弱视对视觉功能的损伤

一、空间视觉信息处理

弱视现在被广泛认为主要是一种空间视觉缺损疾(Li & Levi，2004，Polat et a1.，2004)，因此对弱视空间视觉损伤的相关研究非常多，包括了空间视觉的方方面面，比如视锐度、空间对比敏感度、位置锐度、轮廓整合、侧相互作用、方位辨别等。

1、视锐度

视锐度是目前临床上判断弱视的主要标准。视锐度通常有三种不同的评价方法，每种方法测得的值不同：1)最小可辨别锐度(minimum recognizable acuity；指辨别形状及方位的能力)临床上一般谈到的视力就是指这种视锐度，包括Snellen、Landolt C's和E字表的测量，正常视力为O.5-1弧分之间。2)最小可分离锐度(minimum resolvable acuity；区分相邻物体的最小间隔)在最优情形下，此阈值在l弧分量级。3)最小可见锐度(minimum visible acuity；指可被知觉的最小物体)此种方法测量的是亮度阈值而不是空间辨别能力。在均一背景上，改变细线段的宽度可以测量最小可见锐度。Hecht 和 Mintz(1939)发现，在最优情况下，宽仅0.5弧秒的黑线即可被检测到。因为感受器细胞知觉物体所需要的最小宽度都大大超过此阈值，所以必然存在内部放大机制。在此情况下，增加宽度的效果实际上等于增加对比度，因此，这种测量得到的结果是局部对比敏感度。Klein和Levi认为基于上述方法测量局部对比敏感度可能对弱视的一些视觉障碍高度敏感(Klein＆Levi，1986)。

2、空间对比敏感度

弱视眼的对比敏感度下降非常明显(Bradley & Freeman，1981，Hess，1979，Le“&Harwerth，1977，Levi&Harwerth，1980)。弱视眼的对比敏感度下降主要发生在高空间频率下，而在低空间频率下则没有变化或改变非常少。高空间频率下损伤和弱视的严重程度很多时候呈正相关。有文献报道弱视患者的非弱视眼也存在对比敏感度下降(Koskela&Hyvarinen,1986，Leguire，Rogers&Bremer,1990)。‘遮盖”治疗后，非弱视眼的对比敏感度可恢复至正常水平。虽然绝大部分研究都认为弱视造成了对比敏感度损伤，但是也有对比敏感度正常的报道(Hess．Howell&Kitchin,1978)。Howell，Mitchell和Keitll研究了26名6到14岁的弱视患者的对比敏感度(Howell，Mitchell&Keith,1983)，发现只有5名被试表现出显著的对比敏感度下降，而且主要表现在中，高空间频率下。因此，他们认为对比敏感度损失的发生可能晚于视力的下降。

目前大多数研究者认为对比敏感度的下降并不能全部解释弱视患者的视力损伤(Hess，Bradley&Piotrowski，1983)。经过遮盖治疗，视锐度与对比敏感度的提高并不相关(Koskela＆Hyvarihen，1986)。

Levi和Klein应用噪音调制技术研究了空间对比敏感度限制性因素，发现弱视视觉系统内部乘法噪音升高，模板匹配下降(Levi＆Klein,2003)。本实验室对弱视患者和已治愈的弱视患者的研究发现(Huang，Tao，Zhou&Lu,2007，Xu，Lu,Qiu&Zhou,2006)，在低空间频率下主要表现为内部加法噪音增高，高空间频率下则为内部加法噪音增高与模板匹配能力下降共同作用。

