自適應光學矯正結(jié)合知覺學習提高視覺功能.pdf

1、視覺神經(jīng)科學中的一個基本理論是“視皮層的發(fā)育具有關鍵期”，在關鍵期關閉之前視皮層較容易被改變，而關鍵期之后則較難被改變。目前，很多知覺學習上的證據(jù)表明，即使是成年的視皮層也存在一定的可塑性。然而，對正常成人而言，這種在知覺學習過程中體現(xiàn)出的可塑性雖然確實存在，其程度卻非常小。前人大多認為這可能是由于成人的神經(jīng)可塑性本來就低導致的。但是否可能有其他因素限制了正常成人在知覺學習過程中可塑性的發(fā)揮呢？針對這一問題，本文深入研究了人眼光學系統(tǒng)成

2、像質(zhì)量的優(yōu)劣對知覺學習效果的影響。具體來說，我們比較了在矯正人眼高階像差情況下（較理想的人眼光學系統(tǒng)）對比度檢測任務的知覺學習和不矯正人眼高階像差情況下（普通的人眼光學系統(tǒng)）同樣任務的知覺學習中，被試對比敏感度和視力提高程度的差異。
　　 21 名正常成年人被隨機分成兩組進行訓練。其中第一組13 人，在矯正高階像差情況下進行知覺學習訓練；第二組8 人，在不矯正高階像差情況下進行訓練。兩組被試都使用高空間頻率端的正弦光柵訓練了10

3、天，每天訓練1個小時左右。
　　 訓練結(jié)束后，第一組被試在訓練頻率的對比敏感度提高極為顯著（P<0.00001），平均提高了5.39dB（對應提高幅度為86.1％），學習曲線的斜率為0.41 log units persession，在訓練7.35個sessions后達到平臺；第二組被試在訓練頻率的對比敏感度提高也達到了顯著性（P=0.03），平均提高了3.42dB（對應提高幅度為48.2％），學習曲線的斜率為0.35 log

4、units per session，在訓練4.12個sessions后達到平臺。
　　 在訓練前后我們還測試了兩組被試的對比敏感度函數(shù)（Contrast SensitivityFunction，CSF），即不同空間頻率下的對比敏感度與空間頻率的關系。總體來看，兩組被試的CSF 在訓練后都有顯著性提高（訓練前后對比，第一組F(1，12)=75.43，P<0.00001；第二組F(1,7)=5.46，P=0.05），但第一組的CSF

5、 提高更多（兩組的CSF 提高有顯著差異F(1，19)=8.12，P=0.01）。不同被試不同空間頻率下對比敏感度提高幅度的平均值，第一組為3.11dB，第二組為1.31dB。對訓練后CSF有顯著提高的被試而言（第一組所有的13 名被試以及第二組的4 名被試），兩組被試在訓練頻率處提高的值差異不顯著（P>0.5），但在帶寬特性（訓練頻率的提高往非訓練頻率上的傳遞特性）上有很大差別：第一組的學習效果有兩種，一種特異于訓練頻率附近（帶寬為1

6、.11 octaves），另一種則普遍存在于所有測試頻率（提高幅度為最大提高幅度的一半）；第二組的學習效果則只有一種特異于訓練頻率附近的提高（帶寬為1.42 octaves）。另一個有意思的發(fā)現(xiàn)是，第一組被試的視力在訓練后有了顯著的提高(P<0.000001)，第二組則沒有(P=0.199)。第一組所有被試的視力都有了提高，平均提高了2.32dB（對應提高幅度為31％），顯著高于第二組（P=0.0008）。我們在5個月之后找回了4 名第

7、一組的被試，發(fā)現(xiàn)他們視力的提高還依然保持。通過分析訓練前后兩組被試光學調(diào)制傳遞函數(shù)和神經(jīng)調(diào)制傳遞函數(shù)的變化，我們證實，訓練導致的對比敏感度的提高來自視覺神經(jīng)系統(tǒng)而不是人眼光學系統(tǒng)的變化。
　　 第一組被試這種更好的學習效果，也有可能來自其更久的高階像差矯正環(huán)境的經(jīng)歷本身。為了排除這一點，我們設計了第三組被試的訓練（Group3，6 人）。
　　 第三組和第一組同樣是在高階像差矯正下進行訓練，不同的是我們選用了低空間頻率端

8、的“最優(yōu)頻率”，即矯正高階像差時的CSF曲線上的最高點對應的空間頻率，作為訓練頻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第三組的提高很少，遠比第一組要小。這說明，雖然高階像差矯正可以提高知覺學習的效果，但使用低空間頻率端訓練還不足以達到更多的訓練效果，我們還必須選用高空間頻率端進行訓練。
　　 為了揭示第一組被試在訓練后成績提高的內(nèi)在機制，我們檢查了第一組的4名被試在訓練前后矯正高階像差時不同噪音水平下對比度閾值的變化情況。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)，學習的提高

9、來自視覺神經(jīng)系統(tǒng)信息提取效率的提高，而不是內(nèi)部噪音的降低，這與前人在正常人的知覺學習研究中的結(jié)果類似。
　　 我們的結(jié)果表明，發(fā)育關鍵期之后的正常成年視覺神經(jīng)系統(tǒng)仍具有相當程度的可塑性，但這些可塑性的發(fā)揮受限于訓練時人眼的光學系統(tǒng)質(zhì)量。只有當高階像差被矯正掉時，才能發(fā)揮出其實際的可塑性水平。
　　 我們的發(fā)現(xiàn)可以用于探索新的治療方法來給那些因發(fā)育早期異常視覺經(jīng)驗引起視皮層異常而導致成年后視力低下的病人提高視力。同時，本文