我的母親過去常常在新德里我們家門口附近放一個裝零錢的小藍色玻璃碗。她出門時，會拿幾枚硬幣作為佈施，因為在城市的街道上總是能看到窮人。考慮到你對印度普遍存在的人類苦難會多麼迅速地變得麻木不仁，她始終如一地堅持這個儀式總是讓我印象深刻。
自從我母親與癌症作鬥爭以來，這個碗已經幾個月沒有用過了。2002年，在她去世一年後，當我回到印度時，我注意到這是我父親儲存下來的為數不多的她的遺物之一。我萬萬沒想到，它將改變我的人生。
在我訪問期間的一個寒冷的下午，當我出門拜訪朋友時，我伸手到碗裡拿了幾枚硬幣放進口袋。天氣非常冷，我很高興找到一輛車窗可以完全關閉的計程車，這在新德里並不常見。幾分鐘後，計程車在一個十字路口停了下來。交通出奇地順暢，我注意到路邊蜷縮著一個小家庭。我拿出硬幣，搖下車窗，向他們招手。
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他們慢慢地走向我，兩個孩子緊緊抓住婦女的紗麗。看到骨瘦如柴、赤腳的孩子們穿著單薄的棉布破爛衣服，真是令人痛心。更讓我不安的是，我注意到這些孩子，肯定有六七歲了，也是盲人。當這個小家庭瑟瑟發抖地站在我的計程車外時，我可以看到孩子們眼睛裡的白內障。這讓我很驚訝，因為我以前只在老年人身上見過白內障。交通燈變綠了。我把硬幣放在母親的手裡，看著這個家庭在出租車開走時消失了。在接下來的幾天裡，孩子們的臉龐一直縈繞在我的腦海中。我試圖儘可能多地瞭解印度的兒童失明情況。我讀到的內容令人震驚。
印度是世界上盲童人口最多的國家之一，估計接近40萬。視覺障礙加上極端貧困，嚴重損害了孩子們的生活質量；此外，死亡率也高得驚人。世界衛生組織估計，高達60%的兒童在失明後一年內死亡。只有不到10%的兒童接受任何教育。對於失明的女孩來說，前景更加黯淡。許多人被限制在家中，遭受身體或性虐待。
這些數字已經令人沮喪，但當我讀到許多痛苦是不必要的時，我變得更加不安；近40%的兒童失明是可以治療或預防的。然而，許多年輕人從未接受過醫療護理，因為治療機構集中在大城市，而近70%的印度人口居住在農村。這些情況意味著，一個經濟拮据的農村家庭中的盲童很可能註定要過上黑暗而悲慘的短暫一生。
我帶著難以置信的感覺接受了這些數字。畢竟，我在印度長大。我怎麼可能一直沒有意識到這個問題？而這些事情又怎麼會如此違背印度作為新興經濟超級大國的普遍說法？我決定再去印度一趟。我走訪了德里周邊的村莊、安得拉邦南部以及西孟加拉邦恆河三角洲。我遇到的許多盲童讓我相信這些統計資料是有事實根據的。我在這些村莊看到的赤貧也幫助我理解了為什麼這麼多盲童仍然沒有得到治療。
在新德里那個寒冷的下午的經歷標誌著一段尚未結束的個人旅程的開始。我決心幫助這些盲童重見光明。作為一名科學家，我意識到這樣做提供了一個寶貴的機會來回答神經科學中最具挑戰性的問題之一：大腦是如何學會看東西的？
問題中的答案
自從我在麻省理工學院讀研究生以來，這個問題一直讓我著迷和沮喪。每時每刻衝擊我們視網膜的顏色、亮度和紋理的混亂集合是如何組織成有意義的物體集合的，從而轉變成，比如說，一個跳舞女孩的手臂和軀幹的輪廓——以及她格子裙上縱橫交錯的藍色和綠色？
研究視覺系統如何發展的主要方法是進行嬰兒實驗。儘管它已經產生了有價值的結果，但它也存在明顯的缺點。這些實驗很難進行。嬰兒理解和回應的能力有限，甚至長時間保持清醒的能力也有限，這強烈限制了可以實際提出的問題的範圍。另一個複雜因素是，隨著孩子的成長，相關的但不同的腦子系統（例如負責動機、集中注意力和控制眼球運動的區域）可能會同時發生變化。
瞭解所有這些，在2002年夏天，我發現自己正在努力解決兩個看似無關的問題。大腦是如何學會理解視覺資訊的？而且，新德里的經歷仍然記憶猶新，我如何才能幫助先天性盲童提供恢復視力的手術？
