 원숭이 근처에있을 때마다 실험자들은 용접기 마스크를 착용했습니다.

그렇지 않으면 원숭이들은 완전히 정상적인 시각 세계에서 자랐습니다. 그들은 새장과 주변 방에서 모든 것을 볼 수있었습니다. 그들은 실험 자의 몸통, 팔, 발을 볼 수있었습니다. 그들은 먹이를 먹은 아기 병을 볼 수있었습니다. 그들은 원숭이 식민지의 정상적인 소리를들을 수있었습니다. 그들의 유일한 박탈은 그들이 얼굴을 본 적이 없다는 것이었다. 이 원숭이는 대부분의 방식으로 개발되었으며 실험이 끝난 후 원숭이 식민지에 소개되었을 때 동료들과 행복하게 사교적으로 사회화하고 Monkey Society에 성공적으로 통합되었습니다.

실험자 들이이 원숭이들에게 FMRI 스캐너 안에 여전히 누워 있도록 훈련 한 후, 그들은 얼굴을 포함한 다양한 것들을 보여줌으로써 원숭이를 테스트했습니다. 당신이 추측했듯이, 그들은 뇌에 얼굴 패치없이 자랐습니다. 그러나 놀랍게도 일반적으로 시간의 얼굴 인식 영역은 대신 손의 이미지에 반응했습니다. 정상적인 사회적 환경에서 영장류의 가장 중요한 시각적 대상은 얼굴입니다. 얼굴은 분노, 두려움, 적대감, 사랑 및 생존과 번성에 중요한 모든 감정적 정보를 신호합니다. 분명히, 환경에서 두 번째로 중요한 특징은 손입니다. 원숭이의 손과 그들을 양육하고 먹인 실험자들의 손입니다.

일반적으로 얼굴 패치는 "손 패치"로 바뀌었지만,이 선호도는 여전히 다소 플라스틱이었습니다. 원숭이가 실험자와 다른 원숭이의 얼굴을 볼 수있게 된 지 약 6 개월 후, 얼굴 패치의 세포는 점차 얼굴에 민감한 것으로 되돌아 갔다. 분명히 얼굴은 너무나 중요한 정보를 전달하여 손으로 인수 된 뇌 영역을 탈환했습니다.

얼굴 패치의 존재는 호기심이 많고 오랫동안 인식되는 임상 관찰을 설명합니다. 얼굴 실명으로 알려진 상태 (그리스어 prosop 의 Prosopagnosia ,“얼굴”및 agnosia ,“무지”) 얼굴을 인식하는 데 어려움을 제외하고는 사람의 비전이 매우 정상입니다. 환자는 괜찮은 것을 볼 수 있고, 한 얼굴을 다른 얼굴과 구별 할 때 다른 사람만큼 좋지만 기억에서 얼굴을 인식하는 데 어려움이 있습니다.

거의 완전한 것에서부터 그 사람을 의학적 치료로, 매우 온화한 것까지 다양한 프로토 파노 시아의 그라데이션이 있습니다. 개인적으로 말하면, 나는 prosopaggatic 측면에 있습니다. 당황스러운 문제입니다. 나는 당신과 함께 저녁 식사에서 즐거운 저녁을 보낼 수 있으며, 다음날 당신을 홀에서지나 가서“그 사람을 알고 있습니까?”라고 생각합니다. 그러나 그 이상을 얻을 수는 없습니다. 그래서 내가 한 번에 당신을 차갑게 잘라 놓았다면, 그것이 당신에게 관심이 부족한 것이 내 장애가 있다는 것을 이해하십시오.