弱視對視覺功能的損傷

一、空間視覺信息處理

弱視現在被廣泛認為主要是一種空間視覺缺損疾(Li & Levi，2004，Polat et a1.，2004)，因此對弱視空間視覺損傷的相關研究非常多，包括了空間視覺的方方面面，比如視銳度、空間對比敏感度、位置銳度、輪廓整合、側相互作用、方位辨別等。

1、視銳度

視銳度是目前臨床上判斷弱視的主要標準。視銳度通常有三種不同的評價方法，每種方法測得的值不同：1)最小可辨別銳度(minimum recognizable acuity；指辨別形狀及方位的能力)臨床上一般談到的視力就是指這種視銳度，包括Snellen、Landolt C's和E字表的測量，正常視力為O.5-1弧分之間。2)最小可分離銳度(minimum resolvable acuity；區分相鄰物體的最小間隔)在最優情形下，此閾值在l弧分量級。3)最小可見銳度(minimum visible acuity；指可被知覺的最小物體)此種方法測量的是亮度閾值而不是空間辨別能力。在均一背景上，改變細線段的寬度可以測量最小可見銳度。Hecht 和 Mintz(1939)發現，在最優情況下，寬僅0.5弧秒的黑線即可被檢測到。因為感受器細胞知覺物體所需要的最小寬度都大大超過此閾值，所以必然存在內部放大機制。在此情況下，增加寬度的效果實際上等于增加對比度，因此，這種測量得到的結果是局部對比敏感度。Klein和Levi認為基于上述方法測量局部對比敏感度可能對弱視的一些視覺障礙高度敏感(Klein＆Levi，1986)。

2、空間對比敏感度

弱視眼的對比敏感度下降非常明顯(Bradley & Freeman，1981，Hess，1979，Le“&Harwerth，1977，Levi&Harwerth，1980)。弱視眼的對比敏感度下降主要發生在高空間頻率下，而在低空間頻率下則沒有變化或改變非常少。高空間頻率下損傷和弱視的嚴重程度很多時候呈正相關。有文獻報道弱視患者的非弱視眼也存在對比敏感度下降(Koskela&Hyvarinen,1986，Leguire，Rogers&Bremer,1990)?！谏w”治療后，非弱視眼的對比敏感度可恢復至正常水平。雖然絕大部分研究都認為弱視造成了對比敏感度損傷，但是也有對比敏感度正常的報道(Hess．Howell&Kitchin,1978)。Howell，Mitchell和Keitll研究了26名6到14歲的弱視患者的對比敏感度(Howell，Mitchell&Keith,1983)，發現只有5名被試表現出顯著的對比敏感度下降，而且主要表現在中，高空間頻率下。因此，他們認為對比敏感度損失的發生可能晚于視力的下降。

目前大多數研究者認為對比敏感度的下降并不能全部解釋弱視患者的視力損傷(Hess，Bradley&Piotrowski，1983)。經過遮蓋治療，視銳度與對比敏感度的提高并不相關(Koskela＆Hyvarihen，1986)。

Levi和Klein應用噪音調制技術研究了空間對比敏感度限制性因素，發現弱視視覺系統內部乘法噪音升高，模板匹配下降(Levi＆Klein,2003)。本實驗室對弱視患者和已治愈的弱視患者的研究發現(Huang，Tao，Zhou&Lu,2007，Xu，Lu,Qiu&Zhou,2006)，在低空間頻率下主要表現為內部加法噪音增高，高空間頻率下則為內部加法噪音增高與模板匹配能力下降共同作用。

