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知觉学习训练在弱视治疗中的应用

2010-08-11 11:54:28 来源: 多宝视

  【摘要】知觉学习是个体从外界环境中提取信息提高能力的过程,是练习与生理成熟相互作用的结果。许多基础研究发现知觉学习与成年人视皮层可塑性具有明确的关系,而临床试验也证实,知觉学习能够有效地治疗青少年及成年人弱视,而且具有主动、实效的特点。作为传统弱视治疗方法的补充和替代,知觉学习系统的开发,为弱视治疗开辟了新的领域。本文就知觉学习的机制、方法及其在弱视中的应用作一综述。
  【关键词】知觉学习;弱视;大脑可塑性
  弱视是一种空间视觉发育障碍,发病率约为3%。它是由早期异常的视觉经历所形成。常规的治疗方法有遮盖疗法、后像疗法、红色滤光片疗法、海丁格光刷疗法等。这些方法,对8岁以下的儿童具有明显的治疗效果,但对12岁以上的大龄儿童,治疗效果较差,而对于成年人则几乎无明显的治疗效果。传统观点认为成年人的弱视表现为不可治性,但近期的研究结果表明,即使是成年人,大脑皮层的基本感觉区域也是可塑的。近期的基础研究发现,知觉学习(perceptual learning)与大脑的可塑性具有明确的关系。许多临床试验也证实,知觉学习对于弱视,尤其在一些难治性弱视及成年人弱视的治疗中,显示出良好的治疗效果,成为弱视治疗的一种新方法。
  一、知觉学习的定义及实质
  知觉学习训练是个体从周围环境获取信息的一种能力,是练习与生理成熟相互作用的结果。神经生理学研究发现,知觉学习表现为神经器质的可塑性;心理进程研究发现,知觉学习表现为提取信息的能力和提取信息的效率提高;知觉发展的研究发现,知觉学习是个体知觉所进行的一种相对长期的改变。因此,知觉学习涉及到认知心理学、心理物理学、神经生理学等许多交叉学科,是近期视觉科学研究的一个热点。
  知觉学习涉及许多视觉任务,如位置辨认、栅条觉察、质地检测、轮廓觉察、立体视觉等。知觉学习的特殊作用可以表现在位置辨别、方向定位、起始眼等多方面。对于简单的视觉任务,可以直接作为视觉刺激而进行研究训练,而对于复杂的刺激,一般认为是分解为简单的刺激特征及简单特征之间的关系加以学习的。Karni和Sagi提出知觉学习可能有两个阶段,第一阶段是“快速学习阶段”,几分钟内就可以显现出能力的提高。第二阶段是“慢速学习阶段”,是接下来的一个比较慢的提高过程,它发生在停止训练后6~8小时,而知觉学习效果主要发生在慢速学习阶段,学习效应并不单纯由刺激驱动,同时还有任务驱动的机制,即存在一个自上而下的调控机制。通过知觉学习,许多视觉功能如对比度察觉、方向辨别、游标视力、深度感知、运动感知等均能够表现特异性的提高。
  尽管知觉学习的实质还未达到一个统一的认识,但大部分同意这一观点:知觉学习涉及可以观察到的知觉行为的变化,它不仅表现在提取外界信息能力的提高,而且表现在长时间上行为决策机制的改变和提高。它的生理神经基础是大脑基本感觉区域功能上的可塑性。
  二、知觉学习与视皮层可塑性的关系
  传统观点认为,人类视觉发育关键期为出生至3岁左右,视觉发育敏感期从出生后至12岁左右。青少年12岁以后,视皮层的发育相对停滞,弱视治疗效果较差。同时认为处理基本感知表征的感觉区域神经细胞,在成年人视皮层的发育完全停滞,成年人的弱视表现为不可治性。但近期的研究表明,即使是成年人,大脑皮层的基本感觉区域也是可塑的。Fronius等做了一项研究,对一例健眼视力丧失、对侧眼弱视患者(60岁),进行心理物理学训练,10个月后发现,患者弱视眼单个视标视力上升了4行,成行视标上升了2行,说明成年人弱视视觉系统中仍然存在一定程度的可塑性。
