02.02.2023. - Люди-эхолокаторы

Люди-эхолокаторы

В комиксах и сериалах мы встречаем персонажей с инвалидностью, которые развивают невероятные способности. Например, учатся чувствовать мир без зрения. В реальности мозг и правда способен компенсировать потерю одних чувств другими. Но до какой степени?

Как потеря одного органа чувств влияет на мозг?

Головной мозг обладает способностью к реорганизации — может убирать ненужные связи и наращивать новые. Эта способность носит название нейропластичности. Благодаря ей люди могут, например, восстанавливать речь после инсульта или учить новый язык в любом возрасте. Сигналы от органов чувств обрабатываются разными зонами мозга. Если сигналы не передаются по цепочке от органов чувств к определенному участку, мозг может использовать этот участок для обработки сигналов от тех органов, которые еще действуют.

Например, человек теряет зрение. В таком случае мозг может "отдать" звуковые данные в обработку тем нейронам, которые отвечают за создание образов и ориентацию в пространстве. Это явление называется кросс-модальной пластичностью (т.е. пластичностью способов восприятия информации). Хотя такая реорганизация может происходить в течение всей жизни, проще, быстрее и эффективнее она идет в детстве (в первые 12–16 лет жизни). Это связано с тем, что в раннем возрасте нейронные связи только формируются, — по сути, мозгу не нужно ничего переобустраивать, а только создать с нуля.

Как именно мозг адаптируется к потере?

Исследования показали, что при потере зрения объем вещества в нервной ткани снижается. Но это происходит по-разному. Больше всего он уменьшается в зрительном тракте, который связывает мозг и глаз. В зрительной коре мозга потеря объема составляет около 25% — из-за того, что она используется меньше. При этом зрительная кора, очевидно, включается в обработку информации от других органов чувств, — когда это необходимо для ориентации в пространстве. Например, люди с ранней потерей зрения лучше определяют положение источника звука и другие характеристики. В этом им как раз и помогает зрительная кора.

То же касается глухих и слабослышащих людей. Кросс-модальная пластичность часто встречается у тех, кто лишился слуха в детстве (до освоения языка). Когда они считывают язык жестов, в их мозгу активируются и первичная слуховая кора, и зрительная кора. При этом глухота действительно может обострить зрение — но не во всех аспектах. Такие параметры, как различение яркости, контрастная чувствительность, временное разрешение (цепкость глаза при фиксации на движущемся объекте), по-видимому, меняются незначительно. Однако способность к обработке периферического зрения и чувствительность к движениям могут усилиться.

От чего зависит успех такого замещения?

Есть данные о том, что степень кросс-модальной пластичности между соматосенсорной (связанной с рецепторами на коже) и зрительной корой зависит не только от возраста, но и от опыта и целенаправленных тренировок. Например, у людей с ранней слепотой при изучении тактильного языка зрительная кора включалась в обработку информации уже через неделю занятий. Результаты тестирований показывают, что слепые от рождения люди, хорошо читающие шрифт Брайля, различают нюансы прикосновений быстрее, чем другие. В ходе обучения в мозге растет число связей и в участке, который принимает сигналы от "читающих" пальцев. Некоторые исследования даже показывают, что этим процессом можно управлять. Например, стимулировать слабым электрическим током зоны мозга, которые задействованы в ходе обучения.

Могут ли слепые развить сверхчувствительность?

Образы незрячих сверхлюдей, которым удалось обострить свои чувства до сверхчеловеческих величин, могут ввести в заблуждение. В реальности примеров такой гиперкомпенсации (то есть компенсации до степени превосходства) наука не знает. Однако есть редкие случаи, когда человек целенаправленно развивает скрытые способности, — скажем, к эхолокации. Ею пользуются некоторые животные (летучие мыши, киты и дельфины), чтобы определять расстояние до объектов. Они издают звук и по отражению понимают, куда двигаться. Исследования последних лет говорят о том, что диапазон восприятия отраженных звуков у людей шире, чем считалось прежде. Один из самых известных "людей-эхолокаторов" — Дэниел Киш. Он ослеп в 13 месяцев из-за рака. Впоследствии он научился не только ходить, но даже ездить на велосипеде с помощью эхолокации. Он прищелкивает языком, и отраженный звук формирует в его мозге картину окржающего мира. Киш охотно выступает на образовательных площадках, демонстрируя свой метод.

Как инженеры используют нейропластичность, чтобы помочь людям?

Один из пионеров изучения кроссмодальной пластичности — американский нейрофизиолог Пол Бах-и-Рита — разработал BrainPort. Это обруч с камерой и пластинкой, которая кладется на… язык. Устройство посылает электротактильные сигналы на пластину, и человек учится ориентироваться с их помощью. Благодаря этому устройству ослепший в детстве Эрик Вайхенмайер даже смог взобраться на Эверест. Прибор помогал ему оценивать размер скал и расстояние до них, а также глубину обрывов и ям. Сегодня дело Бах-и-Риты продолжает нейрофизиолог российского происхождения Юрий Данилов, который руководит Лабораторией нейрореабилитации Университета штата Висконсин (США).

Есть и устройства для "звукового зрения". И снова здесь можно сослаться на успехи российских ученых. Исследователь Игорь Трапезников разработал гарнитуру, которая переводит изображение в звук — vOICe vision. Изначальную идею предложил в 1990-х годах голландский инженер Питер Мейер: изображение с камеры преобразуется в звуки, чья высота и громкость соответствует параметрам изображения. Пользователи vOICe vision участвуют в "Нейротлоне" — соревновании ассистивных технологий. Например, в 2022 году в соревнованиях слепых и слепоглухих первое место занял атлет Вадим Арцев, использовавший vOIce vision.

Источник