視知覺訓(xùn)練系統(tǒng)在弱視治療中的研究進展

王嘉慶

(鄭州王士營養(yǎng)軟件研究中心，河南 鄭州 450052)

0 引言

弱視是兒童最常見的造成視覺損害異常的眼病，3歲至6歲這段時期被稱為視力發(fā)育的關(guān)鍵期，調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)在我國人群弱視患病率約為3%[1]。弱視由于視覺神經(jīng)傳導(dǎo)通路的異常改變從而導(dǎo)致單眼或雙眼視力低下[2]。由于患眼經(jīng)眼部結(jié)構(gòu)正常，但無法經(jīng)光學方法給予矯正，患眼常常表現(xiàn)為視覺功能受損[3]。若早期得不到診斷和治療將隨年齡增加出現(xiàn)視覺損害發(fā)展更差[2]，并且可能會造成患者出現(xiàn)學習低下、性格自卑沮喪等身心傷害。1960年Drever[4]首次提出了知覺學習，視知覺學習是指通過特定的視知覺任務(wù)訓(xùn)練來提高視覺系統(tǒng)對外界信息感知能力的方法。2011年弱視診斷專家共識明確了視知覺學習、虛擬現(xiàn)實在弱視治療中的作用[5]。近年來通過視覺研究發(fā)現(xiàn)[6]，視知覺學習不但可以改善和提高弱視、斜視等患者的視覺功能，并且隨著視覺科學、認知神經(jīng)學科、計算機技術(shù)以及磁共振成像技術(shù)的發(fā)展及在眼科疾病方面的應(yīng)用，視知覺學習的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究隨之深入和取得進展，視知覺訓(xùn)練系統(tǒng)開始延到臨床應(yīng)用上?，F(xiàn)筆者就視力發(fā)育關(guān)鍵期、視知覺學習的研究、訓(xùn)練系統(tǒng)在弱視治療中的應(yīng)用進行綜述。

1 視力發(fā)育關(guān)鍵期

雙眼視功能是出生后隨著雙眼的視物習慣逐漸發(fā)育形成的，目前認為視覺發(fā)育的關(guān)鍵期是0-3歲，敏感期是12歲之前，研究顯示弱視很少發(fā)生于6歲以后兒童[7]。2004年美國預(yù)防醫(yī)學工作組發(fā)布關(guān)于兒童視覺損害篩查的建議聲明[8]，建議年齡小于5歲兒童均應(yīng)接收視覺篩查以發(fā)現(xiàn)兒童弱視、斜視及視力的損害。2013年我國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會發(fā)布的兒童眼及視力保健技術(shù)規(guī)范[9]，建議要求應(yīng)對0-6歲兒童進行視力評估、眼部檢查以及相關(guān)眼病進行篩查。建議健康兒童生后28-30天首次相關(guān)眼病進行篩查，要求在3、6、12月齡和2、3、4、5、6歲健康體檢同時進行階段性視力檢查、眼病篩查。對于具有眼病高危因素的新生兒盡早要求眼科醫(yī)師進行檢查；對于早產(chǎn)兒和低出生體重嬰兒，在出生后4-6周或矯正胎齡32周時第一次眼底篩查應(yīng)該由眼科醫(yī)生進行。通過視力檢查、眼部檢查、相關(guān)眼病的篩查以及眼健康宣教，早期通過篩查能夠發(fā)現(xiàn)許多眼病會引起雙眼視覺功能異常，影響兒童視覺發(fā)育的眼病如屈光參差、弱視、斜視、白內(nèi)障、青光眼、眼底發(fā)育不良病變等。通過及早發(fā)現(xiàn)、盡早轉(zhuǎn)診、準確診斷或及時矯治，可以起到早預(yù)防和早控制眼病的發(fā)展，從而兒童視功能得以保護和促進正常發(fā)育，因此早檢查和篩查、早發(fā)現(xiàn)和早治療是治療弱視成功的關(guān)鍵。