3、阈上对比度检测

阈上对比度检测是指在保证呈现刺激的对比度远在识别阈值之上的情况下进行的各种检测，常用的任务有两类：阈上对比度匹配和对比度辨别。对比度匹配(contrast matching)实验表明，弱视眼与非弱视眼在较高对比度下(一般大于30％)，对于所有空间频率下的对比度知觉郝是相似的(Hess&Bradley，1980，Loshin&Levi，1983)。这一结果与在对比度阈值附近得到的实验结果不同。Kaplan和Shapley在外膝体发现两种不同类型的对比度反应细胞：一类对较低对比度的刺激敏感，另一类对高对比度刺激敏感(Kaplan&Shapley,19s2)。Hess据此推论弱视可能特异性地损伤低对比度通道，而高对比度通道未受影口fl(Hess et a1．，1983)。但也有实验表明弱视对阈上刺激的反应可能也是不正常的，如：VEP幅度并未表现出任何的高对比度补偿；反应时问固定时，弱视眼需要更高的对比度(Levi&Harwerth，1978)。因此，他们提出了另外一种假设：对比度感知(contrast sensation)，可能与色彩感知一样，当刺激的对比度超过阈值时，反应幅度就是确定的。而对比度闽值及反应时间等则不同，需要汇聚很多神经元来的信息才能做出判断。有研究者推测弱视可能仅仅是接受输入的反应性细胞减少(Ciuffreda KJ，Levi DM&A．，1991)。

Ciuffreda和Fisher发现弱视眼对比度辨别(contrast discrimination)能力弱于非弱视眼(Ciuffreda&Fisher,1987)，此损伤随着空间频率的增加而增加。

4、空间定位能力

空间定位能力通常通过测量“游标锐度”(vemier acuity)来评价。没有经过训练的正常人可辨别10秒(弧度)左右的位置差异，训练后可降至2秒(Levi,Polar & Hu，1997)。由于此阈值已低于感受器的直径，又称为‘超锐度’，可能反映了皮层水平的处理机制。弱视眼的空间定位能力下降，但是原因尚不清楚。

Bradley 和 Freeman(Bradley & Freeman，1985)发现弱视患者眼间对比敏感度差异与游标锐度的下降的交化趋势一致(eovaried)，因此他们认为空间定位能力损害可由对比敏感度降低来解释。Barbeito，Bedell和Flom(Barbeito，Bedell&Flora,1988)发现，即使刺激的可见度在弱视眼中高于非弱视眼也不能消除双眼间空间定位能力的差异。Hess和Field(Hess＆Field，1994)同时研究了对比度辨别和空间定位能力，他们发现二者并不相关。Hess，Mellhagga和Field提出弱视眼空问定位能力的下降是因为轮廓整合能力降低(Hess，Mellhagga＆Field，1997)。Levi和Klein报道斜视性弱视患者非弱视眼的游标锐度高于正常对照，而屈光参差性弱视则正常(Levi & Klein,1985)，这种差异提示在斜视性弱视所观测到的游标锐度异常和斜视这一并发因素的相关性高于和弱视本身的相关性。Polar等发现游标任务训练可以提高弱视患者空间定位能力，其中一部分被试的视力也随训练改善(Levi & Polat，1996，Levi et a1．，1997)。

5、空间相互作用

空间相互作用的研究包括空间知觉异常、拥挤效应、轮廓相互作用、侧相互作用等。

空间知觉异常(Be,dell & Flom，1981，Bedell & Flora，1983)一般是以局部的、底层的损害来解释(Hess & Field，1994)。

