Развитие осязания в онтогенезе как механизма сенсорной адаптации людей с нарушением зрения: обзор предметного поля

Аннотация

Актуальность. Нарушение зрения на разных этапах онтогенеза требует формирования механизмов сенсорной адаптации, обеспечивающих сохранение когнитивной активности и возможность эффективного взаимодействия с окружающей средой. Одним из ключевых компенсаторных механизмов в условиях зрительной депривации является развитие осязания, позволяющее частично восполнять дефицит визуальной информации. В основе компенсации лежат процессы кросс-модальной пластичности мозга. Эти процессы особенно выражены при раннем нарушении зрения. Развитие технологий сенсорной замены, ориентированных на поддержку адаптационных процессов при отсутствии зрительной стимуляции, обусловливает необходимость систематизированного анализа научных данных.

Цель. Картирование и аналитическая систематизация исследований, посвященных роли осязания в сенсорной адаптации при нарушении зрения, с акцентом на кросс-модальную пластичность.

Методы. Работа выполнена в формате обзора предметного поля. Поиск релевантных публикаций проведен в базах eLibrary.ru, КиберЛенинка, PubMed и Google Scholar без ограничений по году, что позволило охватить период от работ И.М. Сеченова до исследований 2024 г. Отбор публикаций проводился по ключевым словам, отражающим проблематику тактильной компенсации и кросс-модальной пластичности. Итоговая выборка составила 63 источника в области нейронауки, нейропсихологии, тифлопсихологии и сенсорных технологий.

Результаты. Обзор раскрывает, что нарушение зрения сопровождается функциональной перестройкой сенсорной системы, при которой зрительная кора вовлекается в обработку тактильной и слуховой информации. У лиц с нарушением зрения отмечается повышенная тактильная чувствительность, особенно в задачах на различение формы, текстуры и пространственных характеристик стимулов. Технические средства сенсорной замены могут усиливать компенсаторные механизмы при условии регулярного обучения и применения.

Выводы. Кросс-модальная пластичность мозга является базовым механизмом сенсорной компенсации при нарушении зрения. Развитие тактильного восприятия и использование технологий сенсорной замены рассматриваются как факторы когнитивной, эмоциональной и социальной адаптации слепых и слабовидящих людей. Подчеркивается значимость раннего включения тактильного обучения в реабилитационные программы.

Литература

Веккер, Л.Н. (1957). О некоторых вопросах теории осязательного образа. В кн.: Материалы совещания по психологии (1–6 июля 1955 г.). Под ред. Б.Г. Ананьева. (С. 199–205). Москва: Изд-во АПН РСФСР.

Егоров, Т.Г. (1955). Психология. Москва: Изд-во «Воениздат».

Есиков, В.Б., Машанский, В.Ф., Рогушин, В.К. (1997). Развитие кожно-тактильного восприятия слепых младших школьников посредством высокочастотного вибровоздействия. В кн.: Диагностика, развитие и коррекция сенсорной сферы лиц с нарушением зрения. Материалы Международной научно-педагогической конференции тифлопедагогов и незрячих учителей, посвященной 200-летию РГПУ им. А.И. Герцена (28–30 октября 1996 г.). Под ред. Е.М. Паниной. (С. 68–71). Москва: Изд-во «Логос».

Копытин, А.И. (ред.). (2000). Практикум по арт-терапии. Санкт-Петербург: Изд-во «Питер».

Кулешов, Д.С., Бытейщиков, А.П., Горюнов, А.В., Золотарев, М.В., Кириченко, Н.Н. (2020). Портативное устройство захвата и распознавания зрительных образов (RU 198852 U1). Москва: Изд-во Федерального института промышленной собственности, отделение ВПТБ.

Майданский, А.Д. (2020). Л.С. Выготский, И.А. Соколянский и Загорский эксперимент. В кн.: Психология человека: Л.С. Выготский и современная наука. Под ред. М.В. Папучи. (С. 44–57). Нежин: Изд-во НИУ им. М. Гоголя.

Мясникова, Л.В. (2003). Воспитание культуры осязания как средства социальной адаптации детей с нарушением зрения. В кн.: Образование для всех: пути интеграции: сб. науч. ст. (С. 70–75). Саратов: Изд-во СГТУ.

Новиков, А.К. (2010). Психологические особенности восприятия незрячих. Молодой ученый, (11), 82–86. URL: https://moluch.ru/archive/22/2195/ (дата обращения: 23.11.2023).

