研究揭示人眼光学系统对大脑可塑性的限制作用自适应光学矫正结合知觉学习或可达到超视力

作者:2013/07/02 10:05浏览次数:23

   近日,我校中科院脑功能与脑疾病重点实验室周逸峰研究小组与成都光电技术研究所张雨东研究小组通过实验证明,发育成熟之后的正常成年视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性,其可塑性的发挥受限于人眼的光学系统质量。该研究成果可用于探索新的视功能恢复方法。Nature集团新刊Scientific Reports于4月16日在线发表了这一研究成果。

 

   视觉神经科学的一个基本理论是“视皮层的发育具有关键期”,即视皮层在关键期关闭之前较容易被改变,而关键期关闭之后则较难被改变。目前,很多知觉学习上的证据表明,成年人的视皮层也存在一定的可塑性。然而,对正常成年人而言,这种在知觉学习过程中体现出的可塑性虽然存在,其程度却非常小。这极大地限制了知觉学习在提高成人视功能中的应用。另一方面,视光学领域的研究者发现:人眼并非一个完美的光学系统,除了存在大家所熟知的近视、远视和散光等低阶像差外,还存在着大量的、难以用普通光学手段测量和矫正的高阶像差。近些年来,研究者通过使用原先应用在天文学上的自适应光学矫正技术来矫正人眼的高阶像差,从而部分提高了成年人的视功能。但对正常成年人而言,这种视功能上的提高很微弱,远达不到理论期望值,而且对自适应光学矫正仪器的依赖性很强,因此无法有效应用于成人视力的提高。

 

   尽管视知觉学习与人眼自适应光学这两个领域的研究者们对如何更好地提高视功能都抱以极大的研究热情,但限于研究手段的单一,目前这两方面的研究都分别遭遇了瓶颈,迫切需要跨学科的先进技术与之结合来扩展思路。

 

   在此背景下,周逸峰研究小组和张雨东研究小组将视知觉学习与人眼自适应光学技术相结合,取得了创新性的研究成果。他们设计了一种对比试验:一组被试者进行人眼高阶像差的矫正(此时有较理想的人眼光学系统),另一组被试者则不进行人眼高阶像差的矫正(此时是普通的人眼光学系统),研究者安排这两组被试者进行比度检测任务的知觉学习。通过比较被试者对比敏感度和视力提高程度的差异,发现在知觉学习训练后高阶像差矫正组在对比敏感度和视力上都有了显著的提高,并且这种提高效果可以维持至少5个月;而非高阶像差矫正组对比敏感度只有少量提高,视力水平无显著提高。

 

   研究结果表明,发育关键期之后的正常成年视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性,但这些可塑性的发挥受限于训练时人眼的光学系统成像质量。只有当高阶像差被矫正时,视觉系统的可塑性才能得到发挥。该研究成果可以用于探索新的治疗方法来提高视力低下患者的视功能,同时还为结合人眼自适应光学矫正技术和视知觉学习来达到“超视力”提供了可能。

 

 该研究工作受到了国家重点基础研究发展计划973项目、国家自然科学基金重点项目等的资助。相关研究技术还获得两项美国发明专利授权。 

 

附论文链接:

http://www.nature.com/srep/2012/120413/srep00364/full/srep00364.html

 

                     (生命学院)


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