我仍然記得意識到這兩個問題是互補的——一個問題包含著另一個問題的答案時的激動心情。跟蹤新獲得視力的孩子的進步可以幫助我們理解視覺學習，而應用於此類研究專案的科學資金可以幫助提供治療。我驚歎於這兩個需求是多麼契合，並且有點以自我為中心地，它們與我的生活是多麼相關。
回到麻省理工學院後，我向我的同事描述了一個計劃，即開展一項結合科學和人道主義目標的研究。大多數人很熱情，但也有少數人警告說，在獲得終身教職之前，不要開始如此雄心勃勃的事業。我理解其中的風險，但我感到有必要推進這個計劃。
我向國家眼科研究所（美國國立衛生研究院的一部分）提交了申請。我有點擔心，要求美國政府機構出資資助在印度的手術可能行不通。此外，這項事業在後勤上很複雜，並且缺乏關於其可行性的初步資料。但審查委員會看到了這項工作的科學和人道主義潛力，並授予我一項探索性資助，以確定可行性。我非常激動。這是我的第一筆NIH資助，它在我心中強化了美國科學作為全球公益力量的形象，這種力量不會迴避鼓勵不受狹隘考慮約束的冒險事業。
下一步是確定在印度的醫療合作伙伴，讓盲童能夠獲得世界一流的外科護理。一家眼科中心脫穎而出：位於新德里的Dr. Shroff's Charity Eye Hospital (SCEH)。它擁有出色的兒科設施，其醫生歡迎該專案，認為這是一個幫助盲童和參與研究的機會。
一切準備就緒。不過，我們還需要一個名字，一個能夠反映我們雙重使命的名字：將光明帶入人們的生活，併為科學問題帶來光明。我不需要考慮太久。在古老的印歐語系梵語中，“光”這個詞是prakash。我們現在有了一個名字，它帶有一絲吸引人的頭韻：普拉卡什專案 (Project Prakash)。
手術有幫助嗎？
我們分幾個階段開展了這個專案。首先，我們透過在農村地區的營地設立眼科篩查，確定了可以從治療中受益的兒童——在某些情況下，甚至是年輕人。由驗光師、眼科醫生和其他醫護人員組成的團隊檢查了兒童的視力問題（屈光不正）、眼部感染和可治療的失明（主要來自先天性白內障和角膜疤痕造成的損害）。被選為治療候選人的兒童前往新德里的醫院進行更徹底的檢查，包括眼底鏡檢查（檢視眼睛後部）、眼睛超聲檢查以及評估兒童的總體健康狀況和手術適應性。然後在與每個孩子的監護人協商後確定手術日期。
兒童白內障手術比成人複雜得多。兒科手術需要全身麻醉和重症監護。手術過程包括將硬化的不透明晶狀體分解成小碎片，透過角膜邊緣的一個小切口切除這些碎片，並用合成晶狀體替換受損的天然晶狀體。普拉卡什專案承擔了大約300美元的費用——孩子們會定期回來進行術後檢查。
隨著這項工作的開展，一個擔憂一直困擾著我。我想知道我們的手術干預，儘管是出於好意，是否來得太晚而沒有任何幫助。我們是否可能錯過了生命早期需要密集使用眼睛和視覺腦回路的關鍵期，過了這個時期，視覺能力就無法發展？這個想法並非不合理。一位英國外科醫生威廉·切塞爾登 (William Cheselden) 在 1728 年首次描述了一位出生時雙眼患有白內障的 13 歲男孩的延遲視力發作。切塞爾登注意到，即使在去除阻塞物後，男孩的視力仍然嚴重受損。
對動物視覺剝奪的對照研究也描繪了一幅同樣令人沮喪的景象。托爾斯滕·維塞爾 (Torsten Wiesel) 和大衛·休伯爾 (David Hubel) 後來都獲得了 1981 年諾貝爾獎，他們描述了早期視覺剝奪對貓的戲劇性不利後果。在這種背景下，人們自然會懷疑，在童年後期提供眼科手術是否會有任何有益的目的。