Сеченов, И.М. (1908). Собрание сочинений И.М. Сеченова: в 2 т. Т. 2. Статьи психологические и популярные очерки. Москва: Типо-литография Т-ва И.Н. Кушнерев и Ко.

Сторчилова, А.А. (1997). Диагностика осязательного восприятия слепых младших школьников как начальное условие его развития в процессе обучения. В кн.: Диагностика, развитие и коррекция сенсорной сферы лиц с нарушением зрения. Материалы Международной научно-педагогической конференции тифлопедагогов и незрячих учителей, посвященной 200-летию РГПУ им. А.И. Герцена (28–30 октября 1996 г.). Под ред. Е.М. Паниной. Москва: Изд-во «Логос».

Adkins, A., Sewell, D., Cleveland, J. (2016). The development of tactile skills. TX SenseAbilities, 10(1), 17–21.

Alary, F., Duquette, M., Goldstein, R., Elaine Chapman, C., Voss, P., La Buissonnière-Ariza, V., Lepore, F. (2009). Tactile acuity in the blind: a closer look reveals superiority over the sighted in some but not all cutaneous tasks. Neuropsychologia, 47(10), 2037–2043. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2009.03.014

Amedi, A., Floel, A., Knecht, S., Zohary, E., Cohen, L.G. (2004). Transcranial magnetic stimulation of the occipital pole interferes with verbal processing in blind subjects. Nature Neuroscience, 7, 1266–1270. https://doi.org/10.1038/nn1328

Amedi, A., Raz, N., Pianka, P., Malach, R., Zohary, E. (2003). Early ‘visual’ cortex activation correlates with superior verbal memory performance in the blind. Nature Neuroscience, 6, 758–766. https://doi.org/10.1038/nn1072

Bach-y-Rita, P. (1972). Brain Mechanisms in Sensory Substitution. New York: Academic Press.

Bach-y-Rita, P., Collins, C.C., Saunders, F., White, B., Scadden, L. (1969). Vision substitution by tactile image projection. Nature, 221, 963–964.

Bach-y-Rita, P., Danilov, Y., Tyler, M., Grimm, R. (2005). Late human brain plasticity: Vestibular substitution with a tongue BrainPort human-machine interface. Intellectica, 40, 115–134. https://doi.org/10.3406/intel.2005.1362

Bach-y-Rita, P., Kaczmarek, K.A., Tyler, M.E., Garcia-Lara, J. (1998). Form perception with a 49-point electrotactile stimulus array on the tongue. Journal of Rehabilitation Research and Development, 35, 427–430.

Beauchamp, M.S., Yasar, N.E., Frye, R.E., Ro, T. (2008). Touch, sound and vision in human superior temporal sulcus. NeuroImage, 41(3), 1011–1020. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2008.03.015

Buimer, H., Schellens, R., Kostelijk, T., Nemri, A., Zhao, Y., van der Geest, T., Van Wezel, R. (2019). Opportunities and pitfalls in applying emotion recognition software for persons with a visual impairment: Simulated real life conversations. Journal of Medical Internet Research, 7(11), e13722. https://doi.org/10.2196/13722

Buimer, H.P., Bittner, M., Kostelijk, T., Van der Geest, T.M., Nemri, A., Van Wezel, R.J.A., Zhao, Y. (2018). Conveying facial expressions to blind and visually impaired persons through a wearable vibrotactile device. PLoS ONE, 13(3), e0194737. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194737

Burton, H., McLaren, D.G. (2006). Visual cortex activation in late-onset, Braille naive blind individuals: an fMRI study during semantic and phonological tasks with heard words. Neuroscience Letters, 392, 38–42. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2005.09.015

Cappagli, G., Finocchietti, S., Cocchi, E., Gori, M. (2017). The impact of early visual deprivation on spatial hearing: A comparison between totally and partially visually deprived children. Frontiers in Psychology, 8, 467. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.00467

Cuevas, I., Plaza, P., Rombaux, P., De Volder, A.G., Renier, L. (2009). Odour discrimination and identification are improved in early blindness. Neuropsychologia, 47, 3079–3083. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2009.07.004

De Heering, A., Dormal, G., Pelland, M., Lewis, T., Maurer, D., Collignon, O. (2016). Brief period of postnatal visual deprivation alters the balance between auditory and visual attention. Current Biology, 26(22), 3101–3105. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.10.014

