视知觉学习的发展与运用

谢龙堂 毕宏生，2

作者单位：1山东中医药大学，济南 250014；2山东省中西医结合眼病防治重点实验室 山东中医药大学眼科研究所 山东中医药大学附属眼科医院，济南 250002

1 视知觉学习的发展

知觉是客观事物直接作用于感官器官，在大脑中产生的对事物整体的认知。知觉分为视知觉、嗅知觉、触知觉、味知觉等，其中视知觉分为视觉接收和视觉认知两个过程。视觉接收是光信号经屈光系统在视网膜上成像的过程，是看到事物的过程；视觉认知是将光信号转变为电信号，使其在大脑解读的过程，是认知事物、分析事物的过程。1960年，Drever[1]首次提出了知觉学习（Perceptual learning，PL）的概念，随后的几十年间，大量研究者对知觉学习进行了补充研究。Gibson[2]认为，在一系列的知觉刺激中，伴随着任何实践经验相对永久性的改变都应称为知觉学习。Ahissar和Hochstein[3]认为，知觉学习是通过不断的练习，提高执行特定感知任务能力的过程。不同研究者对知觉学习的定义大同小异，概括来讲，知觉学习就是通过不断强化知觉任务训练，提高知觉能力的过程。当知觉学习被运用到视觉研究时，就形成了视知觉学习（Visual perceptual learning，VPL）的概念，即通过特定视知觉任务训练，使视觉系统对外界信息感知能力显著提高的方法。近年来，关于视知觉学习的神经机制、学习方法、影响因素等方面的研究较多，但许多研究者仍会将视知觉学习称为或译为“知觉学习”或“感知觉学习”。

2 视知觉学习的神经机制

2.1 视知觉学习与大脑皮层

视知觉学习能够有效提高视功能，原因在于大脑具有可塑性[4]。有研究表明，人类视觉发育关键期为出生后至3岁左右，视觉发育敏感期为出生后至12岁左右，12岁以后，视皮层的发育便相对停滞[5]。因此，儿童的视觉可塑性更加较突出。近年来有研究表明，成年人的大脑同样具有可塑性，通过视知觉学习能够有效的改善成人弱视[6，7]。视知觉学习的神经机制十分复杂，尽管从心理物理学、神经生物学等方面进行了大量研究和探索，但仍不十分明确。随着功能性磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）技术的运用与发展，关于视知觉学习与脑区关系的研究有了新的进展，许多证据表明视知觉学习引起的改变，是感觉信息编码、注意调控和信息整合等多个环节以及对应脑网络之间协同作用的结果[8-11]。越来越多的证据证明，初级视皮层是进行视觉信息处理的第一关，只负责对信息进行编码，不负责储存信息，视知觉能力的改变与更高级皮层有关[8-11]。而视知觉学习具有迁移性也表明，在视知觉学习中，除了初级视皮层的参与，额叶和顶叶等高级脑区也参与了进来[8-11]。Larcombe等[12]研究发现，内侧颞上区、对侧前海马、双侧背外侧前额叶皮层和额叶极的神经活动变化与视知觉学习的任务量有关，也证实了视知觉学习需要高级脑区的参与。此外，Yu等[13]的研究则发现，低对比度探测训练任务能够增强外侧膝状体的信号，提示视知觉学习引起的神经可塑性不仅局限于大脑皮层层面，还可以向上游追溯到皮层下丘脑。

2.2 视知觉学习的属性

2.2.1 相对特异性与相对迁移性 在视知觉学习中，特异性是指通过某项特殊的视觉刺激训练得到特定的结果，不同任务的学习效应之间相不干扰，学习的效果不能在相似的任务之间传递。有研究发现，通过训练提高了患者水平方向线段的分辨能力后，其垂直方向分辨力没有变化[8，14]；迁移性是指某种视知觉训练的结果能够影响其他训练的结果，如在视野内训练患者方向的辨认，发现其对比敏感度也会显著提高。迁移性和特异性看似相互对立，可为什么又能够同时存在呢？有研究发现，知觉学习的特异性因任务难易程度不同而有所变化，简单的任务特异性弱，容易迁移，而较难的任务特异性强，不易迁移[15，16]。更多的研究结果证实，较难的任务迁移性弱，是因为大脑具有明确的功能分区，不同任务由不同脑区或功能模块介导，从而导致学习效果在差别较大的任务之间不易迁移[9]。视知觉学习的特异性和迁移性并非绝对的，也不是相悖的，二者具有一定的相对性和关联性，任务的难易程度影响着视知觉学习的特异性和迁移性。所以视知觉的特异性与迁移性表达为相对特异性与相对迁移性较为合适，这对于视知觉学习的实际应用具有重要的指导意义。