3、閾上對比度檢測

閾上對比度檢測是指在保證呈現刺激的對比度遠在識別閾值之上的情況下進行的各種檢測，常用的任務有兩類：閾上對比度匹配和對比度辨別。對比度匹配(contrast matching)實驗表明，弱視眼與非弱視眼在較高對比度下(一般大于30％)，對于所有空間頻率下的對比度知覺郝是相似的(Hess&Bradley，1980，Loshin&Levi，1983)。這一結果與在對比度閾值附近得到的實驗結果不同。Kaplan和Shapley在外膝體發現兩種不同類型的對比度反應細胞：一類對較低對比度的刺激敏感，另一類對高對比度刺激敏感(Kaplan&Shapley,19s2)。Hess據此推論弱視可能特異性地損傷低對比度通道，而高對比度通道未受影口fl(Hess et a1．，1983)。但也有實驗表明弱視對閾上刺激的反應可能也是不正常的，如：VEP幅度并未表現出任何的高對比度補償；反應時問固定時，弱視眼需要更高的對比度(Levi&Harwerth，1978)。因此，他們提出了另外一種假設：對比度感知(contrast sensation)，可能與色彩感知一樣，當刺激的對比度超過閾值時，反應幅度就是確定的。而對比度閩值及反應時間等則不同，需要匯聚很多神經元來的信息才能做出判斷。有研究者推測弱視可能僅僅是接受輸入的反應性細胞減少(Ciuffreda KJ，Levi DM&A．，1991)。

Ciuffreda和Fisher發現弱視眼對比度辨別(contrast discrimination)能力弱于非弱視眼(Ciuffreda&Fisher,1987)，此損傷隨著空間頻率的增加而增加。

4、空間定位能力

空間定位能力通常通過測量“游標銳度”(vemier acuity)來評價。沒有經過訓練的正常人可辨別10秒(弧度)左右的位置差異，訓練后可降至2秒(Levi,Polar & Hu，1997)。由于此閾值已低于感受器的直徑，又稱為‘超銳度’，可能反映了皮層水平的處理機制。弱視眼的空間定位能力下降，但是原因尚不清楚。

Bradley 和 Freeman(Bradley & Freeman，1985)發現弱視患者眼間對比敏感度差異與游標銳度的下降的交化趨勢一致(eovaried)，因此他們認為空間定位能力損害可由對比敏感度降低來解釋。Barbeito，Bedell和Flom(Barbeito，Bedell&Flora,1988)發現，即使刺激的可見度在弱視眼中高于非弱視眼也不能消除雙眼間空間定位能力的差異。Hess和Field(Hess＆Field，1994)同時研究了對比度辨別和空間定位能力，他們發現二者并不相關。Hess，Mellhagga和Field提出弱視眼空問定位能力的下降是因為輪廓整合能力降低(Hess，Mellhagga＆Field，1997)。Levi和Klein報道斜視性弱視患者非弱視眼的游標銳度高于正常對照，而屈光參差性弱視則正常(Levi & Klein,1985)，這種差異提示在斜視性弱視所觀測到的游標銳度異常和斜視這一并發因素的相關性高于和弱視本身的相關性。Polar等發現游標任務訓練可以提高弱視患者空間定位能力，其中一部分被試的視力也隨訓練改善(Levi & Polat，1996，Levi et a1．，1997)。

5、空間相互作用

空間相互作用的研究包括空間知覺異常、擁擠效應、輪廓相互作用、側相互作用等。

空間知覺異常(Be,dell & Flom，1981，Bedell & Flora，1983)一般是以局部的、底層的損害來解釋(Hess & Field，1994)。

擁擠效應不但存在于弱視視覺系統中也存在于正常視覺系統中。前人早已發現字母表行視力要低于單個字母視力(stuart & Burian，1962)。這種現象被認為是以下三種因素共同作用的結果：輪廓相互作用、眼動和注意效應?，F在還不清楚哪種因素在擁擠效應中起主要作用(Asper,Crewther&Crewther,2000)。擁擠效應的強弱取決于刺激的空間間隔，研究發現，對正常人而言，發生擁擠效應的最大距離為2個測試字母寬。Flora、Weymouth和Kahneman(Florn,Weymouth & Kahneman，1963)發現對于正常和弱視視覺系統來說，擁擠效應的強弱都和單字母視力成比例。他們解釋說，弱視局部視力的降低導致他們不得不應用較大感受野去整合較大范圍內相互干擾的信息，因此，擁擠效應的強度和單字母視力成比例。他們推測弱視具有正常的擁擠現象。關于游標任務的研究支持這一推測(Levi & Klein，1985)。但最近的兩項研究不支持“正常擁擠效應”假說。Hess等發現即使對單字母視力進行歸一化后，一些斜視性弱視患者對低頻刺激(Landolt C)的擁擠效應仍大大強于正常對照(Hess，Dakin,Tewfik&Brown，2001)。Levi等使用高頻刺激得出了類似的結果。因此，弱視的擁擠效應作用距離更大，并非尺度不變的("scale-invariant”)。Levi等(Levi，Hariharan & Klein，2002)認為此種損害不可能發生在低級信息處理階段(first filtering stage)，而是后期的信息整合過程受損(second stage pooling)。