不過，我覺得這些治療值得進行。過分解讀切塞爾登等人的舊記載是有風險的。糟糕的手術結果很可能是眼睛組織損傷造成的，這是粗糙的手術技術（如推拿術，一種過時的白內障摘除方法）的結果。大多數動物研究都著眼於縫合一隻眼睛，而普拉卡什的孩子們雙眼都受到了阻塞。有點令人驚訝的是，剝奪一隻眼睛的視力對該眼睛的視力造成的負面影響比雙眼同時被剝奪更大。在童年後期接受失明治療後是否可以獲得任何視覺功能仍然是一個很大程度上懸而未決的問題。
現在我們看到了
偉大的美國心理學家威廉·詹姆斯 (William James) 將嬰兒的感知世界描述為“一團蓬勃發展、嗡嗡作響的混亂”，先於視覺系統的成熟。普拉卡什專案的問題是，這個時期——複雜的顏色、形狀和運動的轟炸，這可能是正常視覺發育的早期階段——是否反映了新獲得視力的普拉卡什孩子們的經歷，其中一些孩子在第一次獲得視力時已經 20 多歲了。他們的視覺系統是否會經歷無政府狀態但必要的最初步驟，以任何有意義的方式組織傳入的影像？“組織”一詞在這裡有兩種含義。對於一個人來說，“看到”，影像的各個部分必須結合成不同的物體，這個過程稱為內部模式組織。第二個要求，相互模式組織，與視覺與其他感官的互動有關。
我們能夠將影像劃分為不同的物體，這種能力是如此嫻熟，以至於似乎毫不費力。我們睜開眼睛，世界就井然有序地呈現在眼前，成為事物的有序集合。然而，我們發現普拉卡什的孩子在獲得視力後不久的體驗是不同的。新獲得視力的人表現出嚴重的障礙。他們無法將許多不同顏色和亮度的區域組織成更大的組合。普通物體的許多特徵——兩個正方形的重疊部分或球表面由繫帶界定的部分——被感知為完全獨立的物體，而不是更大結構的組成部分。對於一個新獲得視力的人來說，視覺場景就好像是由許多不相關的顏色和亮度區域組成的拼貼畫，類似於抽象畫。這種感知上的過度碎片化使得難以檢測到整個物體。
普拉卡什患者的失敗提出了一個困擾科學家近一個世紀的問題：對於我們這些具有正常視力的人來說，是什麼線索讓我們能夠正確地解析複雜的影像？答案似乎在於大腦透過所謂的 grouping heuristics（分組啟發式）自然地排列視覺輸入的方式（在 20 世紀早期心理學研究運動之後，稱為格式塔分組線索）。例如，視覺系統中程式設計的一個基本規則會誘導影像中對齊的線條組合在一起，因為它們很可能來自同一物體的邊界。
這些線索在普拉卡什的孩子們剛獲得視力後似乎都沒有效果，但隨著時間的推移，會發生有趣的變化。我清楚地記得 SK，他是第一位給我們這個暗示的普拉卡什患者。他是一位 29 歲的男子，我們在新德里郊外一個狹窄的盲人青年旅社遇到了他。快速檢查顯示他患有先天性無晶狀體症（來自希臘語 phakos，意為“晶狀體/小扁豆”），這是一種罕見的疾病，患兒出生時眼睛沒有晶狀體。對於 SK 來說，視覺世界高度退化，遠比美國定義的法定失明還要糟糕。他透過拄著白色手杖走路和用盲文學習來適應。值得注意的是，糾正他的無晶狀體症所需要的只是一副 20 美元的眼鏡，它可以補償他缺失的天然晶狀體，而 SK 買不起。
我們為 SK 配了眼鏡，然後測試了他的視力。讓我們立刻感到震驚的是，與我們天真的期望相反，SK 似乎並沒有對視力的提高感到特別興奮。我們的測試顯示，他的視覺世界是由許多不同顏色和亮度的區域組成的令人眼花繚亂的集合，幾乎沒有東西將它們粘合在一起形成連貫的實體。即使是簡單的線條畫，例如一個圓圈與一個正方形重疊，對他來說也似乎是一組形狀奇怪的互鎖碎片（儘管他之前透過觸控熟悉了正方形和圓圈的概念）。SK 很難在照片影像中描繪出整個物體。陰影和陰影、重疊和遮擋對他來說構成了不可逾越的障礙；每一個不同色調或亮度的區域對他來說似乎都是一個獨立的物體。
有趣的是，當引入一個特定的視覺線索時，這種令人困惑的區域湯狀物凝結成了有意義的結構：運動。當靜態影像對 SK 來說令人絕望地感到困惑時，當它們的組成部分移動時，就變得可以理解了。SK 檢查影像的影片顯示，運動帶來的幾乎是神奇的轉變。
