结合动、静态视觉信息改善低视力及双眼弱视患者视知觉的研究

In 3D environments, there are two sources of optical information: image structure and optic flow. Surfaces in the world project image structure that is weak in specifying spatial relations, but enduring. Relative motion between observers and surfaces generates optic flow that powerfully specifies spatial relations, but vanishes when motion stops. Normally, the two interact and compensate for one another’s weaknesses. With on-going motion, optic flow carries one image to the next and spatiotemporally calibrates them. After motion stops, calibrated image structure remains and preserves spatial relations specified by optic flow. Image structure provides embodied memory for situated, active observers...Blurry vision only affects the detection of high spatial frequencies or image structure, but not that of low spatial frequencies or optic flow. According to the theory of embodied memory, optic flow specifies spatial relations and image structure preserves them. Therefore, with unimpaired optic flow but weakened image structure, low vision or amblyopic observers should be able accomplish visually guided tasks, such as scene perception, shape perception and reach-to-grasp. .This study also uncovers the kind of motion that would generate the strongest optic flow contributing to perception and action in low vision and amblyopia. The research team shall build a kinematic model to describe reach-to-grasp in these patients. This model, in return, can predict one’s motor performance given his/her vision and be used as a clinical instrument to assess visual functioning. This project aims to enrich the current understanding of visual functioning and enhance the existing rehabilitation methods to improve the quality of life of low vision and amblyopic patients.

视知觉依赖两种信息： 静止的物体投射影像结构信息；物体或观察者的运动产成光流信息。光流表达三维时空关系的能力强，但是它不稳定，一旦运动停止即消失。影像结构表达三维关系的能力弱，但是它稳定，只要物体存在于视野内它即存在。当两种信息共存时，光流把零散的静态影像结构串联起来，赋予其三维时空意义；影像结构保存光流表达的三维关系，形成具身记忆，使观察者在运动结束后仍然能够准确、有效、持久地感知三维关系。.低视力或弱视患者接收到模糊的影像结构和无损的光流信息。在具身记忆中，影像结构的作用是保存（而非直接表达）空间关系；如果妥善利用光流，这些患者则可以完成识别场景、形状及伸手抓握等视知觉任务。本项目通过行为实验验证上述推论，探索最佳运动模式以产生最强光流，并通过运动模型描述预测低视力或弱视者的伸手抓握动作。本项目致力于扩展现有知觉、记忆理论，增进对低视力及弱视视功能的认识，为开创新康复疗法奠定理论基础。

传统的视知觉研究讨论静态视觉信息或动态视觉信息在视觉功能中的作用。本项目团队提出具身记忆理论，认为观察者同时利用动、静态视觉信息，准确、持久地知觉三维关系。本项⽬通过三个子课题，探讨动态光流信息和静态影像结构信息在⽇常视知觉任务中的作⽤。首先是场景识别。当观察者在环境中行走时，可以接收到环境物体投射的静态视觉信息和自身运动产生的光流信息。光流又分为行走产生的平移光流、转头产生的旋转光流、和既有平移也有旋转成分的复合光流。我们的研究发现，平移光流可以标示深度关系，使观察者识别模糊场景；旋转光流不能标示深度关系，不能使观察者识别模糊场景；两种结合时，观察者不受旋转光流的影响，可以有效识别场景。在通过动态信息识别场景后，观察者可以持续从静态影像中再认场景。第二，对物体三维结构的知觉涉及在物体部分结构被遮挡时识别深度关系。我们发现当处在不同空间位置的目标物和干扰项外观完全一样时，观察者可以利用光流和影像信息准确、稳定地识别被掩蔽的目标物。此外，当观察者头部侧斜时，如果连续接收动、静态视觉信息，也可以有效地找出隐藏物体。但是，如果在侧头过程中没有连续接收信息，仅被告知网膜像滚动的角度和利用静态视觉信息，则无法找出隐藏物体。这说明对旋转角度的了解不能补偿缺失的动态视觉信息，知觉不仅是一个“看见了”或者“知道了”的结果，而是一个观察者和环境交互的动态的过程。在此过程中，观察者可以利用自身和环境物体间的互动制造信息、保存知觉到的内容、并在需要时提取该内容。最后我们将具身记忆理论应用到解释、预测低视力病人的视功能中。当老年性眼底黄斑病变患者、双眼弱视患者从静态图片或视频中识别日常事件时，由于视力模糊，病人不能从单帧图像中识别事件，但是可以利用视频中的动态信息识别事件；看完视频后再看单帧影像时，观察者依然可以识别事件。所以，在对病人进行视功能评估或者康复训练时，需考虑动态视觉信息的作用。