自適應(yīng)光學(xué)矯正結(jié)合知覺(jué)學(xué)習(xí)提高視覺(jué)功能.pdf

1、視覺(jué)神經(jīng)科學(xué)中的一個(gè)基本理論是“視皮層的發(fā)育具有關(guān)鍵期”，在關(guān)鍵期關(guān)閉之前視皮層較容易被改變，而關(guān)鍵期之后則較難被改變。目前，很多知覺(jué)學(xué)習(xí)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(duì)正常成人而言，這種在知覺(jué)學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的可塑性雖然確實(shí)存在，其程度卻非常小。前人大多認(rèn)為這可能是由于成人的神經(jīng)可塑性本來(lái)就低導(dǎo)致的。但是否可能有其他因素限制了正常成人在知覺(jué)學(xué)習(xí)過(guò)程中可塑性的發(fā)揮呢？針對(duì)這一問(wèn)題，本文深入研究了人眼光學(xué)系統(tǒng)成

2、像質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)知覺(jué)學(xué)習(xí)效果的影響。具體來(lái)說(shuō)，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(xué)系統(tǒng)）對(duì)比度檢測(cè)任務(wù)的知覺(jué)學(xué)習(xí)和不矯正人眼高階像差情況下（普通的人眼光學(xué)系統(tǒng)）同樣任務(wù)的知覺(jué)學(xué)習(xí)中，被試對(duì)比敏感度和視力提高程度的差異。
　　 21 名正常成年人被隨機(jī)分成兩組進(jìn)行訓(xùn)練。其中第一組13 人，在矯正高階像差情況下進(jìn)行知覺(jué)學(xué)習(xí)訓(xùn)練；第二組8 人，在不矯正高階像差情況下進(jìn)行訓(xùn)練。兩組被試都使用高空間頻率端的正弦光柵訓(xùn)練了10

3、天，每天訓(xùn)練1個(gè)小時(shí)左右。
　　 訓(xùn)練結(jié)束后，第一組被試在訓(xùn)練頻率的對(duì)比敏感度提高極為顯著（P<0.00001），平均提高了5.39dB（對(duì)應(yīng)提高幅度為86.1％），學(xué)習(xí)曲線的斜率為0.41 log units persession，在訓(xùn)練7.35個(gè)sessions后達(dá)到平臺(tái)；第二組被試在訓(xùn)練頻率的對(duì)比敏感度提高也達(dá)到了顯著性（P=0.03），平均提高了3.42dB（對(duì)應(yīng)提高幅度為48.2％），學(xué)習(xí)曲線的斜率為0.35 log

4、units per session，在訓(xùn)練4.12個(gè)sessions后達(dá)到平臺(tái)。
　　 在訓(xùn)練前后我們還測(cè)試了兩組被試的對(duì)比敏感度函數(shù)（Contrast SensitivityFunction，CSF），即不同空間頻率下的對(duì)比敏感度與空間頻率的關(guān)系?？傮w來(lái)看，兩組被試的CSF 在訓(xùn)練后都有顯著性提高（訓(xùn)練前后對(duì)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(duì)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(duì)訓(xùn)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(xùn)練頻率處提高的值差異不顯著（P>0.5），但在帶寬特性（訓(xùn)練頻率的提高往非訓(xùn)練頻率上的傳遞特性）上有很大差別：第一組的學(xué)習(xí)效果有兩種，一種特異于訓(xùn)練頻率附近（帶寬為1

6、.11 octaves），另一種則普遍存在于所有測(cè)試頻率（提高幅度為最大提高幅度的一半）；第二組的學(xué)習(xí)效果則只有一種特異于訓(xùn)練頻率附近的提高（帶寬為1.42 octaves）。另一個(gè)有意思的發(fā)現(xiàn)是，第一組被試的視力在訓(xùn)練后有了顯著的提高(P<0.000001)，第二組則沒(méi)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(duì)應(yīng)提高幅度為31％），顯著高于第二組（P=0.0008）。我們?cè)?個(gè)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(guò)分析訓(xùn)練前后兩組被試光學(xué)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(shí)，訓(xùn)練導(dǎo)致的對(duì)比敏感度的提高來(lái)自視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)而不是人眼光學(xué)系統(tǒng)的變化。
　　 第一組被試這種更好的學(xué)習(xí)效果，也有可能來(lái)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(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了第三組被試的訓(xùn)練（Group3，6 人）。
　　 第三組和第一組同樣是在高階像差矯正下進(jìn)行訓(xùn)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(shí)的CSF曲線上的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間頻率，作為訓(xùn)練頻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第三組的提高很少，遠(yuǎn)比第一組要小。這說(shuō)明，雖然高階像差矯正可以提高知覺(jué)學(xué)習(xí)的效果，但使用低空間頻率端訓(xùn)練還不足以達(dá)到更多的訓(xùn)練效果，我們還必須選用高空間頻率端進(jìn)行訓(xùn)練。
　　 為了揭示第一組被試在訓(xùn)練后成績(jī)提高的內(nèi)在機(jī)制，我們檢查了第一組的4名被試在訓(xùn)練前后矯正高階像差時(shí)不同噪音水平下對(duì)比度閾值的變化情況。通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)的提高

9、來(lái)自視覺(jué)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(jué)學(xué)習(xí)研究中的結(jié)果類似。
　　 我們的結(jié)果表明，發(fā)育關(guān)鍵期之后的正常成年視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)仍具有相當(dāng)程度的可塑性，但這些可塑性的發(fā)揮受限于訓(xùn)練時(shí)人眼的光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量。只有當(dāng)高階像差被矯正掉時(shí)，才能發(fā)揮出其實(shí)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(lái)給那些因發(fā)育早期異常視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)引起視皮層異常而導(dǎo)致成年后視力低下的病人提高視力。同時(shí)，本文