我們跟蹤了 SK 幾個月的視覺體驗。他繼續表現出在解釋靜態影像方面的困難。就在我們開始接受 SK 的影像解析能力可能受到永久性損害的想法時，事情發生了變化。在最初干預一年半後，除了接觸周圍的視覺世界之外，沒有任何其他訓練，SK 取得了顯著的進步。他現在能夠正確地解析靜態影像，甚至表達了他對視力提高的快樂。這是一個非常令人欣慰的結論，為一段讓我們感到非常懸念的章節畫上了句號。
在隨後對其他比 SK 年輕得多的患者的研究中，我們發現了對他經歷的重述。在影像解析任務中遇到困難幾個月後，他們開始成功地將他們的感知組織成連貫的物體。獲得這項技能所需的時間似乎取決於孩子接受治療時的年齡，年齡較小的孩子比年齡較大的孩子學習得更快。
這種改進的根本原因是什麼？理論表明，運動可能扮演著“老師”的角色，訓練視覺系統即使在影像靜態時也能解析影像。憑藉“一起移動的東西屬於一起”的規則，一個人的視覺系統最終可以學會透過顏色和方向等靜態屬性對影像進行分組。
當然，大腦不僅僅是挑選出視覺場景的元素。它還與聲音、觸覺、嗅覺和味覺領域相連——透過相互模式組織創造感官全景。視覺如何與聲音和其他感官聯絡起來，這個問題困擾了哲學家和神經科學家幾個世紀。1688 年，愛爾蘭科學家威廉·莫利紐克斯 (William Molyneux) 致信英國哲學家約翰·洛克 (John Locke)：“假設一個天生失明的人，現在已經成年，並且透過觸控學會了區分同一金屬的立方體和球體……。假設立方體和球體被放在桌子上，並且讓盲人看到：問題是，透過他的視力，在他觸控它們之前，他現在能否區分並說出哪個是球體，哪個是立方體？”
洛克將莫利紐克斯的問題收錄在他 1692 年出版的著名專著《人類理解論》中。莫利紐克斯的提問凝結了一系列根本重要的問題：我們如何將不同的感官聯絡起來，形成對現實的統一感知？我們是否天生就擁有這種世界的心理地圖，還是需要透過經驗來學習？它能在晚年獲得嗎？洛克、喬治·貝克萊、大衛·休謨和其他經驗主義者對這些思想的追求現在關係到當代神經科學的許多重要問題。
在評估普拉卡什的孩子們是否能夠將視覺與其他感官聯絡起來時，我們有機會直接解決莫利紐克斯問題。我們在孩子們剛做完視力手術後與他們合作，讓他們參加“配對樣本”實驗。孩子看到或觸控空白背景上的一個簡單物體（樣本），然後必須從視覺或觸覺呈現的一對兩個不同物體中選擇它。
YS 的案例就是一個說明性的例子，他是一個八歲大的可愛男孩，雙眼患有嚴重的先天性白內障。像大多數普拉卡什的孩子一樣，YS 在手術後第二天感覺很舒服，並準備好與研究團隊合作。
在測試中，一張中間的紙張確保 YS 看不到他的手。他會拿到一個物體（“樣本”）用手觸控，然後再交回。然後他會拿起樣本和另一個物體放在手中，並被要求交回前者。YS 可以毫不費力地為呈現給他的所有物體對挑選出樣本。同樣，在純視覺領域，他的表現也堪稱完美。然而，在關鍵的轉移任務中，即透過視覺識別他用手觸控過的東西，他的表現直線下降。我們合作的其他四個孩子也表現出相同的結果模式。
這些發現讓我們相信，莫利紐克斯的問題很可能有一個否定的答案——在視力開始後立即，觸控到視覺之間不會發生明顯的的資訊轉移。雖然這個結果看起來很有趣，但也許還有一個更耐人尋味的補充。
當我們在一週後測試 YS 時，我們震驚地發現他在轉移任務中的表現已經從不比偶然預測的好到接近完美的水平。我們跟蹤的其他兩個孩子也表現出類似的進步。在短短幾周內，普拉卡什的孩子們開始熟練地透過視覺識別他們用觸控感覺到的物體，這表明他們具有快速學習將不同感官聯絡起來的潛在能力。總而言之，這些研究表明，多年的先天性失明並不能阻止在相對較晚的年齡發展出複雜的視覺能力。從科學和臨床角度來看，這一認識對我們來說都是好訊息。它表明，神經可塑性——例如，視覺系統適應新體驗的能力——即使在童年後期或青年時期也存在，並且根據我們的經驗，孩子們將從眼科手術中受益。