2.2.2 时间属性 视知觉学习的另一个属性就是时间进程。Karni和Sagi[17]提出了视知觉学习的2个阶段理论，即快速学习阶段和慢速学习阶段。在快速学习阶段，患者视功能的提升会随着训练时间或次数的增加呈指数形式上升，但当训练到达一定时长或次数时，视功能的提升趋势逐渐变缓，最终趋于平稳，此时达到快速学习阶段的顶峰，患者进入疲劳期，达到暂时的饱和状态，无法继续通过学习提高能力。在慢速学习阶段，患者不再继续进行视觉刺激训练，在放松休息或者睡眠后再进行检测时，会发现患者的视功能有显著提高，而此现象常发生在训练停止后的6～8 h。基于上述发现，临床上使用“快速学习训练”加“阶段性休息”治疗的方法，即节省了时间，又提高了治疗效果。

3 视知觉学习的方法

视知觉学习主要以图形的大小、数量、位置、深度、变化为基础，通过不断重复地训练，提高视觉注意力、视觉记忆力、图形区辨力、视觉想象力，进而增强视功能。常见的视知觉训练方法有条栅觉察训练、对比敏感度视力训练、游标视力训练、空间频率训练、位相辨认训练、质地辨认训练、方向辨认训练、位置辨认训练、搜索与模式辨认训练、视野的定位训练、轮廓觉察训练、图像识别训练、视频学习训练、游戏学习训练、立体视训练、同时视训练、融合视训练、二阶信息处理能力训练、运动方向探测训练和全面运动信息处理能力训练等。随着患者适应能力的增强，还可以将视觉噪声加入到训练任务中去，通过增加训练难度来提升患者的视功能。为达到更好的治疗效果，近年来常把各项简单训练联合组成复杂训练用于提高视功能，如噪音下光栅方位辨别等。Lin等[18]的研究结果表明，在视知觉学习过程中，多项简单的训练组合能短暂或持续的提高视功能。视知觉学习还可以与药物联合使用，尤其在弱视治疗方面，常与左旋多巴联合用以提高治疗效果。但是，不是任何药物都可以与视知觉学习联合使用。近期有研究表明，视知觉学习联合氟西汀和多奈哌齐均不能增强成人弱视视功能的改善作用[19，20]。经颅电刺激（Transcranial electrical stimulation，TES）作为一种非侵入、无创的神经刺激方法，与视知觉学习结合也能起到调控视觉功能的作用[21]。Contemori等[22]的研究表明，经颅随机噪声刺激（Transcranial random noise stimulation，tRNS）联合视知觉学习在改善周边视野、减少拥挤现象等方面有着非常显著的效果。

4 视知觉学习的应用

4.1 视功能检测

视知觉学习常用于视功能的检测和阈值的确定，适用于屈光不正、弱视、斜视、眼科屈光手术后、阅读障碍、脑损伤和眼球震颤等患者。医师可以利用视知觉学习任务对患者的视功能进行检查评估，分析是否存在同时视、融合视、立体视等视觉功能障碍，通过数据反馈，辅助诊断，制定针对性的训练方案[23]。常见的筛查方法及正常标准主要有：视锐度检测，新国标视力表≥5.0；光栅视锐度≥24周/每度视角（Cycles per degree，c/d）；截止频率≥22 c/d；游标视锐度≤40弧秒（Arcsec）；运动融像≥12棱镜度底朝内或≥20棱镜度底朝外[24]；立体视锐度≤100 arcsec[25]等。

4.2 改善视功能

视知觉学习能够提高患者的视力、空间对比敏感度、游标锐度对比度阈值上刺激的感知能力、简单空间整合能力、位置辨别能力、方位辨别能力、一阶或二阶运动感知能力、整体运动或整体形状处理能力和噪音排除能力，从而提高患者的立体视功能，融像功能以及同时视功能，而且对患者的周边视力提高也有所帮助[26，27]。

4.3 治疗弱视

弱视是视觉发育期内由于单眼斜视、屈光参差、高度屈光不正以及形觉剥夺等异常视觉经验引起的单眼或双眼最佳矫正视力低于正常的一种眼病，眼部检查多无器质性病变，其临床表现为视力低下、伴有拥挤现象、中心注视丧失、形成旁中心注视、立体视觉降低、对比敏感度降低以及调节功能异常[28]。相对于弱视的遮盖、压抑等常规疗法，视知觉学习具有安全、方便、视力提高速度快、知觉眼位恢复好、个性化治疗等特点[29，30]。陈磊[31]的研究证实，视知觉学习纠正儿童屈光参差性弱视的长期疗效优于常规综合疗法。视知觉学习不仅能够使患者视觉系统复原，还能重建患者视觉缺失期未发育的视觉功能，并且视知觉学习的近距离用眼负担也不会导致弱视儿童近视化[32，33]。视知觉学习联合调节灵敏度训练还能够有效提高弱视患者的视力、对比敏感度调节力以及立体视功能[34]。周继容和顾宝文[35]分析了经视知觉学习治疗的弱视患者的图形视觉诱发电位（Pattern-visual evoked potential，P-VEP）和明视负波（Photopic negative response，PhNR），发现视知觉学习可以明显改善弱视患者视刺激的反应强度。视知觉学习对儿童、青少年甚至成人弱视治疗均具有良好的效果，并且儿童的治疗依从性普遍高于常规治疗方法。因此，一般认为视知觉学习是一种有效的治疗弱视的方法，值得在临床上推广和应用[36]。

