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知覺學習訓練在弱視治療中的應用

2010-08-11 11:54:28 來源: 多寶視

  【摘要】知覺學習是個體從外界環境中提取信息提高能力的過程,是練習與生理成熟相互作用的結果。許多基礎研究發現知覺學習與成年人視皮層可塑性具有明確的關系,而臨床試驗也證實,知覺學習能夠有效地治療青少年及成年人弱視,而且具有主動、實效的特點。作為傳統弱視治療方法的補充和替代,知覺學習系統的開發,為弱視治療開辟了新的領域。本文就知覺學習的機制、方法及其在弱視中的應用作一綜述。
  【關鍵詞】知覺學習;弱視;大腦可塑性
  弱視是一種空間視覺發育障礙,發病率約為3%。它是由早期異常的視覺經歷所形成。常規的治療方法有遮蓋療法、后像療法、紅色濾光片療法、海丁格光刷療法等。這些方法,對8歲以下的兒童具有明顯的治療效果,但對12歲以上的大齡兒童,治療效果較差,而對于成年人則幾乎無明顯的治療效果。傳統觀點認為成年人的弱視表現為不可治性,但近期的研究結果表明,即使是成年人,大腦皮層的基本感覺區域也是可塑的。近期的基礎研究發現,知覺學習(perceptual learning)與大腦的可塑性具有明確的關系。許多臨床試驗也證實,知覺學習對于弱視,尤其在一些難治性弱視及成年人弱視的治療中,顯示出良好的治療效果,成為弱視治療的一種新方法。
  一、知覺學習的定義及實質
  知覺學習訓練是個體從周圍環境獲取信息的一種能力,是練習與生理成熟相互作用的結果。神經生理學研究發現,知覺學習表現為神經器質的可塑性;心理進程研究發現,知覺學習表現為提取信息的能力和提取信息的效率提高;知覺發展的研究發現,知覺學習是個體知覺所進行的一種相對長期的改變。因此,知覺學習涉及到認知心理學、心理物理學、神經生理學等許多交叉學科,是近期視覺科學研究的一個熱點。
  知覺學習涉及許多視覺任務,如位置辨認、柵條覺察、質地檢測、輪廓覺察、立體視覺等。知覺學習的特殊作用可以表現在位置辨別、方向定位、起始眼等多方面。對于簡單的視覺任務,可以直接作為視覺刺激而進行研究訓練,而對于復雜的刺激,一般認為是分解為簡單的刺激特征及簡單特征之間的關系加以學習的。Karni和Sagi提出知覺學習可能有兩個階段,第一階段是“快速學習階段”,幾分鐘內就可以顯現出能力的提高。第二階段是“慢速學習階段”,是接下來的一個比較慢的提高過程,它發生在停止訓練后6~8小時,而知覺學習效果主要發生在慢速學習階段,學習效應并不單純由刺激驅動,同時還有任務驅動的機制,即存在一個自上而下的調控機制。通過知覺學習,許多視覺功能如對比度察覺、方向辨別、游標視力、深度感知、運動感知等均能夠表現特異性的提高。
  盡管知覺學習的實質還未達到一個統一的認識,但大部分同意這一觀點:知覺學習涉及可以觀察到的知覺行為的變化,它不僅表現在提取外界信息能力的提高,而且表現在長時間上行為決策機制的改變和提高。它的生理神經基礎是大腦基本感覺區域功能上的可塑性。
  二、知覺學習與視皮層可塑性的關系
  傳統觀點認為,人類視覺發育關鍵期為出生至3歲左右,視覺發育敏感期從出生后至12歲左右。青少年12歲以后,視皮層的發育相對停滯,弱視治療效果較差。同時認為處理基本感知表征的感覺區域神經細胞,在成年人視皮層的發育完全停滯,成年人的弱視表現為不可治性。但近期的研究表明,即使是成年人,大腦皮層的基本感覺區域也是可塑的。Fronius等做了一項研究,對一例健眼視力喪失、對側眼弱視患者(60歲),進行心理物理學訓練,10個月后發現,患者弱視眼單個視標視力上升了4行,成行視標上升了2行,說明成年人弱視視覺系統中仍然存在一定程度的可塑性。
