几十年来，神经科学家认为有一个“关键时期”，在这个时期，大脑可以学会理解视觉输入，而这个窗口在6岁或7岁左右关闭。

麻省理工学院教授帕万·辛哈(Pawan Sinha)最近的研究表明，情况比这更微妙。在对印度7岁以上接受先天性白内障手术切除手术的许多研究中，他发现年龄较大的儿童可以学习视觉任务，例如识别面部，将物体与背景区分开来以及辨别运动。

在一项新的研究中，Sinha和他的同事现在发现了这些患者恢复视力后大脑中发生的解剖学变化。这些变化，从大脑白质的结构和组织中看到，似乎是研究人员在这些患者中观察到的一些视觉改善的基础。

这些发现进一步支持了这样一种观点，即至少对于某些视觉任务而言，大脑可塑性的窗口比以前认为的要远得多。

“鉴于我们看到的大脑结构重塑的显着水平，它强化了我们一直试图用我们的行为结果来表达的观点，即所有儿童都应该接受治疗，”麻省理工学院脑和认知科学教授Pawan Sinha说。

Bas Rokers是纽约大学阿布扎比分校神经影像中心的副教授兼主任，是该研究的资深作者，该研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。该论文的主要作者是纽约大学阿布扎比分校的博士后Caterina Pedersini;在明尼苏达大学医学院学习医学的纳撒尼尔·米勒;塔潘·甘地(Tapan Gandhi)是辛哈实验室的前博士后，现在是印度理工学院的副教授。麻省理工学院研究科学家Sharon Gilad-Gutnick和成像，神经科学和基因组学高级研究中心主任Vidur Mahajan也是该论文的作者。

白质可塑性

在美国等发达国家，出生时患有白内障的婴儿在出生后几周内接受治疗。然而，在印度等发展中国家，这些病例中未经治疗的比例更高。

大约20年前，辛哈发起了一项名为“普拉卡什计划”(Project Prakash)的倡议，其使命是为印度的盲人和视力受损儿童提供医疗服务。每年，该项目都会对数千名儿童进行筛查，其中许多儿童都获得了眼镜或更先进的干预措施，如手术切除白内障。其中一些孩子在家人的许可下，还参与了关于视力恢复后大脑视觉系统如何反应的研究。

在这项新研究中，研究人员希望探索他们是否可以检测到大脑中的任何解剖学变化，这些变化可能与他们以前在接受治疗的儿童中看到的行为变化有关。他们在手术切除先天性白内障后的几个时间点扫描了19名参与者，年龄从7岁到17岁不等。

为了分析大脑的解剖学变化，研究人员使用了一种称为扩散张量成像的特殊类型的磁共振成像。这种类型的成像可以揭示白质组织的变化 - 连接大脑不同区域的神经纤维束。

扩散张量成像跟踪水分子中氢原子核的运动，产生两个测量值：平均扩散率，衡量水分子可以自由移动的程度，以及分数各向异性，它揭示了水被迫在一个方向上移动到另一个方向的程度。

分数各向异性的增加表明水分子受到更多限制，因为白质中的神经纤维朝向特定方向。

“如果你看到分数各向异性和平均扩散率降低，那么你可以推断正在发生的事情是神经纤维的体积正在增长，并且在排列方面变得更加有组织，”Sinha说。“当我们观察大脑的白质时，我们会在一些白质束中看到这些变化。

研究人员在白质通路中特别观察到这些变化，白质通路是视觉系统后期阶段的一部分，据信白质通路参与面部感知等高阶功能。这些改善在手术后的几个月内逐渐发生。

“你会看到白质的解剖学变化，但在使用功能性神经成像的单独研究中，你也看到越来越多的专业化，作为视觉体验的功能，类似于典型发育中发生的情况，”Gilad-Gutnick说。

研究人员还测试了参与者在各种视觉任务上的表现，发现他们区分面部与其他物体的能力与与高阶视觉功能相关的白质通路的结构变化量相关。

相比之下，虽然接受治疗的儿童在视力方面表现出一些改善 - 能够清楚地看到远处物体的细节 - 但他们的视力从未完全恢复，并且他们在早期视觉通路的白质组织中仅显示出微小的变化。

“可塑性是一种时间有限的资源，超过某个窗口我们不能期望有太大的改善，这似乎适用于像敏锐度这样的低级视觉功能，”辛哈说。“但是当我们谈论一种更高层次的视觉技能时，比如分辨一张脸和一张非一张脸，随着时间的推移，我们确实看到了行为的改善，我们也发现我们在行为上看到的改善和我们在解剖学上看到的变化之间存在相关性。

治疗的好处

研究人员还发现，在较年轻时切除白内障的儿童比年龄较大的儿童在面部感知能力方面表现出更大，更快的收益。然而，所有的孩子都表现出至少在这项技能方面的一些改进，以及白质结构的变化。

辛哈说，研究结果表明，年龄较大的儿童可以从这种手术中受益，并提供了进一步的证据，证明应该向他们提供这种手术。

“如果大脑具有如此出色的能力来重新配置自己，甚至改变其结构，那么我们真的应该利用这种可塑性，为儿童提供治疗，无论年龄大小，”他说。

Sinha的实验室现在正在分析来自Prakash项目患者的其他成像数据。在一项研究中，研究人员正在调查患者在治疗后灰质厚度是否表现出任何变化，特别是在大脑的感觉处理区域。研究人员还使用功能性MRI来尝试定位视觉功能，如面部感知，看看它们是否出现在大脑的相同部位，就像它们在出生时视力正常的人一样。