拥挤效应不但存在于弱视视觉系统中也存在于正常视觉系统中。前人早已发现字母表行视力要低于单个字母视力(stuart & Burian，1962)。这种现象被认为是以下三种因素共同作用的结果：轮廓相互作用、眼动和注意效应。现在还不清楚哪种因素在拥挤效应中起主要作用(Asper,Crewther&Crewther,2000)。拥挤效应的强弱取决于刺激的空间间隔，研究发现，对正常人而言，发生拥挤效应的最大距离为2个测试字母宽。Flora、Weymouth和Kahneman(Florn,Weymouth & Kahneman，1963)发现对于正常和弱视视觉系统来说，拥挤效应的强弱都和单字母视力成比例。他们解释说，弱视局部视力的降低导致他们不得不应用较大感受野去整合较大范围内相互干扰的信息，因此，拥挤效应的强度和单字母视力成比例。他们推测弱视具有正常的拥挤现象。关于游标任务的研究支持这一推测(Levi & Klein，1985)。但最近的两项研究不支持“正常拥挤效应”假说。Hess等发现即使对单字母视力进行归一化后，一些斜视性弱视患者对低频刺激(Landolt C)的拥挤效应仍大大强于正常对照(Hess，Dakin,Tewfik&Brown，2001)。Levi等使用高频刺激得出了类似的结果。因此，弱视的拥挤效应作用距离更大，并非尺度不变的("scale-invariant”)。Levi等(Levi，Hariharan & Klein，2002)认为此种损害不可能发生在低级信息处理阶段(first filtering stage)，而是后期的信息整合过程受损(second stage pooling)。

当然也有实验证据指出异常大范围侧相互作用并非来源于局部的、底层的损害。Polar等发现(Polat,Sagi&Norcia,1997)，在周边呈现高对比度共线刺激时，弱视被试检测中间目标物的对比度阈值并未降低。最近的一项大样本研究(Polar et a1．，2004)也显示，对很多弱视患者而言，抑制(suppression)取代了正常情形下的共线性易化(eollinearfacilitation)。Levi等也有类似的结果(Levietal．，2002)。

轮廓整合任务的研究结果也不一致。斜视性弱视完成轮廓整合(contourintegration)任务的能力很差(Hess et a1．，1997)，而屈光参差性弱视则大部分(5／6)都比较好(Hess&Demanins，1998)。但Chandna等发现19名未行遮盖治疗的被试中，14名的轮廓整合能力都低于正常对照(Chandna,Pennefather,Kovacs & Norcia,2001)，他们认为这是由于弱视的治疗史及所用任务敏感性不同造成的差异。他们还发现，经过光学矫正或遮盖治疗后，大部分弱视(包括斜视性弱视、屈光参差性弱视及混合性弱视)的轮廓整合能力都能恢复到正常水平，虽然弱视患者的视力还有显著的眼间差异(Chandna,Gonzalez-Martin＆Norcia,2004）。

综上所述，弱视对空间视知觉的损伤机制尚不完全清楚，可以肯定的是这一损伤确实存在而且绝不仅仅是简单的视力下降。

二、时间信息处理

弱视除了空间信息处理障碍以外。还有很多和时问特性相关的信息处理机制也存在损害， 比如时间分辨率、时间对比敏感度、时空对比敏感度、运动方向辨别、方向检测、运动适应、运动后效、速率辨别、时间整合、全局运动(随机点运动)等。

1、闪光融合频率

早期的研究受技术手段的限制，大都集中在闪光融合频率(CFF,CriticalFusion Frequency)，但是研究结果并不一致。Feinberg(1956)发现弱视眼CFF显著降低(Feinberg，1956)：Alpern，Flitman和Joseph(1960)等发现弱视眼和非弱视眼CFF相差很d,(Alpem,Flitman＆Joseph，1960)『；Miles(1949)甚至发现弱视眼的CFF优于非弱视眼(Ciuffreda KJ et a1.,1991)。

2、时间对比敏感度

关于弱视的时间对比敏感度的研究结果有很多矛盾之处。一部分研究发现，MTF在低时间频率下损害尤为明显(Wesson&Loop，1982)；另外一部分则认为弱视眼MTF没有损害或损害非常dx(Manny&Levi．1982a)；也有人观察到在中到高频甚至全频都有损害(Kayazawa,Yamamoto＆Itoi．1983)。Bradley和Freeman的研究发现，应用较大刺激的没有观察到损害或损害非常小，应用较小的刺激则观察到损害较大(Bradley＆Freeman,19s5)。

