基于双眼平衡机制的斜弱视治疗方法课件

- 广东省工业技术研究院 | 国家医疗保健器具工程技术研究中心 双眼竞争（抑制）模型 双眼平衡模型 阶度立体视 粗糙匹配 学习相关的视觉问题 基于双眼平衡机制的斜弱视治疗方法 1997 1999 2008 2009 视觉视觉 多稳态稳态 双眼竞争 双眼竞争是视觉研究领域中所存在的一种有趣现象，最早由 16 世 纪的 Porta 提及，然后 DuTour对其作了较为详细的描述。 双眼竞争是指当双眼所呈现的图像不一致而无法形成单一、稳定 的知觉进而造成知觉动态交替变化的现象。某个时刻对左眼的图 像形成清晰的知觉，而右眼的视觉刺激被抑制；下一个时刻则相 反；来自双眼的视觉刺激均力争处于知觉主导地位，因此称其为“ 双眼竞争”。竞争过程中知觉的动态变化与物理学中单摆的周期性 震荡相类似。 研究发现诸如色块、轮廓及轮廓方位、空间频率、纹理、运动速 率和人脸等几乎所有的刺激都可以诱发双眼竞争。 Neural bases of binocular rivalry 2006 （1）知觉的动态性 双眼竞争中知觉变化是动态的并具有非严 格意义上的周期性，但无法预测处于某知 觉状态的持续时间。 （2）错觉性结合 竞争刺激的碎片有时会同时进入知觉状态 ，即某知觉状态既有来自左眼的刺激碎片 ，亦有来自右眼的刺激碎片，出现“马赛 克”现象。 双眼竞争的特点 （3）不随意性 知觉变化是自发性的，不随人的意愿而转移 ，即被试无法通过意志努力使某个视觉映像 长期处于支配地位，这可能与神经细胞的适 应有关。 （4）一致性耦合 与双耳分听实验类似，双眼竞争中存在一致 性耦合现象。当左右眼分别呈现如右图 所示 的两幅图片时，知觉会在“猴子”和“文本”而 非左右图片之间简单交替变化，这一现象在 简单刺激中亦存在。 双眼竞争的特点 理论模型 1、早期加工模型认为双眼竞争是由视觉信息加工的初级视皮层 (V1)或外侧膝状体(1ateral geniculate nucleusLGN)单眼神经元 之间的竞争所造成的，左(右)眼神经信号对右(左)眼的神经信号的 抑制使右(左)眼的视觉映像处于阻断状态。 2、晚期加工模型认为双眼竞争并非是“眼”与“眼”之间的竞 争，而是神经系统对感觉输入的解释(刺激表征)之间存在竞争而非 感觉输入本身。 3、多层次混合模型 即相互抑制不仅在单眼神经元之间存在( 眼际竞争)，而且在双眼模式选择神经元之间也存在(模式竞争)。 双眼竞争多层次混合模型 Tong F, Meng M, Blake R. Neural bases of binocular rivalry. Trends in Cognitive Sciences, 2006, 10(11): 502511 双眼竞争的理论模型 多层次混合模型 抑制：圆点 兴奋：箭头 (a)Reciprocal inhibitory connections between monocular neurons and binocular neurons (blue lines with circles); these connections might account for eye-based and pattern- based visual suppression, respectively. (b) Reciprocal excitatory connections (red lines with arrows). These lateral interactions might account for eye-based grouping, low-level grouping between monocular neurons with similar pattern preferences including interocular grouping, and high-level pattern- based grouping between binocular neurons. (c)Excitatory feedback projections (red lines with arrows), to minimize clutter, only a subset of possible projections is shown. These projections might account for top-down influences of visual attention and also feedback effects of perceptual grouping. 弱视是孩童视觉缺陷的最常见起因，它 被定义为二眼视力有差异，还有立体锐 度和中心凹拥挤的额外缺损。 双眼视力的差异跟拥挤和立体视缺失相 关，不但在斜视性弱视者，在屈光参差 性弱视者和没受影响儿童中都是如此。 这一发现把弱视缺陷和正常视觉发育连 成一个共同体，对现时提出的“双眼视” 治疗有重要意义。 虽然某些研究指出来自二眼的信息没被 结合，但越来越多研究报道双眼视机制 是完好的，只是被抑制罢了。