外界同一物體經(jīng)兩眼分別投入到黃斑中心凹，引起的神經(jīng)沖動經(jīng)傳入到大腦視覺皮層高級中樞，從而融合成完整且有立體感的物像，并具有精確的空間位置定位的功能，稱之為雙眼視覺[10]。兒童視力在視覺發(fā)育期間，如果因先天性或后天性兒童眼病，使外界因素干擾光線進入眼球不能在視網(wǎng)膜聚集，從而造成視覺細胞有效刺激量不足，將會影響視覺功能正常發(fā)育而出現(xiàn)視力低下[11]。它反映了當生命早期正常的視覺發(fā)育受到破壞時可能發(fā)生的廣泛的神經(jīng)、知覺、動眼和臨床異常，從而導(dǎo)致視皮層的異常發(fā)育引起弱視。弱視不但影響患者的視力，同時也可導(dǎo)致患者的雙眼視功能異常如立體視覺等。

2 視知覺學習的研究

知覺學習是指通過訓(xùn)練來提高執(zhí)行特定知覺任務(wù)的能力[12]。Wiesel和Hubel[13-14]通過研究首次提出了雙眼的皮層傳入的競爭性抑制機制，將弱視的發(fā)病部位定位在初級視皮層(V1區(qū))。近年來隨著腦視覺科學及雙眼視神經(jīng)機制基礎(chǔ)的深入研究，弱視的檢查及治療有了新的突破和進展，研究認為弱視的本質(zhì)在結(jié)構(gòu)上是一個雙眼的問題，因此引出了弱視的雙眼視治療，這種方法通過聯(lián)合知覺學習訓(xùn)練，可以不斷改善和提高雙眼的視功能[15]。

弱視治療的新進展是運用新的基于神經(jīng)缺損生物模型的雙眼間關(guān)系的檢查[6]，心理物理學研究及動物實驗證實[16-17]：視覺處理是“從下到上”。屈光參差性弱視在枕葉的視皮層、頂葉以及顳葉幾個不同區(qū)域，都有大腦皮層興奮，但弱視眼比正常眼的興奮區(qū)域明顯低。說明弱視眼的視覺通路以及視覺皮層沒有足夠的刺激來源，功能上也會相對減弱。國內(nèi)外一些研究通過動物建立視知覺學習模型，研究發(fā)現(xiàn)當獼猴進行辨別訓(xùn)練與行為學訓(xùn)練時，V1區(qū)和V4區(qū)神經(jīng)元反應(yīng)諧調(diào)曲線伴有特異性改變[18-20]。在運動方向辨別任務(wù)時獼猴的視皮層內(nèi)發(fā)生改變的神經(jīng)元主要位于決策相關(guān)的LIP區(qū)。2011年研究顯示弱視神經(jīng)缺損可能同時出現(xiàn)在V1區(qū)與V2區(qū)[21]。

2015年Zekis[22]的研究提出V5是知覺信息和運動信息交匯傳導(dǎo)的視覺信息中心，在這里經(jīng)交集連接初級視覺皮層和高級視覺皮層。該中心為斜視神經(jīng)缺陷提供了從高級(立體視及更多雙眼層面)和低級(視力等單眼層面)的雙向功能通路修復(fù)。大腦處理視覺信息是從視網(wǎng)膜產(chǎn)生，通過視神經(jīng)傳遞到外側(cè)膝狀體進行初級信息加工，最后通過等級加工和功能特化將信息整合到視覺中心，分析反應(yīng)后在大腦成像。CAM是基于這種知覺學習理論的弱視應(yīng)用到臨床治療的方式[23]。視覺信息加工有兩個通路[5]：分別為腹側(cè)和背側(cè)通路，負責不同的視覺信息處理。腹側(cè)通路被稱為“內(nèi)容通路-司知覺視覺”，知覺判斷的最終輸出是通過對視覺信息中的形狀、顏色、大小等特征的加工處理。背側(cè)通路被稱為“空間通路-司運動視覺”，視覺運動控制的最終輸出是通過對視覺信息中的位置、空間、運動等信息的加工。近來研究表明，猴的部分視皮層的腹側(cè)通路神經(jīng)元也受運動知覺的調(diào)控[24]，而背側(cè)通路有許多神經(jīng)元受形狀知覺的調(diào)控。神經(jīng)心理學的研究表明當背側(cè)視覺通路受損可導(dǎo)致整體形狀感知力降低[25]，基于這個視覺-運動整合理論的作為基礎(chǔ)研究，因此視知覺是腦科學的重要領(lǐng)域，是理解大腦與人類認知的突破點[26]。