這一知識為繼續深入研究童年後期視覺發育奠定了基礎。我們與年齡從 6 歲到 20 多歲的普拉卡什參與者合作，對廣泛的視覺功能進行了評估。到目前為止，這些測試的結果表明，視覺的一些關鍵方面，如視敏度（可以分辨多精細的視覺模式）、空間對比度（視敏度隨影像對比度變化而變化）和光學穩定性，會因長時間的剝奪而受到損害。這些缺陷似乎是永久性的，因為即使在一年後，這些指標也無法達到正常水平。
然而，當我們超越這些基本測量，轉向所謂的高階視覺功能時，我們發現了獲得重要技能的證據——特別是，區分影像中物體和與其他感官聯絡的能力。普拉卡什的孩子們在檢測面部和對他們觀察到的物體的空間排列進行心理推理的能力方面也表現出進步。
新景象
這些發現開始讓我們瞭解孩子在晚年獲得視力時可以和不可以實現什麼。一方面，如果眼睛和用於視覺處理的大腦區域在據信持續到童年最初幾年的“關鍵期”內沒有受到密集使用，視覺功能不會不可挽回地消退。另一方面，早期的視覺體驗對於高解析度視覺等能力的正常發展無疑是重要的。
早期結果為一系列新的調查奠定了基礎，其中一些調查可能與失明相去甚遠。根據普拉卡什的研究，我們正在開發用於自動發現影片中視覺物體類別（例如面部）的軟體。此外，我們發現兒童在視力恢復後不久整合視覺資訊方面的缺陷與自閉症兒童研究報告的缺陷相似。這種初步聯絡現在已演變成我實驗室中的一系列研究，旨在探索自閉症中感覺處理障礙的原因。
未來的旅程有望比我們迄今為止走過的地形更加令人興奮。我們最近開始研究的一個問題是大腦結構與其功能之間的關係。我們計劃使用功能性磁共振成像來觀察新獲得視力的孩子的大腦皮層變化，比較不同年齡開始治療時發生的情況，以確定大腦在生命後期可以重組自身的程度。我們還可能能夠確定，在手術進行得相對較晚的情況下，其他感官——例如觸覺或聽覺——是否可能劫持了通常為視覺處理保留的皮層區域。
普拉卡什專案面臨著重大挑戰，其中最重要的是擴大其外展和治療計劃，並使孩子們融入主流社會。我們應對這些挑戰的計劃是雄心勃勃的；我們建議從建立普拉卡什兒童中心開始——這是一個整合醫療、教育和研究的機構。它將包含一家兒科醫院、一個最先進的神經科學研究中心和一個為新接受治療的兒童提供的康復單元，以便他們能夠從治療中獲得最大益處。
該專案的外展工作迄今為止已為居住在印度北部一些最貧困和最被忽視的村莊的約 40,000 名兒童提供了眼科篩查。約 450 名視力障礙兒童接受了外科護理和隨訪，超過 1,400 名兒童接受了藥物和光學治療。然而，鑑於問題的嚴重性，這僅僅是一個開始。
我的學生和我從普拉卡什專案取得的發現中獲得了極大的滿足感，但這項工作也從更深層次、更個人的層面上影響了我們。與我們合作的每個盲童都講述了一個獨特的艱辛和社會孤立的故事。同樣獨特的是每個孩子在治療後生活發生的變化。SK 回到他的家鄉州，重新燃起了實現他珍視的目標——成為一名教師的希望。JA 在 14 歲時接受了治療，六年後的今天，他已經可以獨自在德里混亂的交通中穿梭。
三個男孩的母親，他們都患有先天性白內障，並在去年接受了治療，不再被她的村民嘲笑為帶著詛咒。兩兄弟在忍受了八年多的先天性失明後，剛剛獲得視力幾個月，現在對搬到正常兒童學校的前景感到興奮。
這些轉變證明了合作的力量：普拉卡什專案欠科學家、臨床醫生、教育工作者和贊助商的債務，他們齊心協力推進臨床和基礎科學。當然，我個人對一個藍色玻璃碗和曾經擁有它的非常特殊的人心存感激。