當然也有實驗證據指出異常大范圍側相互作用并非來源于局部的、底層的損害。Polar等發現(Polat,Sagi&Norcia,1997)，在周邊呈現高對比度共線刺激時，弱視被試檢測中間目標物的對比度閾值并未降低。最近的一項大樣本研究(Polar et a1．，2004)也顯示，對很多弱視患者而言，抑制(suppression)取代了正常情形下的共線性易化(eollinearfacilitation)。Levi等也有類似的結果(Levietal．，2002)。

輪廓整合任務的研究結果也不一致。斜視性弱視完成輪廓整合(contourintegration)任務的能力很差(Hess et a1．，1997)，而屈光參差性弱視則大部分(5／6)都比較好(Hess&Demanins，1998)。但Chandna等發現19名未行遮蓋治療的被試中，14名的輪廓整合能力都低于正常對照(Chandna,Pennefather,Kovacs & Norcia,2001)，他們認為這是由于弱視的治療史及所用任務敏感性不同造成的差異。他們還發現，經過光學矯正或遮蓋治療后，大部分弱視(包括斜視性弱視、屈光參差性弱視及混合性弱視)的輪廓整合能力都能恢復到正常水平，雖然弱視患者的視力還有顯著的眼間差異(Chandna,Gonzalez-Martin＆Norcia,2004）。

綜上所述，弱視對空間視知覺的損傷機制尚不完全清楚，可以肯定的是這一損傷確實存在而且絕不僅僅是簡單的視力下降。

二、時間信息處理

弱視除了空間信息處理障礙以外。還有很多和時問特性相關的信息處理機制也存在損害， 比如時間分辨率、時間對比敏感度、時空對比敏感度、運動方向辨別、方向檢測、運動適應、運動后效、速率辨別、時間整合、全局運動(隨機點運動)等。

1、閃光融合頻率

早期的研究受技術手段的限制，大都集中在閃光融合頻率(CFF,CriticalFusion Frequency)，但是研究結果并不一致。Feinberg(1956)發現弱視眼CFF顯著降低(Feinberg，1956)：Alpern，Flitman和Joseph(1960)等發現弱視眼和非弱視眼CFF相差很d,(Alpem,Flitman＆Joseph，1960)『；Miles(1949)甚至發現弱視眼的CFF優于非弱視眼(Ciuffreda KJ et a1.,1991)。

2、時間對比敏感度

關于弱視的時間對比敏感度的研究結果有很多矛盾之處。一部分研究發現，MTF在低時間頻率下損害尤為明顯(Wesson&Loop，1982)；另外一部分則認為弱視眼MTF沒有損害或損害非常dx(Manny&Levi．1982a)；也有人觀察到在中到高頻甚至全頻都有損害(Kayazawa,Yamamoto＆Itoi．1983)。Bradley和Freeman的研究發現，應用較大刺激的沒有觀察到損害或損害非常小，應用較小的刺激則觀察到損害較大(Bradley＆Freeman,19s5)。