所有关于这一问题的研究结果可咀分成两大类：一类认为时间信息处理未受损，所观测到的对比敏感度下降仅反应了空间信息处理机制的损害(Manny&Levi,1982a)；另一类认为存在特异的时间频率处理能力的损伤，一在低时间频率高空间频率下有损害，而在高时间频率低空间频率下基本正常(Hess&Anderson,1993，Schor&Levi，1980)。我们对这一问题进行了比较详细的研究(见实验一)，结果支持前面一种观点，即弱视的时间对比敏感度本身并未受损，所观测到的损害基本上反映了弱视对空间信息处理机制的损害(Zhuping Qiu，Pengjing Xu,Yifeng Zhou&Zhonglin Lu,aecepetedby,JournalofHsion)。

3、运动检测

运动诱发vEP表现为正常(Kubova&Kuba,1992，Kubova,Kuba,Juran&Blakemore，1996)。Hess等用低空间频率光栅(O.2 c/deg)研究了两名斜视性弱视的运动检测，他们发现弱视眼在所有研究频率都未表现出损害。但是由于他们用的刺激非常大(40×30 deg)，所以此结果可能反映的是周边视野的机制。很多结果提示斜视性弱视的周边机制是正常IYJ(Ciuffreda KJ et a1．，1991)。

4、运动方向辨别与检测

Hess和Anderson发现，斜视性弱视在高空间频率和低时间频率下，辨别正弦光栅运动方向的对比度阈值高于非弱视眼(Hess&Anderson，1993)。Schor和Levi在屈光参差性和斜视性弱视都发现运动检测和方向辨别的降低，在低时间频率下降低尤为明显(Schor&Levi，1980)。

5、运动适应

Schor和Levi等发现非弱视眼的运动适应现象和正常人类似(适应后对相同方向运动的光栅的检测敏感性下降)，而重度弱视眼则没有这种选择性(适应了垂直向上或向下的运动光栅后对向上和向下的敏感性都下降)；对中度弱视而言，鼻侧或颞侧适应，鼻侧方向运动的敏感性都会下降，但只有在颢侧方向适应后颞侧运动检测敏感性才会下降。由于样本量太少，这些数据还不足以确证弱视的运动适应和正常人是否不同(Schor&Lcvi，1980)。

6、时间整合

Altmann和Singer对弱视患者的时间整合特性进行了一系列研究(Altmann&Singer，1986)。他们发现，弱视患者需要噪音元素和目标图案的呈现时间比较接近才能正确辨认。只要问隔时间足够短，那么弱视患者和正常人有同样的表现，这就排除了低视锐度是造成弱视和正常人表现不同的原因的可能性。Altmann和Singer认为，斜视性弱视患者的持续性反应(parvocellular)神经元的响应可能会减少，从而抑止了时间整合。

7、全局运动识别的损伤

很多证据提示弱视患者对全局运动的识别是受损(Ellemberg，Lewis，MaBrer,Brar&Brent,2002，Kioq)cs，Tang&Movshon,2006，Simmers，Ledgeway,Hess&McGraw,2003)。Ellemberg等使用随机点运动作为刺激，研究了早期形觉剥夺病人对全局运动方向的识别能力，发现他们对全局运动方囱的识别能力严重受损(Ellemberg et a1．，2002)。Simmers和合作者指出弱视患者的全局方位识别和全局运动识别受损，而且这一损伤并不能用底层的可见度下降来解释(Simmers，Ledgeway&Hess，2005，Simmers et a1．，2003)。最近Kiorpes等在广泛的时空范围内使用随机点运动刺激研究了弱视猴的视觉运动检测敏感度(Kiorpes et a1．，2006)。他们发现在高空间频率和慢速下斜视性和屈光参差性弱视猴的全局运动识别都严重受损，而且损伤程度与空间对比敏感度的损伤程度没有对应关系。

但也有研究者认为如果使得正常眼和弱视眼向较高水平的输出相等，那么较高水平的损伤就会‘消失’(Hess，Mansouri，Dakin&Allen,2006，Mansouri，Allen&Hess，2005，Simmers et a1．，2005)。