(三)弱视损害机制的研究

弱视的认知损害机制研究主要集中于心理物理学与电生理学两方面。迄今,弱视的损害机制仍未阐明。

31 心理物理学研究

心理物理学研究提出了三种模型:空间标度的低频偏移(spatial scale shift)、采样降低(spatial undersampling)及投射连接紊乱(topographical jitter),现在还没有确定性结论。标度偏移假说认为弱视视力的降低导致弱视不得不应用较大感受野去整合较大范围内的信息(Flom1963);采样降低与连接紊乱模型分别是由Levi等(Levi & Klein, 1986)与Hess(Hess et al.,1999)提出以解释斜视性弱视所表现出的额外位置锐度损害。采样降低假说认为对应于弱视的光栅锐度阈值的通道数目大大减少,因此中央区的信息不能被完整表征;连接紊乱则认为通道的数目没有减少,但神经元之间的拓扑连接紊乱,因此表征异常。前一种假说现在受到了越来越多的挑战(Levi et al.,2002),后两种假说都各有一些实验证据支持,但都没有确定的结论。在弱视猫模型的验证结果(Gingras et al.,2005)也比较难以解释:剥夺性弱视模型并不符合预期的采样降低假说,但斜视性弱视的数据可以用投射连接紊乱解释。

现在,还不清楚上述三种假说哪一种是正确的,也不清楚不同类型弱视的损害机制是否相同,各研究结果之间也多有矛盾之处。这种矛盾可能是由于:弱视的诱因多样(屈光参差、斜视、剥夺性等),弱视的损害类型并不相同,不同类型弱视的神经机制可能并不相同,被试的差异(程度、年龄等),实验方法同等。弱视的认知损害有较大的个体差异,因此,如果我们想要更好地解读现在有关弱视损害机制研究方面的报道并推测弱视损害的可能机制,必须首先对弱视的认知功能进行更加客观、更加系统的评估。

噪音调制相关的一些实验模式为理解弱视损害机制提供了新的视角,但现在的结果也比较混乱。Kersten等(Kersten et al.,1988)最早将噪音调制技术应用于弱视机制研究,基于Pelli提出的线性放大模型(LAM模型),他研究了2名屈光参差性弱视和1名斜视性弱视被试,结果发现其中两名采样效率正常或接近正常,但内部噪音升高,另外一名弱视的采样效率下降但内部噪音则保持正常水平。Nordmann(Nordmann et al., 1992)发现外部噪音对弱视和正常被试的影响一致。Kiorpes(Kiorpes & McKee, 1999)在弱视猴的研究发现虽然大部分弱视都有一定程度的噪音升高,但采样效率的降低更为明显。Levi(Levi & Klein, 2003)结合外部噪音调制、分类图像(classification image)和两次通过(double pass)等技术,发现弱视的损害小部分可归因于模板匹配不佳,但更大程度上是由于刺激依赖型噪音的升高所致。PelliLeviChung(Pelli et al., 2004)用外部噪音模式研究了弱视的字母辨认,基于LAM的分析表明,采样效率下降可以解释大部分视觉功能损害。在低空间频率下,弱视眼的内部噪音水平与正常被试相比没有差异。

利用外部噪音研究得出的弱视机制也是不一致的。研究结果存在差异的原因应该是多方面的:1)上述各研究所选用任务不同;2)弱视的损害有相当大个体差异;3)不同研究所选用的噪音模式有一定差异;4)损害可能在同一任务不同条件下也是有差异的(如改变空间频率等);4LAM模型有其本身的缺点,它是基于线性系统理论建立的,但显然人类视觉系统的非线性成份是很强的(Lu & Dosher, 1999)。要想更好地解决这一问题,必须更加严格地控制实验条件,并且选用更加合理的模型。

3.2 电生理学研究

电生理学研究得出的假说概括起来主要有三种,即表征区域减小、异常神经元反应特性及同步化降低。早期的研究多继续HubelWiesel的开创性工作(Wiesel & Hubel, 1963),对幼年动物进行眼睑缝合,导致动物的形状视觉几乎完全被剥夺。实验结果表明:眼睑缝合后,双眼视觉消失,眼优势柱偏移。因此,一些研究者认为,弱视是由于剥夺眼在初级视皮层的代表区减小所致。Kiorpes(Kiorpes et al., 1998)第一次将行为学测量与电生理记录同时应用于弱视猴研究,他们用行为学指标(对比敏感度曲线)划分弱视程度。研究证实弱视猴V1区双眼反应性降低,且在重度弱视猴,弱视眼驱动区域面积减小;弱视眼驱动神经元空间频率反应特性向低频偏移,相比于非弱视眼,弱视眼驱动的神经元感受野较大,对比敏感度较低。 Roelfsema(Roelfsema et al., 1994)则用同步化降低来解释弱视的损害。

这些研究虽然得到了一些关于弱视损害机制的直接证据,但都还存在一定的问题:1)先前的大部分研究都是在猫完成的,猫和灵长类的视觉系统有着差别,如猫的视力仅为人类视力的大约十分之一,故同样的异常视觉环境,很可能对猫和灵长类视觉系统的影响程度不同;2)先前动物模型多为形觉剥夺模型,这种模型比较接近只占人类弱视小部分的先天性白内障导致的程度很深的弱视,而并非常见的屈光参差性弱视与斜视性弱视,因此这些形觉剥夺研究的结果在理解弱视的成因方面能起多大作用正受到越来越多的怀疑,它们可能更多反应的是皮层的可塑性而非典型的弱视损害机制;3)虽然在灵长类(猴)建立屈光参差或斜视性弱视模型是必要的,但这些研究目前开展得还比较有限;4)前期的模型研究多没有将动物行为学与电生理学及人类心理物理学的实验结果结合起来考虑。总之,要想推进对弱视认知功能损害的认识,我们须建立灵长类(猴)屈光参差或斜视性弱视模型,并将人类心理物理研究、动物行为学测量与电生理记录有机结合起来。