所有關于這一問題的研究結果可咀分成兩大類：一類認為時間信息處理未受損，所觀測到的對比敏感度下降僅反應了空間信息處理機制的損害(Manny&Levi,1982a)；另一類認為存在特異的時間頻率處理能力的損傷，一在低時間頻率高空間頻率下有損害，而在高時間頻率低空間頻率下基本正常(Hess&Anderson,1993，Schor&Levi，1980)。我們對這一問題進行了比較詳細的研究(見實驗一)，結果支持前面一種觀點，即弱視的時間對比敏感度本身并未受損，所觀測到的損害基本上反映了弱視對空間信息處理機制的損害(Zhuping Qiu，Pengjing Xu,Yifeng Zhou&Zhonglin Lu,aecepetedby,JournalofHsion)。

3、運動檢測

運動誘發vEP表現為正常(Kubova&Kuba,1992，Kubova,Kuba,Juran&Blakemore，1996)。Hess等用低空間頻率光柵(O.2 c/deg)研究了兩名斜視性弱視的運動檢測，他們發現弱視眼在所有研究頻率都未表現出損害。但是由于他們用的刺激非常大(40×30 deg)，所以此結果可能反映的是周邊視野的機制。很多結果提示斜視性弱視的周邊機制是正常IYJ(Ciuffreda KJ et a1．，1991)。

4、運動方向辨別與檢測

Hess和Anderson發現，斜視性弱視在高空間頻率和低時間頻率下，辨別正弦光柵運動方向的對比度閾值高于非弱視眼(Hess&Anderson，1993)。Schor和Levi在屈光參差性和斜視性弱視都發現運動檢測和方向辨別的降低，在低時間頻率下降低尤為明顯(Schor&Levi，1980)。

5、運動適應

Schor和Levi等發現非弱視眼的運動適應現象和正常人類似(適應后對相同方向運動的光柵的檢測敏感性下降)，而重度弱視眼則沒有這種選擇性(適應了垂直向上或向下的運動光柵后對向上和向下的敏感性都下降)；對中度弱視而言，鼻側或顳側適應，鼻側方向運動的敏感性都會下降，但只有在顥側方向適應后顳側運動檢測敏感性才會下降。由于樣本量太少，這些數據還不足以確證弱視的運動適應和正常人是否不同(Schor&Lcvi，1980)。

6、時間整合

Altmann和Singer對弱視患者的時間整合特性進行了一系列研究(Altmann&Singer，1986)。他們發現，弱視患者需要噪音元素和目標圖案的呈現時間比較接近才能正確辨認。只要問隔時間足夠短，那么弱視患者和正常人有同樣的表現，這就排除了低視銳度是造成弱視和正常人表現不同的原因的可能性。Altmann和Singer認為，斜視性弱視患者的持續性反應(parvocellular)神經元的響應可能會減少，從而抑止了時間整合。

7、全局運動識別的損傷

很多證據提示弱視患者對全局運動的識別是受損(Ellemberg，Lewis，MaBrer,Brar&Brent,2002，Kioq)cs，Tang&Movshon,2006，Simmers，Ledgeway,Hess&McGraw,2003)。Ellemberg等使用隨機點運動作為刺激，研究了早期形覺剝奪病人對全局運動方向的識別能力，發現他們對全局運動方囪的識別能力嚴重受損(Ellemberg et a1．，2002)。Simmers和合作者指出弱視患者的全局方位識別和全局運動識別受損，而且這一損傷并不能用底層的可見度下降來解釋(Simmers，Ledgeway&Hess，2005，Simmers et a1．，2003)。最近Kiorpes等在廣泛的時空范圍內使用隨機點運動刺激研究了弱視猴的視覺運動檢測敏感度(Kiorpes et a1．，2006)。他們發現在高空間頻率和慢速下斜視性和屈光參差性弱視猴的全局運動識別都嚴重受損，而且損傷程度與空間對比敏感度的損傷程度沒有對應關系。

但也有研究者認為如果使得正常眼和弱視眼向較高水平的輸出相等，那么較高水平的損傷就會‘消失’(Hess，Mansouri，Dakin&Allen,2006，Mansouri，Allen&Hess，2005，Simmers et a1．，2005)。