脑组织变异帮助盲人通过声音看世界
浏览量:544 发布时间:2010-10-22 08:32:07
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约瑟夫•罗斯切克博士认为,大脑是一个奇异的器官,它能够帮助人们通过声音来“看”世界。为了能够更好的在周围环境中活动,先天失明的盲人形成了极端敏锐的听觉,他们的大脑组织将原本的视觉中枢神经转变为比常人更为发达的声音信息处理区域。
罗斯切克博士是乔治城大学医学中心“认知与计算科学”项目的主管,他认为,这种脑组织的“可塑性”,或称为感官适应,将为后续的研究创造巨大的空间,有朝一日,盲人或许能够真的抛开盲杖,“看到”世界。
他正在努力在不久的将来为盲人制造出一种特殊的眼镜,该设备能够扫描记录视野内的信息,并将其转化为通过耳机输出的声音。随后,这些音频流将被大脑解读为诸如障碍物的具体位置,甚至于其具体品种的信息。
该类设备的原型产品现已存在,包括盲人的大脑如何处理声音信息在内,其中蕴含的多种科学手段的基础都是罗斯切克和他的同事的研究成果。科学家力求不断地完善技术,试图为盲人制造出更加完美的”眼睛”。
数十年前,罗斯切克博士就开始在德国的马克斯•普朗克研究所对感官适应进行专项研究。若是患者的大脑会产生怎样的变化引起了他研究的兴趣,若是一种进行性的疾病,发病后,即使健康的眼睛也会逐渐停止向大脑输入视觉信息。如果在婴儿期的最初两年,大脑的视觉反应区没能受到刺激,他将永远不会对视觉信息作出反应。通过动物实验,罗斯切克发现,如果这些反应区为被视觉信息刺激的话,其将转而变为处理听觉信息的中枢神经。
1989年,罗斯切克博士加入了国家健康研究院,继续对神经可塑性进行进一步的研究。1995年,他将整个工作小组带到了乔治城大学,并建立了一个新的研究中心。他的第一项任务就是要将医院使用的磁共振成像扫描诊断系统升级为功能磁共振造影装置。与其他磁共振成像设备通过获取水分与机体软组织的差异来成像体内器官的方法不同,功能磁共振造影用血红蛋白作为首选比较介质。其能够观察到脑部微小区域的活动情况,因为脑组织在处于兴奋状态时比安静状态需要更多的氧。罗斯切克博士表示:“功能磁共振造影的效果简直好的令人难以置信,我们可以在毫米范围内观察到脑组织的活动情况。”
罗斯切克和他的团队用功能磁共振造影和正电子成象术两种方法证明盲人志愿者判断物体的具体位置的能力更强,他们还发现,被试脑内的视觉皮层也被用来完成这一任务(助: 正电子成象术是一种对器官的结构与功能进行精确成像的技术)。小组同时也对盲人超长的触觉感受进行了研究,以试图探究他们的大脑是如何发生变化以适应两种感觉的需要。
现在,研究人员正在利用磁共振成像追踪相应脑功能区神经系统的变化。罗斯切克博士表示:“因为连接大脑各部分的神经纤维中充满了水分,所以,我们可以跟随这条线索进行研究。我们已经有了非常完美的从听觉皮层到视觉皮层的神经网络成像,这是我们过去从未见到过的。因为这种神经结构在正常情况下几乎没有或者很少出现,所以,我们希望能够了解到利用视觉皮层细胞来完成听觉任务的能力从何而来。也许在降生之初,盲人的大脑就在不断地发生巨大的变异。”
作为来自国家健康研究院的一个大型捐助项目的重要组成部分之一,罗斯切克将与欧洲的科学家在开发感官义肢的过程中精诚合作,试图开发出一种能够发出声音的类似于眼镜的设备。该眼镜其实就是一台照相机,他能够拍下视觉图像,然后利用一个微处理器,将这些视觉信息转换为声音。在对盲人以及壁上眼睛的正常视力志愿者的试验中,罗斯切克发现,被试很快就能记住由物体的形状以及大小所组成的音调。他表示:“通过30分钟的学习,志愿者们能够从古怪的声音中获取的信息量令人感到惊叹。”
由于用在原型机上的微处理器的体积越来越小,性能越来越强,罗斯切克正计划制造具有更大实用价值的设备,帮助盲人看世界。他表示:“我们正试图研究盲人的大脑的可塑性为何如此之强,利用这一特性,我们又能做些什么。”
如果为先天失明的盲人开发的设备能够获得成功,罗斯切克就将对设备进行一些修改,以使其符合后天失明者的需要。他表示:“成人的大脑不像儿童的可塑性那么强,但是,它依旧具有改善的空间。我们所要考虑的就是如何去解决这种问题。”

文章来源: 乔治城大学医学中心

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