3 視知覺學習訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用

基于軟件的弱視重復(fù)的視覺任務(wù)訓(xùn)練可以刺激并激發(fā)視覺系統(tǒng)的可塑性[27]。大腦視覺皮質(zhì)接收來自雙眼不同的視差信息后，在正常的眼位以及正常的大腦認知功能前提下，通過一系列信息加工處理，將其融合為具有三維立體感知的能力即為立體視。隨著弱視神經(jīng)缺陷的深入研究，弱視除視力受損外，還存在顯著的雙眼視交互抑制、眼位分離、注視性質(zhì)不穩(wěn)定、立體視深度知覺受損或缺失等[5]。弱視的神經(jīng)功能缺陷不僅影響視知覺，同時也影響視覺運動[28]。林楠等[29]觀察一組弱視伴屈光參差兒童的知覺眼位和注視穩(wěn)定性，結(jié)果表明，弱視患者的大腦視覺感知水平降低了對眼位控制的能力，兒童注視穩(wěn)定性發(fā)生異常。

目前一些針對斜弱視進行視覺訓(xùn)練的軟件中，采用了包含知覺優(yōu)勢的檢測程序和能改善知覺抑制，重塑雙眼知覺平衡與立體視的訓(xùn)練程序。根據(jù)一些臨床研究，屈光參差型弱視患兒由于單眼視網(wǎng)膜影像模糊而出現(xiàn)立體視覺損害[30]，只有21.21%的屈光不正型弱視患者治愈后達到正常立體視覺[31]，通過單眼視力訓(xùn)練來提高和改善雙眼視功能的最終效果并不佳[32-33]，因此在弱視的治療中，應(yīng)當使用不同的訓(xùn)練項目進行協(xié)助以幫助雙眼視功能的恢復(fù)和視力的提高。Levi等研究[34]認為弱視是視覺缺失和視皮質(zhì)生理學改變所致視覺系統(tǒng)的異常發(fā)育，知覺學習訓(xùn)練通過減少神經(jīng)干擾和(或)對刺激信息的重調(diào)和加權(quán)提高信息的利用率，進而刺激大腦皮質(zhì)的發(fā)育，使得視覺功能改善和恢復(fù)。通過基于側(cè)向交互、空間整合等原理設(shè)計的感知覺學習的研究已證實[35]，可通過改善腦視覺認知功能，進一步提高立體視缺損個體的立體視功能。

視知覺訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)容較為全面，包括紅閃、對比敏感度、脫抑制、雙眼同時視、融合視、立體視訓(xùn)練模式等，視知覺訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練研發(fā)基于借助網(wǎng)絡(luò)平臺以及有趣的游戲模式，并且系統(tǒng)可以依據(jù)患者雙眼視覺功能的特征進行個性化訓(xùn)練模式選擇，提高弱視患者的視覺功能如游標視力、位置視力、對比敏感度、一級和二級字母確認，立體視、視覺計數(shù)等[34,36]。單眼屈光參差性弱視患者在接受弱視知覺學習后經(jīng)功能性磁共振成像檢查顯示研究報告，結(jié)合知覺學習的腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)，知覺學習可導(dǎo)致正常成人視覺系統(tǒng)中腦區(qū)功能重構(gòu)[30,37]。Li等[38]采用分視刺激的知覺學習來治療成人弱視，該種方法通過調(diào)控降低眼間抑制，成人在治療后不但視力有所提高，同時立體視也得到提高并保持。知覺學習訓(xùn)練不但可以成功的使視覺系統(tǒng)恢復(fù)，還可以重建未發(fā)育完善的視覺功能。因此，隨著視知覺技術(shù)的研究與軟件開發(fā)，視知覺訓(xùn)練系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于治療斜弱視的領(lǐng)域。

隨著神經(jīng)視覺科學的不斷發(fā)展，通過弱視模型的研究及分析，能夠全面了解弱視的大腦皮層不同區(qū)域功能的狀況，促進弱視神經(jīng)機制方面的研究，研發(fā)針對不同知覺缺陷的檢測和訓(xùn)練程序，從視覺神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育方面來闡述弱視的發(fā)生發(fā)展機制，促進建立弱視患者健全的雙眼視功能康復(fù)，應(yīng)用特定的知覺學習訓(xùn)練軟件的開發(fā)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的臨床應(yīng)用，有望為弱視治療開拓新的治療途徑。