我们用一 个方法（弱视眼看高对比度刺激，同伴 眼看低对比度刺激）来表明双眼知觉训 练能减少来自同伴眼的抑制，提高视锐 度和立体锐度。我们检测双眼知觉学习 对视锐度、拥挤、立体视、双眼运动连 贯阈值和双眼整合的影响，受试是5名 重度弱视者。双眼整合被测量，以确定 影响弱视眼表现的噪声点的对比度。 Links between acuity, crowding and binocularity in children with and without amblyopia Journal of Vision is a free access journal. 2011 屈光参差弱视的双眼抑制模型 两只眼睛的信号先经过两眼对比增益 控制。其中每只眼睛不仅对另一只眼 的视觉信号施加增益（路径A2），而 且还对从另一只眼睛传入的控制信号 进行调控（路径A3）。 相位和对比度的知觉感知是通过不同 的途径实现的。 A1为可控的增益视觉刺激，刺激可以 采用多稳态模型，通过背流或者腹流 通道进行调控。多稳态模型包括： Binocular rivalry 双眼竞争 metacontrast masking 视觉遮蔽 motion induced blindness 运动诱 导的盲点 flash suppression闪烁抑制 BINOCULAR VISION ASSESSMENT AND/OR THERAPY 双眼视评估与治疗2010（专利） Hess, Robert F United States Patent Application 20100201942 使用一对图像的资源，本实验采用信 号/噪声。选择其中一张图给患者的左 眼和另一张图给患者的右眼。 测量左右图像的信息量的不平衡程度 ，治疗就从这一点开始。这被叫做平 衡点，它代表二眼间的抑制程度。 每次训练时间是1-2小时，图像的信息 量是不平衡的，它接近上一次测量的 平衡点，在这些平衡点上的心理物理 学表现被监控，任务是运动方向辨别 或朝向辨别。 训练结束时，用相同刺激和任务重新 测量平衡点。如果平衡点读数在三个 治疗小节中保持稳定，就无需继续治 疗了。平衡点逐渐向正常值改变，它 是正常双眼的平衡点。如果平衡点读 数有所减小，就继续检查/治疗循环， 一直到平衡点数值到达渐近值。 双眼平衡点模型 刺激信号： 左边为左眼刺激，右边为右眼刺激 （a）当观察者双眼处于正确的集合状态的 时候，可以正确的进行4点判断，这时候， 按空格键确认； （b）刺激变成空白，只有边框，时间为 500ms； （c）500ms之后，水平的正弦光栅在两只 眼睛呈现；受试者需要移动参考线到图像中 间的黑色区域，当测试完成后，给出确认信 号，图像变成空白 双眼视的方法治疗弱视反抑制治疗模型 Case 1 A Binocular Approach to Treating Amblyopia: Antisuppression Therapy 2010) （Robert F. Hess, Behzad Mansouri, and Benjamin Thompson. OPTOMETRY AND VISION SCIENCE） 44岁男，20度的内斜视，并且左眼矫正 视力只有20/400。有斜视性弱视，没有 进行遮盖和手术。没有立体视，双眼融 合困难。 使用离眼运动刺激。左右眼分别看信号 和噪声，算出阈值比。对于斜视患者， 则是由于抑制的存在，阈值比不一样， 双眼信息无法正常融合。 我们测量抑制的程度来判断需要补偿多 少对比度（降低好眼对比度），来使双 眼达到平衡（使得离眼比例一样）。 随机点示意图演示，离眼观看。黑色箭头显示信 号点，朝着同一方向（向上与向下），白色箭头 代表的噪声点，在随机方向移动。在不同的试验 中，好眼显示噪声点和弱视眼显示信号点，反之 亦然。 阈值是这两种情况的信噪比的比值。 基于反抑制的双眼视平衡治疗病例分析（成人斜视） Case 2 45岁，男性。有屈光参差性弱视 R, 1.75 diopter (D)/0.50 90; L, 1.25 D， 目前恒定性内斜视，轻度弱视（20/ 63）。 利用本方法进行全局抑制运动测量 ，发现了在减少主导眼的刺激的对 比度的时候，抑制的程度可减少（ 图3A）。 在5周（每周4天，平均每周350阈值 测量）反抑制治疗期间，主导眼的 抑制程度有一个稳定的改变。这些 变化体现在平衡眼的变化中，在弱 视眼逐步改善的离眼运动阈值的对 比（图3C）中也反应出来。弱视眼 单眼视力从20/63提高到20/30（图 3D），建立20弧秒（图3E）的视力 和立体视觉。 Case 3 33岁女性（R，1.00 D，L，0.50 D） ，5 岁发现斜视性弱视。进行两年的遮盖治 疗，没有进行手术。是小角4度内斜，没 有立体视。斜视眼视力为20/80。使用离 眼测试的双眼视平衡点表明，主导眼对 弱视眼有中等的抑制，只能通过减少主 导眼的对比度来消除抑制。 在为期5周的培训的反抑制治疗双眼治疗 ，抑制程度逐渐消失（图4B ）。这种抑 制减少的另一个反映是发生在她离眼的 时候弱视眼阈值的改善（信号在弱视眼 ，训练期间都伴随噪声）。