4.4 其他临床应用

早期有研究提出可用视知觉学习治疗屈光调节性内斜视、间歇性外斜视[28]。近期王凤珍[37]对124例间歇性外斜视儿童进行了临床研究，发现视知觉学习训练有助于儿童间歇性外斜视术后视功能的重建。陈静和封利霞[38]的研究也表明，视知觉学习可有效重建共同性外斜视术后患者的立体视功能。除了用于治疗斜视弱视患者外，视知觉学习还可以治疗屈光参差、屈光不正，在先天性白内障、眼球震颤、青光眼等疾病引起的视觉神经障碍治疗方面，视知觉学习也有良好的疗效。对一些有特殊需求的人，也可以通过视知觉学习达到目的，如飞行员辨别能力、深度知觉的提高。

5 视知觉学习效果的影响因素

5.1 屈光状态

屈光状态是影响视知觉学习结果的重要因素，就像术前检查一样，治疗前要对患者的屈光状态进行检查，帮助患者达到最佳矫正状态。Levi等[4]认为，屈光矫正对视力的影响较大，因此在视知觉学习之前应进行准确的屈光矫正，在治疗过程中还应定期对患者的屈光进行检查记录。

5.2 患者的依从性

视知觉学习训练过程较长，需要患者长时间的参与。在治疗过程中，患者的配合程度、服从程度会有所不同，取得的效果可能产生差异。但有研究表明，视知觉学习的依从性普遍高于常规治疗方法[36]。随着个性化治疗的推广，越来越多的患者选择不在医师的监督下完成治疗，所以对患者的依从性要求越来越高，在治疗过程中需要患者的积极配合，以取得更好的治疗结果。

5.3年龄

视知觉学习的疗效依赖于大脑的可塑性，但成年人大脑的可塑性远低于儿童，Levi等[4]的研究结果表明，人类在10岁之前是敏感期，视知觉学习能有效改善视功能，在10～40岁之间时，视知觉学习的效果差异不大。林泉等[36]的研究也证实视知觉学习患者的年龄越小，治疗效果越好。但成年弱视患者并非没有治愈的希望，Huang等[6]的研究发现，与成年正常人相比，成年弱视患者的学习效果具有更宽的空间传递宽带，即成年弱视视觉系统内的可塑性远远高于正常成年视觉系统，成年弱视患者仍有治愈的希望。

5.4 任务的安排

研究表明，知觉学习的特异性程度因任务难易度不同而有所变化，简单的任务特异性低，更容易出现迁移，而较难的任务特异性较高，不易迁移[15，16]。所以任务的难易程度是影响视知觉学习的重要因素。目前，视知觉学习的时间和效果之间没有明确的指标，但普遍以每天训练2次，每次训练30 min为标准，不同程度弱视的患者可根据情况改变训练时间[39]。在训练学习过程中，训练强度、频率的选择至关重要。

5.5 休息的时间与质量

休息的时间与质量严重影响着视知觉学习的结果。它与慢速学习阶段有关，有研究表明，快速学习阶段结束后学习效果相当脆弱，需要一段时间来巩固，使其稳定才能长时间保留下来[40]。因此，视知觉训练除了长期坚持之外，还要做到劳逸结合，保证休息的时间和质量，这样才能取得最佳治疗效果。

5.6 环境因素

环境也是影响视知觉学习结果的重要因素。环境中的对比度、外部噪音等可以显著影响视知觉学习的结果。Bruns等[41]的研究结果表明，视知觉学习的学习结果依赖于学习发生的感官环境，干扰越强烈视知觉学习的效果越差。所以在治疗过程中，要保证患者处于安静、无干扰的环境中。

6 展望

视知觉学习的神经机制较为复杂，目前仍未完全阐明。相关的初级与高级视皮层之间的相互作用已经开展了较多研究，但已有研究者意识到大脑白质也可能发挥了关键作用，这方面的研究有望帮助我们更新对视知觉学习神经机制的理解[13，42]。在临床应用方面，已有研究者尝试将视知觉学习方法应用于成人弱视和黄斑变性等疾病的治疗和康复，并取得了一定的疗效[6，36，43，44]，这意味着视知觉学习疗法的应用可能仍有很大的拓展空间，特别是对于已经发生不可逆性组织损伤的眼病患者，通过改善视皮层功能起到一定的视功能代偿作用，可以帮助患者改善生活质量，具有重要的应用价值。此外，视知觉学习也有与虚拟现实（Virtual reality，VR）、增强现实（Augmented reality，AR）、人工智能（Artificial intelligence，AI）等高新技术相结合的趋势，借助新的技术和方法，有望扩大临床适用范围、提高患者的依从性和临床疗效。

利益冲突申明本研究无任何利益冲突

作者贡献声明谢龙堂：检索文献，收集数据信息，参与选题及资料的分析和解释；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。毕宏生：主持选题、设计、资料的分析和解释，修改论文中关键性结论，根据编辑部的修改意见进行核修