Domenici, N., Tonelli, A., Gori, M. (2022). The development of adaptation aftereffects in the vibrotactile domain. Journal of Experimental Psychology: General, 151(12), 3134–3143. https://doi.org/10.1037/xge0001252

Elbert, T., Sterr, A., Rockstroh, B., Pantev, C., Muller, M.M., Taub, E. (2002). Expansion of the tonotopic area in the auditory cortex of the blind. Journal of Neuroscience, 22, 9941–9944. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.22-22-09941.2002

Ewall, G., Parkins, S., Lin, A., Jaoui, Y., Lee, H.K. (2021). Cortical and subcortical circuits for cross-modal plasticity induced by loss of vision. Frontiers in Neural Circuits, 15, 665009. https://doi.org/10.3389/fncir.2021.665009

Goldreich, D., Kanics, I. (2003). Tactile acuity is enhanced in blindness. Journal of Neuroscience, 23(8), 3439–3445. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-08-03439.2003

Goller, A.I., Otten, L.J., Ward, J. (2009). Seeing sounds and hearing colors: an event-related potential study of auditory-visual synesthesia. Journal of Cognitive Neuroscience, 21, 1869–1881.

Gori, M., Sandini, G., Martinoli, C., Burr, D.C. (2014). Impairment of auditory spatial localization in congenitally blind human subjects. Brain, 137, 288–293. https://doi.org/10.1093/brain/awt311

Gougoux, F., Zatorre, R.J., Lassonde, M., Voss, P., Lepore, F. (2005). A functional neuroimaging study of sound localization: visual cortex activity predicts performance in early-blind individuals. PLoS Biology, 3(2), e27. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030027

Grant, A.C., Thiagarajah, M.C., Sathian, K. (2000). Tactile perception in blind Braille readers: a psychophysical study of acuity and hyperacuity using gratings and dot patterns. Perception & Psychophysics, 62(2), 301–312.

Haber, R.N., Haber, L.R., Levin, C.A., Hollyfield, R. (1993). Properties of spatial representations: Data from sighted and blind subjects. Perception & Psychophysics, 54, 1–13. https://doi.org/10.3758/BF03206932

Heller, M.A. (1989). Picture and pattern perception in the sighted and the blind: The advantage of the late blind. Perception, 18, 379–389.

Kärcher, S., Fenzlaff, S., Hartmann, D., Nagel, S., König, P. (2012). Sensory augmentation for the blind. Frontiers in Human Neuroscience, 6, 37. https://doi.org/10.3389/fnhum.2012.00037

Lazzouni, L., Lepore, F. (2014). Compensatory plasticity: time matters. Frontiers in Human Neuroscience, 8, 340. https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00340

Legge, G.E., Madison, C., Vaughn, B.N., Cheong, A.M., Miller, J.C. (2008). Retention of high tactile acuity throughout the life span in blindness. Perception & Psychophysics, 70(8), 1471–1488. https://doi.org/10.3758/PP.70.8.1471

Lenay, C., Gapenne, O., Hanneton, S., Marque, C.K. (2003). Sensory substitution: Limits and perspectives. In: Y. Hatwell, A. Streri, E. Gentaz, (eds.). Touching for Knowing: Cognitive Psychology of Haptic Manual Perception. (pp. 275–292). Amsterdam; Philadelphia: John Benjamins Publishing.

Leo, F., Gori, M., Sciutti, A. (2022). Early blindness modulates haptic object recognition. Frontiers in Human Neuroscience, 16, 941593. https://doi.org/10.3389/fnhum.2022.941593

Lessard, N., Paré, M., Lepore, F., Lassonde, M. (1998). Early-blind human subjects localize sound sources better than sighted subjects. Nature, 395, 278–280. https://doi.org/10.1038/26228

Maidenbaum, S., Abboud, S., Amedi, A. (2014). Sensory substitution: Closing the gap between basic research and widespread practical visual rehabilitation. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 41, 3–15. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2013.11.007

Maimon, A., Wald, I.Y., Oz, M.B., Codron, S., Netzer, O., Heimler, B., Amedi, A. (2022). The Topo-Speech sensory substitution system as a method of conveying spatial information to the blind and vision impaired. Frontiers in Human Neuroscience, 16, 1058093. https://doi.org/10.3389/fnhum.2022.1058093