  既然成年人弱视系统存在一定程度的可塑性,那么随着知觉学习训练,成年人视皮层是否有相对应的变化,许多基础和临床试验对此提供了明确的依据。单细胞记录技术揭示,知觉学习可以改变知觉系统,其感受野可以通过知觉学习而发生变化。单细胞记录、脑电观察等多项研究表明,多次训练可使视皮层活动发生明显变化。动物实验也对此提供了证据,Schoups等训练成年猴完成一个分辨光栅朝向的任务时发现,学习后初级视皮质区V1神经元的发电频率发生变化,大脑皮层可以通过知觉学习而随之改变。
  在临床,Skrandies等训练成年人完成一项精细的视觉分辨任务,记录训练时被试大脑后部的事件相关电位(ERP),结果显示特异性朝向的学习引起ERP的幅值增大,潜伏期减小。Schiltz等应用正电子发射断层成像技术(PET)研究成年人光栅朝向分辨的学习,发现特异性朝向的学习引起V1、V2、V3区的脑血流降低。Watanabe等通过运用功能性磁共振成像(fMRI)等手段,发现在初级视皮层上知觉学习使V1区发生了变化。上述研究均证实知觉学习与成年人视皮层可塑性的关系,从而为成年人弱视的可治疗性提供了依据。
  三、常用的知觉学习训练方法
  在知觉学习训练的研究中,主要使用视觉刺激器或电脑显示器呈现不同特征的视觉刺激图像,通过人机对话,使受试者完成不同程度的视觉任务。同时根据不同视觉缺陷,可以设置不同的学习任务,知觉学习也有相对应的多种方法,主要包括以下几个方面:
  (一)位置辨别任务训练法
  位置辨别是目前最常用的知觉学习训练方法。通过设置多组线段排列,根据不同的偏离幅度和偏离形式,从中判断最大线段偏离组以进行训练刺激。在Li等的研究中,让弱视患者在位置视觉任务训练中判别3对线段中哪一对线段偏离了方向。刺激由两排线段组成,每排由数个离散的Gabor斑(是正弦波和平滑高斯封边的乘积)组成,每个Gabor斑加入了位置噪声。观察者在不同噪声水平进行训练(包括0),每次作业均给予反馈。通过重复的位置分辨训练,进而提高弱视患者的视觉能力。
位置辨别训练知觉学习位置辨别训练
  (二)光栅觉察训练法
  弱视主要表现在中、高空间频率对比敏感度下降。知觉学习可以通过不同空间频率、不同对比度的光栅觉察任务训练,提高患者对比敏感度和视敏度。在Zhou等的研究中,通过检查绘出受试者的对比敏感度曲线,得出相对应的截止空间频率,再用截止空间频率的光栅进行对比度检测任务的训练,从而提高其视觉功能。
对比敏感度检查对比敏感度检查

光栅觉察训练知觉学习光栅觉察训练
  (三)线段朝向、光栅朝向训练法
  弱视患者辨认游标视力存在明显不足,并且对朝向和位置的缺陷具有特异性。Levi等在特定方向的直线上对弱视患者进行游标作业训练,经反复刺激,发现在特定训练方向上,所有受试者的游标视力都得到明显提高。在Schiltz等的研究中,通过辨认光栅朝向训练提高患者方位辨别能力,而且用PET技术证实朝向特异性的学习不仅涉及视通路较低级的皮质,还涉及一些中级或高级皮质。
光栅朝向训练知觉学习光栅觉察训练
  (四)“轮廓觉察”任务训练法
  弱视眼还表现在一定的空间整合能力障碍。空间整合是分割可视图像和感知轮廓和边界的一种能力。在轮廓觉察任务中,Gabor视标被认为是合适的刺激元素,因为它们没有边缘的提示,对比度、大小、空间频率、方位和空间位置均可被利用和处理。由Gabor视标所组成的轮廓图形,在加入背景噪声时,进行不同等级的“轮廓察觉”任务训练,能够提高视空间整合能力。
轮廓觉察训练知觉学习轮廓觉察训练
  (五)其他方法