近距离立体 视觉建立30弧秒的视力（图4E），弱 视眼单眼视力并从20/80提高到20/25（图 4D）。 Quantitative measurement of interocular suppression in children with amblyopia 弱视儿童二眼间抑制的量化测量 2011 Sathyasri Narasimhan，Emily Harrison2，Deborah Giaschi. Journal of Vision 在本研究中，我们探索用此方法能否测量儿童弱 视者的二眼间抑制状况。 我们对比单眼屈光参差性弱视儿童或斜视性弱视 儿童（8-12岁）和年龄匹配的正常视力（没有眼 睛疾病）儿童。我们用Regan高对比度视力表检测 视力，用随机点学前和随机点圆圈检查来检测立 体视。用虚拟现实双目镜检测运动连贯性阈值（ 全局运动方向辨别），信号点和噪声点的比例是 阶梯性变化的。在离眼观看时，高对比度信号点 呈现在弱视眼，对于正常儿童，呈现在其中一只 眼睛，低对比度噪声点呈现在同伴眼。噪声点的 对比度逐渐增加，一直到一个机会水平。较高的 对比度阈值表明较低的二眼间抑制。 不管他们的立体锐度如何，所有弱视组的儿童在 离眼运动任务中显示某种程度的双眼视功能。斜 视组的二眼间抑制很高，屈光参差组的二眼间抑 制较低，表明斜视性弱视的二眼间抑制更多。我 们显示Hess et al的刺激可被用于测量弱视儿童的 二眼间抑制和残留双眼视功能。二眼间抑制是斜 视性弱视者视觉缺失的形成机制；我们的结果表 明屈光参差性弱视在这方面的问题不大。 屈光参差的双眼视觉解析 Binocular combination in anisometropic amblyopia 屈光参差弱视的双眼视觉结合 Chang-Bing Huang, Jiawei Zhou, Zhong-Lin Lu, Journal of Vision (2009) 本研究为正常人设计了一个阈 上双眼叠加范式，我们用它来 探讨屈光参差性弱视的阈上整 体知觉。 在这个范式中，二个阈上正弦 条栅有相同空间频率，但不同 空间相位，分别呈现在观察者 的左右眼上。被整合后图像的 感知相位被测量，作为二眼图 像的对比度比例函数。 结果发现正常人的二眼分配相 同，但是，相同对比度在弱视 眼的比例就少很多，只有主导 眼的11%-28%。本研究结果对 弱视研究和治疗有很多重要含 义 基于抑制的双眼视平衡治疗 临床治疗的新启迪 弱视者的双眼系统虽然较弱，确是完好的。对于腹侧和背侧加工通路 都是如此； 人工创造一些状态，使弱视眼支配同伴眼，这对于弱视治疗非常重要 （无需遮盖就可激活弱视眼；双眼信息的融合可重建立体视）； 弱视者的更高级视觉功能有缺陷（即使正常视力的主导眼也如此）， 这里的双眼视训练能重建这些机制。 不强调肌肉障碍，而是感官缺失（它们是一个分开的体系）； 强调二眼间的抑制性交互，重建双眼视功能； 在双眼观看状态下激活弱眼，此技术能有效治疗弱视和其它状态（即弱 视眼和主导眼不能有效协同工作）； 双眼分视后，左右眼信息有可比较的空间或时间属性（不像以前的某些 双眼治疗，每只眼睛看合成图像的不同元素，如钟的刻度和钟的指针）； 用信号/噪声方法进行训练，即弱视眼的信息是信号以完成任务，主导眼 的信息是噪声以干扰表现； 调整每只眼信息量的强度，以获取完成任务所需的最佳双眼表现 ，这就 是视觉系统所能忍受的信息平衡度，即正常双眼视的平衡点 。 基于反抑制的双眼视平衡治疗方法的特点： 双眼视平衡可调信息量参数： 对比度 contrast 总体亮度 overall luminance 采样 sampling 分辨率 resolution 滤波 filtering 时间 temporal 运动 motion 朝向 orientation 轮廓 contour 结论： 反抑制的双眼视训练本质是通过人工调整不同眼睛的对比度 刺激，加强巩固双眼视，最终使得在自然观看（每只眼睛刺 激的对比度一样）条件下，双目信息可以正确结合。 双眼视平衡的治疗可以使弱视患者四项视功能得到了改善和 建立，分别是： u提高了弱视眼单眼视力； u主导眼对弱视眼的抑制减少； u双眼融合能力加强； u建立立体视。 结论： 生物模型 之 阶度立体视 多维空间感知模型包括零阶、一阶、二阶静态/运动立体图组，主要是用来 筛查视觉信息加工缺损患者的双眼视功能和双眼视差信息的使用偏好 阶度立体视理论基础 空间感知是一个人能看到深度的能力，它是完全基于每只眼睛从稍微 不同角度看物体这一事实的 零阶空间感知有一致视差的区域，最佳的探测器纯粹只是位置的视差。此 类探测器能在初级视皮层（V1）找到。如：一堵墙的视差是局部性一致 的，表面的其中一部分在两只眼睛里的图像被视网膜里的简单位置偏差联 系在一起。 一阶空间感知的视差有线性变化的区域；最佳的侦察器有两眼间的位置偏 差和空间频率的差异。如：有一个倾斜表面，有线性梯度视差，两个图像 块也是被相互压扁或旋转，如它们的空间频率或方向是不同的。 二阶空间感知