  既然成年人弱視系統存在一定程度的可塑性,那么隨著知覺學習訓練,成年人視皮層是否有相對應的變化,許多基礎和臨床試驗對此提供了明確的依據。單細胞記錄技術揭示,知覺學習可以改變知覺系統,其感受野可以通過知覺學習而發生變化。單細胞記錄、腦電觀察等多項研究表明,多次訓練可使視皮層活動發生明顯變化。動物實驗也對此提供了證據,Schoups等訓練成年猴完成一個分辨光柵朝向的任務時發現,學習后初級視皮質區V1神經元的發電頻率發生變化,大腦皮層可以通過知覺學習而隨之改變。
  在臨床,Skrandies等訓練成年人完成一項精細的視覺分辨任務,記錄訓練時被試大腦后部的事件相關電位(ERP),結果顯示特異性朝向的學習引起ERP的幅值增大,潛伏期減小。Schiltz等應用正電子發射斷層成像技術(PET)研究成年人光柵朝向分辨的學習,發現特異性朝向的學習引起V1、V2、V3區的腦血流降低。Watanabe等通過運用功能性磁共振成像(fMRI)等手段,發現在初級視皮層上知覺學習使V1區發生了變化。上述研究均證實知覺學習與成年人視皮層可塑性的關系,從而為成年人弱視的可治療性提供了依據。
  三、常用的知覺學習訓練方法
  在知覺學習訓練的研究中,主要使用視覺刺激器或電腦顯示器呈現不同特征的視覺刺激圖像,通過人機對話,使受試者完成不同程度的視覺任務。同時根據不同視覺缺陷,可以設置不同的學習任務,知覺學習也有相對應的多種方法,主要包括以下幾個方面:
  (一)位置辨別任務訓練法
  位置辨別是目前最常用的知覺學習訓練方法。通過設置多組線段排列,根據不同的偏離幅度和偏離形式,從中判斷最大線段偏離組以進行訓練刺激。在Li等的研究中,讓弱視患者在位置視覺任務訓練中判別3對線段中哪一對線段偏離了方向。刺激由兩排線段組成,每排由數個離散的Gabor斑(是正弦波和平滑高斯封邊的乘積)組成,每個Gabor斑加入了位置噪聲。觀察者在不同噪聲水平進行訓練(包括0),每次作業均給予反饋。通過重復的位置分辨訓練,進而提高弱視患者的視覺能力。
位置辨別訓練知覺學習位置辨別訓練
  (二)光柵覺察訓練法
  弱視主要表現在中、高空間頻率對比敏感度下降。知覺學習可以通過不同空間頻率、不同對比度的光柵覺察任務訓練,提高患者對比敏感度和視敏度。在Zhou等的研究中,通過檢查繪出受試者的對比敏感度曲線,得出相對應的截止空間頻率,再用截止空間頻率的光柵進行對比度檢測任務的訓練,從而提高其視覺功能。
對比敏感度檢查對比敏感度檢查

光柵覺察訓練知覺學習光柵覺察訓練
  (三)線段朝向、光柵朝向訓練法
  弱視患者辨認游標視力存在明顯不足,并且對朝向和位置的缺陷具有特異性。Levi等在特定方向的直線上對弱視患者進行游標作業訓練,經反復刺激,發現在特定訓練方向上,所有受試者的游標視力都得到明顯提高。在Schiltz等的研究中,通過辨認光柵朝向訓練提高患者方位辨別能力,而且用PET技術證實朝向特異性的學習不僅涉及視通路較低級的皮質,還涉及一些中級或高級皮質。
光柵朝向訓練知覺學習光柵覺察訓練
  (四)“輪廓覺察”任務訓練法
  弱視眼還表現在一定的空間整合能力障礙。空間整合是分割可視圖像和感知輪廓和邊界的一種能力。在輪廓覺察任務中,Gabor視標被認為是合適的刺激元素,因為它們沒有邊緣的提示,對比度、大小、空間頻率、方位和空間位置均可被利用和處理。由Gabor視標所組成的輪廓圖形,在加入背景噪聲時,進行不同等級的“輪廓察覺”任務訓練,能夠提高視空間整合能力。
輪廓覺察訓練知覺學習輪廓覺察訓練
  (五)其他方法