  其他如质地辨认(texture segmentation)训练法,在训练时设置目标线段和背景线段,要求受试者判断是否有一个目标线段和背景线段的朝向不一致。通过改变目标线段和背景线段的夹角来改变任务的难度,反复训练,提高视功能。另外还有运动探测训练、立体视觉训练等方法。在立体视觉训练中,立体图像是作为观察同一场景的两幅图像的结果而感知,在观看立体图像时,弱视眼接受优先的视觉信息,从而达到治疗弱视的目的。
  四、知觉学习在弱视治疗中的应用
  早在1978年Campbell就提出将知觉学习训练用于弱视治疗,但当时由于主要通过高对比度和相对短的训练时间进行刺激,而未根据弱视类型调整刺激条件,训练效果不明显而导致研究停滞。近期随着对知觉学习与大脑可塑性关系的明确,利用知觉学习训练治疗弱视、尤其是难治性和成年人弱视,逐渐成为研究的热点。
  知觉学习在儿童及青少年弱视治疗中,显示了一定的疗效。Li等在研究中,设计对称线条排列组别的判断以进行位置视觉任务知觉学习训练,治疗5例青少年弱视(年龄7—10岁)。其中4例患者经训练后采样能力明显提高,使弱视大脑更多地提取相关刺激信息用于位置处理。2例表现出等效内部噪声降低,使大脑校准了视觉系统的空间扭曲。5例受试者训练后Snellen视力均有提高。他们认为知觉学习训练促进弱视患者视功能恢复有两个重要因素,即有效刺激的增加和噪音干扰输入的减少。
  知觉学习的临床治疗效果也逐渐改变着人们对成年人弱视不可治的传统观念。Zhou等对30余例(14~37岁)屈光参差性弱视进行正弦栅条觉察训练,发现患者经过训练后,弱视眼的平均视力提高70%左右,非弱视眼视力也有一定提高,且效果持久,一年后接受检查,视力未明显回退。在其进一步的研究中,对成年人弱视组和正常对照组,选用与患者视力相对应空间频率的正弦光栅进行刺激,并在不同对比度水平下进行训练,结果显示弱视眼的平均学习带宽比正常对照组大得多。这表明,成年人弱视视觉系统的可塑性仍然存在,而且显著高于正常人。
  Polat等对9~55岁的77例弱视受试者和16例正常视力受试者进行知觉学习训练后发现,受试者不仅初级视功能提高,高级视功能也可得到明显改善。通过训练,弱视患者对比敏感度和字母识别能力提高2倍,而训练组视力提高与年龄无明显相关性。该研究显示知觉学习训练能够明显促进高水平识别功能的提高,它能够促进在视觉发育关键期未充分发育的视功能重塑。
  Li和Levi在研究中让7例成年弱视患者进行重复的位置分辨训练,结果发现6例患者的位置视力,包括位置辨别和方向特异性辨别得到了系统而明显的提高,所有观察者视敏度均相应提高,其中一例立体视力也有所提高。
  Levi等对11例成年弱视患者反复进行游标作业训练,直至完成4000~5000次,结果发现在训练的特定方向上,11例受试者的游标视力均有明显提高,其中4例在未经训练的其他方向上,游标视力也得到提高。
  五、小结
  在过去的四个世纪里弱视治疗主要采用遮盖疗法或阿托品来抑制优势眼,强迫大脑使用来自弱视眼的信息。传统治疗训练任务复杂,缺乏特异性;而知觉学习中不同的视觉任务相对简单,可以进行特异性训练。传统的弱视治疗方法,患者很少主动参与,而且缺乏直接的结果反馈或在“游戏训练”争取获得高分的积极性。相对于长期的遮盖来说,知觉学习训练时间更短且更实用。
  总的来说,知觉学习理论研究基本上还处于初级阶段,知觉学习训练促进弱视、尤其是成年弱视患者视功能恢复的研究,只是最近几年才开展,尚缺乏系统、长期、多病种的应用和观察。相信随着大脑可塑性研究的不断深入,知觉学习在弱视治疗中会发挥越来越重要的作用。

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