重新训练大脑以获得更好的视力

全世界数亿人患有一种称为弱视或懒惰眼的视力疾病，他们的两只眼睛视力不平衡。除非在年轻时发现并治疗这种致残状况，否则儿童很少能恢复完全视力，因为大脑学会关闭“懒惰”眼睛的输入。

弱视是大脑如何被经验改变的一个突出例子，麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的神经科学家Mark Bear教授说。他的研究重点是这种大脑可塑性现象，特别关注连接大脑神经元的突触。

贝尔的研究导致了一种潜在的弱视治疗方法，通过暂时麻醉“好”的眼睛来起作用。在小型动物身上成功实验后，该方法正在非人类灵长类动物中进行测试，贝尔和他的合作伙伴希望进入临床试验。

连接我们的愿景

“考虑一下通过两只眼睛看一个世界的挑战，”贝尔建议道。为了避免看到双重，来自两个视网膜的信息必须以极高的精度映射到大脑中的共同目标上。但我们不是天生就有这种能力的;这取决于婴儿期和幼儿期的高质量视觉体验。

大脑需要学会完全看东西，几十年前，在一只眼睛上放置一个贴片的年轻动物的实验中得到了证明。当贴片被移除时，研究人员通过贴片的眼睛发现了严重的视力障碍。“视网膜很好，”他说。“问题在于它在大脑中连接错误，因此这些连接不能正常成熟。

这一发现提出了有趣的科学问题，贝尔说。大脑的突触连接是如何被修改的？是什么触发了这些修改？这些连接如何恢复？

“今天，我们可以追踪从低质量的视觉体验到低质量的视觉和大脑视力障碍的整个路径，”他说。研究表明，这种情况是通过用视网膜噪音代替视网膜中相关性良好的活动而引发的。“这种类型的活动弱地激活大脑中称为NMDA受体的特定神经递质受体，它触发突触的修饰，导致这些突触变弱，”他说。

这些发现对广大出生时患有弱视的儿童具有实际意义，通常是由于三种原因之一。他们的眼睛可能是斗鸡眼，或者他们可能出生时一只眼睛患有白内障，或者两只眼睛折射（焦点）不同，因此他们只能通过一只眼睛或另一只眼睛清晰地看世界。所有这些事故都会破坏大脑的线路，导致一只眼睛的视力差和双眼视力的丧失，Bear说。

目前的医疗只是在好眼睛上贴上贴片，试图通过弱的眼睛强迫重新学习视力。此过程可以工作，但很少完全成功。它必须尽早开始 – 对于患有白内障的儿童，也许在7或8岁时开始，对于病情不太严重的原因。

弱视对于后来失去好眼的人来说尤其具有破坏性。但在数量惊人的情况下，弱视眼确实恢复了一些视力，即使在成年人中也是如此。“这意味着成年人的大脑有可塑性，这很好，”贝尔说。

那么，当遮盖好眼睛不起作用时，是什么推动了这种复苏？Bear和他的同事假设补丁不起作用，因为视网膜在补丁后面的黑暗中仍然非常活跃。

“为了验证我们的假设，你想完全灭活视网膜，”他说。他的团队通过将一种称为河豚毒素（TTX）的长效麻醉剂直接注射到模拟严重弱视的实验动物的眼睛中来做到这一点。

“我们看到，非常显着，弱视视力恢复非常戏剧化，令人惊讶的快速恢复，”贝尔说。“它可以完全恢复视力。当TTX消失时，好眼睛会立即回来，因此我们能够逆转成年动物的弱视。

贝尔和他的合作者正在非人类灵长类动物身上开始实验，该程序似乎是安全的，但他们还没有关于该方法的有效性的结果。

他还与临床医生科学家合作，“他们看到弱视患者，并了解这对这些患者及其家人造成的损失，”他说。他已经开始与潜在的商业合作伙伴进行早期对话，以支持进入临床研究。

计算脆性X综合征

贝尔实验室的另一项主要工作是了解脆性X综合征。这是一种由单个基因缺失引起的遗传性疾病，是智力残疾和自闭症最常见的遗传形式。

二十年前，他的实验室对丢失的单个基因的蛋白质产物有了一项重要发现，“将脆性X放在地图上，成为治疗的潜在有趣疾病领域，”他说。

这一发现导致了一轮令人失望的临床试验，但贝尔实验室是世界各地进一步研究脆性X生物学并提出有希望的新方法来治疗这种疾病的许多人之一。

这些努力的圣杯将是重新表达缺失的蛋白质的一种方式，但其他治疗方法最终也可能改善脆性X综合征的各种影响。“我们不会扭转成年人与脆性X一起成长的影响，但我们应该能够大大改善受这种疾病影响的人的生活质量，”他说。

将麻省理工学院的脑力带入大脑

皮考尔研究所是麻省理工学院世界领先的大脑和认知科学系的一个主要小组，“是一个做科学的好地方，”贝尔说。“这是财富的尴尬。每次我到达校园时，我的心率都会上升，只是想着我周围发生的事情。这几乎令人沮丧，就像去一家冰淇淋店，那里有100种不同口味的冰淇淋。事情太多了;我必须明智地选择。

贝尔希望，在他的实验室和全球其他人中加深对大脑可塑性的理解将在不久的将来为患有弱视和脆性X综合征等残疾疾病的患者带来回报。

“基础科学家对做基础科学感到满意，”他补充道。“如果我的工作从来没有应用，我仍然会快乐地死去。但是，没有什么比我们在实验室中发现的东西能够改善人类状况更甜蜜的了。