  其他如質地辨認(texture segmentation)訓練法,在訓練時設置目標線段和背景線段,要求受試者判斷是否有一個目標線段和背景線段的朝向不一致。通過改變目標線段和背景線段的夾角來改變任務的難度,反復訓練,提高視功能。另外還有運動探測訓練、立體視覺訓練等方法。在立體視覺訓練中,立體圖像是作為觀察同一場景的兩幅圖像的結果而感知,在觀看立體圖像時,弱視眼接受優先的視覺信息,從而達到治療弱視的目的。
  四、知覺學習在弱視治療中的應用
  早在1978年Campbell就提出將知覺學習訓練用于弱視治療,但當時由于主要通過高對比度和相對短的訓練時間進行刺激,而未根據弱視類型調整刺激條件,訓練效果不明顯而導致研究停滯。近期隨著對知覺學習與大腦可塑性關系的明確,利用知覺學習訓練治療弱視、尤其是難治性和成年人弱視,逐漸成為研究的熱點。
  知覺學習在兒童及青少年弱視治療中,顯示了一定的療效。Li等在研究中,設計對稱線條排列組別的判斷以進行位置視覺任務知覺學習訓練,治療5例青少年弱視(年齡7—10歲)。其中4例患者經訓練后采樣能力明顯提高,使弱視大腦更多地提取相關刺激信息用于位置處理。2例表現出等效內部噪聲降低,使大腦校準了視覺系統的空間扭曲。5例受試者訓練后Snellen視力均有提高。他們認為知覺學習訓練促進弱視患者視功能恢復有兩個重要因素,即有效刺激的增加和噪音干擾輸入的減少。
  知覺學習的臨床治療效果也逐漸改變著人們對成年人弱視不可治的傳統觀念。Zhou等對30余例(14~37歲)屈光參差性弱視進行正弦柵條覺察訓練,發現患者經過訓練后,弱視眼的平均視力提高70%左右,非弱視眼視力也有一定提高,且效果持久,一年后接受檢查,視力未明顯回退。在其進一步的研究中,對成年人弱視組和正常對照組,選用與患者視力相對應空間頻率的正弦光柵進行刺激,并在不同對比度水平下進行訓練,結果顯示弱視眼的平均學習帶寬比正常對照組大得多。這表明,成年人弱視視覺系統的可塑性仍然存在,而且顯著高于正常人。
  Polat等對9~55歲的77例弱視受試者和16例正常視力受試者進行知覺學習訓練后發現,受試者不僅初級視功能提高,高級視功能也可得到明顯改善。通過訓練,弱視患者對比敏感度和字母識別能力提高2倍,而訓練組視力提高與年齡無明顯相關性。該研究顯示知覺學習訓練能夠明顯促進高水平識別功能的提高,它能夠促進在視覺發育關鍵期未充分發育的視功能重塑。
  Li和Levi在研究中讓7例成年弱視患者進行重復的位置分辨訓練,結果發現6例患者的位置視力,包括位置辨別和方向特異性辨別得到了系統而明顯的提高,所有觀察者視敏度均相應提高,其中一例立體視力也有所提高。
  Levi等對11例成年弱視患者反復進行游標作業訓練,直至完成4000~5000次,結果發現在訓練的特定方向上,11例受試者的游標視力均有明顯提高,其中4例在未經訓練的其他方向上,游標視力也得到提高。
  五、小結
  在過去的四個世紀里弱視治療主要采用遮蓋療法或阿托品來抑制優勢眼,強迫大腦使用來自弱視眼的信息。傳統治療訓練任務復雜,缺乏特異性;而知覺學習中不同的視覺任務相對簡單,可以進行特異性訓練。傳統的弱視治療方法,患者很少主動參與,而且缺乏直接的結果反饋或在“游戲訓練”爭取獲得高分的積極性。相對于長期的遮蓋來說,知覺學習訓練時間更短且更實用。
  總的來說,知覺學習理論研究基本上還處于初級階段,知覺學習訓練促進弱視、尤其是成年弱視患者視功能恢復的研究,只是最近幾年才開展,尚缺乏系統、長期、多病種的應用和觀察。相信隨著大腦可塑性研究的不斷深入,知覺學習在弱視治療中會發揮越來越重要的作用。

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