天生失明的人重获光明的一刻,他真的快乐吗?
2021-03-01 21:18

天生失明的人重获光明的一刻,他真的快乐吗?

本文来自微信公众号:biokiwi(ID:biokiwi),作者:无奶树,题图来自视觉中国


海伦·凯勒在自传《假如给我三天光明》中畅想自己重获三天光明的规划:第一天要仔细看看自己的朋友们;第二天要欣赏日出,逛博物馆;第三天则要在街头观察人们的生活……


但是事实可能没有海伦想象的这般美好,尤其是那些一出生就失明的人,他们如果能重获光明,可能会遇到很多你意想不到的问题。


莫利纽兹之问


其实相关的问题早在17世纪就有人提出来了。


哲学家威廉·莫利纽兹(William Molyneux)向好友约翰·洛克(John Locke)提了一个有趣的问题:一个人如果先天失明,但通过触觉能识别出球体和立方体,如果他重获光明,还能通过视觉识别出球体和立方体吗?


信奉经验主义的洛克做出了否定的回答:先天失明的盲人没有识别物体的经验,重获光明也就不能识别。


约翰·洛克(John Locke) | 图源:戈弗雷·内勒


这个三百年前的问题因为技术欠缺一直得不到验证:在当时,让一个失明的人复明还存在一定的难度,所以也只能对此进行猜测。而三百年后的当下,神经科学家重新对这个问题产生了兴趣。


圆形还是球体?


2005年,麻省理工的帕万·辛哈(Pawan Sinha)发起了“光计划”(Project Prakesh,“Prakesh”在梵语里是光的意思),其主要目的是帮助先天患有眼疾、失明的盲童重获光明,同时也可以借此研究一些视觉相关的神经科学问题:比如莫利纽兹之问。


该项目的目标包括帮助更多视力障碍儿童(A-D),提供治疗帮助(E-H)以及开展相关科学研究(I-L)| 图源:Sinha P. 2016.


2011年,项目研究者通过5名8~17岁盲童的复明治疗,探究了莫利纽兹之问:在用触觉熟悉一个物体之后,他们还能不能用视觉来辨认这个物体?


研究者随机构建了一些三维物体,并且依次进行“触觉熟悉-触觉辨认”(T-T)、“视觉熟悉-视觉辨认”(V-V)以及莫利纽兹之问的“触觉熟悉-视觉辨认”(T-V)的检测。


实验使用的三维物体(a)和实验检测流程(b)| 图源:Held R, et al. 2011.


而结果似乎正好符合三百年前洛克的猜测:对于 T-T 和 V-V 测试者们都完成得很好,辨认时正确率都接近100%,而一到 T-V,正确率就降到了50%——也就是和蒙的差不多了。


但是这也并非意味着永远无法辨认,在重获光明一周左右之后,研究者再次对他们评估,就发现他们的正确率显著提升了。


五个测试者T-T、V-V和T-V的正确率 | 图源:Held R, et al. 2011.


几天后他们的正确率显著提高 | 图源:Held R, et al. 2011.


由此我们可以猜测:刚刚重获光明的先天性盲人,可能一时间会无法认识周围的各种立体物体——凳子桌子、锅碗瓢盆等等,他们可能需要花费不少的时间来慢慢重新认识这个世界。


能识别人脸吗?


除此之外,还有一个非常值得思考的问题:失明的他们没有见过人,那重获光明第一次见到人会怎么样?


我们可以先把话题岔开一点,先看看人脸识别的问题——这个问题的探索过程可能就可以解答我们的疑惑。


上个世纪就有研究者发现,当大脑颞下皮质出现病变的时候,人就会出现面容失认症——患者无法识别人的面孔。随后伴随着功能核磁共振成像(fMRI)技术的发展,在1997年,人们发现了在颞下皮质有一个“面孔识别区”在识别面孔时会活跃起来,被称之为梭形面孔识别区(fusiform face area,FFA)


fMRI下检测到的FFA | 图源:Wikipedia


但是这个脑区是怎么出现的呢?研究者后来在猕猴的大脑里发现了同源同功能的脑区:猕猴也能识别面孔。那就好办了,我们可以设计实验,来看看猕猴这个脑区怎么形成的,进而就可以推测人相应脑区的形成过程。


猕猴的面部识别区分布,白色文字标记为典型的六个区域,其他则是用青色标记 | 图源:Hesse J K, et al. 2020.


其中一个有趣的实验,就是通过扫描刚出生到逐渐长大的小猴子的 fMRI,研究者展示的这些面部识别脑区是在大约200天左右形成的,而在形成之后,这些脑区就会持续稳定地存在——换句话说,刚出生不会认人,但是随着长大小时候就能认人了,长大之后也能认人。


四只猴子连续多天的fMRI检测,橙黄色表示面部识别区,其中B1在277天,B2在153天,B3在207天,B4在199天开始出现面部识别区 | 图源:Livingstone M S, et al. 2017.


