儿童的大脑在癫痫手术后会重组以保留视觉知觉

根据国家卫生研究院下属的国家眼科研究所(NEI)资助的一项研究，在对严重癫痫进行脑部手术后，儿童可以保持完整的视觉知觉——处理和理解视觉信息的能力。虽然脑部手术可以阻止癫痫发作，但它也有很大的风险，包括视觉感知障碍。然而，匹兹堡卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的研究人员对接受过癫痫手术的儿童进行的一项新研究表明，对视觉感知的持久影响可能是最小的，即使是在大脑视觉中心组织受损的儿童中。

正常的视觉功能不仅需要从眼睛(视线)发出的信息，还需要在大脑中处理大脑这使我们能够理解并根据这些信息采取行动(感知)．来自眼睛的信号首先在早期视觉皮层处理，这是大脑后部的一个区域，对视觉是必要的。然后，它们穿过大脑皮层的其他部分，使模式、面孔、物体、场景和书面文字的识别成为可能。对于成年人来说，即使他们的视力仍然存在，大脑视觉处理中心哪怕一小块区域的损伤或移除都可能导致戏剧性的、永久性的知觉丧失，使他们无法识别面孔、位置或阅读等。但在仍处于发育阶段的儿童中，这部分大脑似乎能够自我重组，这一过程被称为可塑性。

该研究的资深作者Marlene Behrmann博士说:“虽然有关于儿童的记忆和语言功能的研究，这些儿童的部分大脑被手术切除以治疗癫痫，但很少有研究检查手术对大脑视觉系统和由此产生的感知行为的影响。”“我们的目标是缩小这个差距。”

Behrmann和他的同事招募了10名接受过严重癫痫手术的儿童，10名与之匹配的健康儿童作为对照组。严重癫痫大多是由婴儿时期的中风或肿瘤等损伤引起的。在接受手术的儿童中，3个失去了右侧的部分视觉皮层，3个失去了左侧的部分视觉皮层，其余4个失去了与感知无关的大脑其他部分，作为第二种对照组。在6名视觉皮层被切除的儿童中，有4名儿童由于早期视觉皮层的丧失，其一侧的周边视力出现永久性下降。所有患儿术后癫痫均得到缓解或明显改善。这些孩子在手术时的年龄在6岁到17岁之间，大多数在几年后加入了研究。

研究人员测试了儿童的感知能力，包括面部识别、物体分类能力、阅读能力和模式识别能力。尽管在某些情况下完全缺乏一侧的视觉皮层，但几乎所有的儿童都能够成功地完成这些行为任务，甚至在复杂的感知和记忆活动中也处于正常范围内。

为了更好地了解儿童在手术后是如何进行补偿的，研究小组在儿童进行感知任务时，用功能性磁共振成像(fMRI)对儿童的大脑进行了成像。功能磁共振成像使研究人员能够可视化大脑的哪些区域在特定活动中被激活。研究小组能够在对照组儿童和接受过手术的儿童的大脑中绘制出个体感知任务所需的特定位置。这些区域包括早期视觉皮层、纺锤状脸区(面部识别所需)、海马旁位置区(处理场景和位置所需)、枕骨外侧复合体(物体识别所需)和视觉词形区(阅读所需)。

大部分地区视觉感知双侧存在——也就是说，两边的大脑都参与了这些任务。然而，例外的是面部识别(梭形脸区)，它往往在右半球占主导地位，以及视觉词形式区。

“我们认为在面部表征和文字表征之间存在着一些竞争，”Erez Freud博士解释道，他是这项研究的主要作者，现在是多伦多约克大学的助理教授。“当我们学习阅读时，左侧出现了一个专门用于阅读的区域，这将人脸识别推到右半球。”

奇怪的是，对于一个手术切除了左半球大部分视觉皮层的参与者来说，这个阅读特定的视觉构词法区域重新映射到右半球，与另一侧的面部识别区域共享空间。但即使是那些没有表现出如此清晰的重新映射的参与者，其余的大脑半球仍然能够以一种在成年人中不常见的方式弥补缺失的区域。

目前还不清楚这种补偿发生的确切时间，但研究人员相信它可能在很久以前就开始了手术这是对最初引起癫痫的损伤的反应。

“有可能早期的手术治疗孩子们弗洛伊德说:“虽然还需要更多的研究来了解是什么驱动了这种大脑可塑性。”

该研究的主要作者Tina Liu博士说:“事实证明，残留皮层实际上可以支持我们所观察的大多数视觉功能。”“那些视觉功能——识别模式，面部识别以及物体识别——对于支持日常交互非常重要。”

这项研究发表在神经科学杂志．