Martolini, C., Cappagli, G., Campus, C., Gori, M. (2020). Shape recognition with sounds: Improvement in sighted individuals after audio–motor training. Multisensory Research, 33, 417–431. https://doi.org/10.1163/22134808-20191460

McDaniel, T., Villanueva, D., Krishna, S., Colbry, D., Panchanathan, S. (2010). Heartbeats: A methodology to convey interpersonal distance through touch. In: CHI ‘10 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems (April 10–15, 2010). (pp. 3985–3990). New York: Association for Computing Machinery Publ. https://doi.org/10.1145/1753846.1754090

Meijer, P.L.B. (1992). An experimental system for auditory image representations. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 39(2), 112–121.

Morrongiello, B.A., Timney, B., Humphrey, G.K., Anderson, S., Skory, C. (1995). Spatial knowledge in blind and sighted children. Journal of Experimental Child Psychology, 59, 211–233. https://doi.org/10.1006/jecp.1995.1010

Norman, J.F., Bartholomew, A.N. (2011). Blindness enhances tactile acuity and haptic 3-D shape discrimination. Attention, Perception, & Psychophysics, 73(7), 2323–2331. https://doi.org/10.3758/s13414-011-0160-4

Park, W.J., Fine, I. (2024). A unified model for cross-modal plasticity and skill acquisition. Frontiers in Neuroscience, 18, 1334283. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1334283

Pascual-Leone, A., Torres, F. (1993). Plasticity of the sensorimotor cortex representation of the reading finger in Braille readers. Brain, 116, 39–52. https://doi.org/10.1093/brain/116.1.39

Rauschecker, J.P. (1995). Compensatory plasticity and sensory substitution in the cerebral cortex. Trends in Neurosciences, 18, 36–43. https://doi.org/10.1016/0166-2236(95)93948-W

Renier, L., Cuevas, I., Grandin, C., Dricot, L., Plaza, P., Lerens, E. (2013). Right occipital cortex activation correlates with superior odor processing performance in the early blind. PLoS ONE, 8(8), e71907. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0071907

Röder, B., Rösler, F., Spence, C. (2004). Early vision impairs tactile perception in the blind. Current Biology, 14(2), 121–124. https://doi.org/10.1016/j.cub.2003.12.054

Röder, B., Teder-Sälejärvi, W., Sterr, A., Rösler, F., Hillyard, S.A. (1999). Improved auditory spatial tuning in blind humans. Nature, 400, 162–166. https://doi.org/10.1038/22106

Sabourin, C.J., Merrikhi, Y., Lomber, S.G. (2022). Do blind people hear better? Trends in Cognitive Sciences, 26, 999–1012. https://doi.org/10.1016/j.tics.2022.08.016

Sadato, N. (2005). How the blind “see” Braille: lessons from functional magnetic resonance imaging. The Neuroscientist, 11(6), 577–582. https://doi.org/10.1177/1073858405277314

Sadato, N., Pascual-Leone, A., Grafman, J., Ibañez, V., Deiber, M.-P., Dold, G., Hallett, M. (1996). Activation of the primary visual cortex by Braille reading in blind subjects. Nature, 380, 526–528. https://doi.org/10.1038/380526a0

Simner, J., Ludwig, V.U. (2012). The color of touch: a case of tactile-visual synaesthesia. Neurocase, 18, 167–180.

Ur Réhman, S., Liu, L., Li, H. (2008). Vibrotactile rendering of human emotions on the manifold of facial expressions. Journal of Multimedia, 3(3), 18–25. https://doi.org/10.4304/jmm.3.3.18-25

Vadapalli, K., Ravi, D., Vamsi Krishna, D.B., Jyothirmai, V. (2020). Comparison of tactile sensation among blind and sighted individuals. Indian Journal of Clinical Anatomy and Physiology, 7(2), 169–172. https://doi.org/10.18231/j.ijcap.2020.034

Wallraven, C., Dopjans, L. (2013). Visual experience is necessary for efficient haptic face recognition. NeuroReport, 24(5), 254–258. https://doi.org/10.1097/WNR.0b013e32835f00c0

Ward, J., Wright, T. (2014). Sensory substitution as an artificially acquired synaesthesia. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 41, 26–35. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2012.07.007

Yue, X., Tjan, B.S., Biederman, I. (2006). What makes faces special? Vision Research, 46, 3802–3811. https://doi.org/10.1016/j.visres.2006.06.017