而如果我们把猴子在刚出生的时候就进行面孔剥夺(face-depriverd),也就是出生的时候就带着面罩,让它看不到周围其他的猴子和人。到了200天左右,这些猴子的颞下皮质就不会产生面部识别区。


左边为正常猴子,右边为面部剥夺猴子,可以看到在200天左右,橙黄色的面部识别区没有形成 | 图源:Arcaro M J, et al. 2017.


去掉那些猴子的面罩,让他们试着看一些有猴脸或者人脸的图片时,可以发现它们的眼神是无法聚焦到脸部的,因为它们没有去认知脸部的意识。


红点表示猴子眼睛注视的时间多少,可以看到相比于对照,面部剥夺的猴子几乎就不会看脸部 | 图源:Arcaro M J, et al. 2017.


这下子我们再思考开头的疑问:如果天生失明,就类似被面部剥夺的猕猴,所以不会形成面部识别区,那么应该也是无法认识人脸的样子的。如果有一天眼睛治愈了,他大概也会患上面容失认症,无法认人,也分不清人脸的样子。


不过我们前面提到的“光计划”在2017年也对这个问题进行了研究,结果发现对于10岁左右的孩子,在刚刚重获光明时的确不能分清人脸和非人脸的。但是伴随着时间的流逝,大约在一个月后他们可以重新获得识别人脸的能力。


随着时间流逝,重获光明的孩子对人脸识别的敏感度(d’)会逐步提升(A),所需要的反应时间也在逐步减少(B) | 图源:Gandhi T K, et al. 2017.


视觉不仅只有眼睛,大脑也不是天生


可以发现,对于先天失明的人,即在刚获得光明的那瞬间,给他的感觉可能并不是快乐与幸福,他也不可能像海伦畅想的那样,前三天去做各种各样的事情。


相反,他可能会面对一个未知而陌生的世界:新世界的物体形状还难以接受,周围人的脸也不知道是什么,一切都是陌生而难以理解的。


原因也很简单:视觉不仅仅是眼睛,它结合了眼睛、传入神经、外侧膝状体和我们一半多的大脑皮层。光线通过眼睛,在视网膜上完成光信号到电信号的转换,通过神经传输到大脑的外侧膝状体,简单处理后再传到大脑枕叶(后脑勺)的视觉皮层,之后在经过一系列复杂的处理过程,才使得我们能感知物体的形状颜色。


视觉系统 | 图源:Gray's Anatomy


而我们的大脑在孩童时期会经过一段快速发育的时间,大脑会在环境的影响下不断改造重塑,构建新的神经环路,形成新的功能脑区(比如面孔识别区)。如果错过了20~30岁以前的这段大脑发育期,大脑的形态结构就很难改变。


在17世纪,神经学家托斯坦·维厄瑟尔(Torsten Wiesel)和大卫·休伯尔(David Hubel)做过一个开创性的实验:把刚出生的小猫视觉剥夺之后,它们大脑外侧膝状体的细胞就会萎缩。


这其实就是外界环境对大脑发育造成影响的一个典型案例,而这种大脑在外界环境下的改造,我们称之为大脑的可塑性。


图源:pixabay


也正因为有大脑可塑性,我们才会因为各自不同的生活经历,成就不同的自我,这个大问题也是当今神经科学所要探讨的重要问题之一。


再回到我们的标题,也许在给予先天性失明患者光明时,我们还需要考虑更多,考虑大脑的发育,考虑他们能否适应,以及这份光明是“良药”,还是“剧毒”。


参考资料

  • Locke, J. An Essay Concerning Human Understanding. London (1690).

  • Sinha P. Neuroscience and service[J]. Neuron, 2016, 92(3): 647-652.

  • Held R, Ostrovsky Y, de Gelder B, et al. The newly sighted fail to match seen with felt[J]. Nature neuroscience, 2011, 14(5): 551-553.

  • Hesse J K, Tsao D Y. The macaque face patch system: a turtle’s underbelly for the brain[J]. Nature Reviews Neuroscience, 2020: 1-22.

  • Livingstone M S, Vincent J L, Arcaro M J, et al. Development of the macaque face-patch system[J]. Nature communications, 2017, 8(1): 1-12.

  • Arcaro M J, Schade P F, Vincent J L, et al. Seeing faces is necessary for face-domain formation[J]. Nature neuroscience, 2017, 20(10): 1404.

  • Gandhi T K, Singh A K, Swami P, et al. Emergence of categorical face perception after extended early-onset blindness[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114(23): 6139-6143.

  • Wiesel T N, Hubel D H. Effects of visual deprivation on morphology and physiology of cells in the cat's lateral geniculate body[J]. Journal of neurophysiology, 1963, 26(6): 978-993.


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