视知觉学习和视适应的交互作用

Human's sensory system changes its function with environment and behavior, revealing the brain's plasticity. Investigations on brain plasticity provide valuable directions for therapy on many neural diseases, and are important to the progress in the field of artificial intelligence. Visual perceptual learning and visual adaptation are two of the most important forms of brain plasticity. They have been conventionally deemed as independent and therefore studied in isolation for a long time.To date, both empirical work and theoretical accounts on their relationship are still lacking. Disclosing their potential interactions will advance our understanding of the two perhaps most important forms of visual plasticity, and spur the development of research on artificial intelligence and therapy on some visual disorders. Therefore, the work proposed here will study the potential interactions between visual perceptual learning and adaptation with variant methodologies and technologies, and focus on whether training can improve the ability to adapt, how training may affect the multiple mechanisms controlling adaptation, and the underlying neural mechanisms. The new paradigms proposed here may enable measurements of the temporal aspects of adaptation more efficiently and accurately. The altered reality technology also allows studies of long-term adaptation in adult humans over periods of days to be applicable, which could become a useful technical platform to treat some visual disorders.

人类的感知觉系统的功能是可以随着环境、行为而改变的，这是大脑可塑性的一个反映。研究成年人大脑可塑性不仅对很多神经系统疾病的治疗有着指导意义，也对人工智能领域的发展非常重要。视知觉学习和视适应是大脑的视觉可塑性的两种重要的表现形式。以往的研究通常把它们视为彼此独立的，分别加以研究。关于视知觉学习和视适应相互关系的理论模型和研究工作都仍然匮乏。而探明它们之间的交互作用，有助于更深入地理解这两种大脑可塑性的代表，从而也给临床、人工智能等相关领域以重要的启示。因此，本项目拟运用多种手段和新的技术方法研究视知觉学习和视适应之间是否存在交互作用，特别是训练是否可以增强适应的能力，训练如何影响控制适应的多重机制，背后的神经机制如何。本项目建议的新范式将可能使测量适应的时间过程更有效和准确。本项目使用的更改现实技术也使得对成年人时间跨度为多天的长时程适应成为可能，有可能给未来治疗某些视觉疾患提供有力平台。

人类感知觉系统的功能可以随着环境、行为而改变，这反映了大脑的可塑性。研究成年人大脑可塑性不仅对很多神经系统疾病的治疗有着指导意义，也对人工智能领域的发展非常重要。视知觉学习和视适应是视觉可塑性的两种重要表现形式。以往的研究通常把它们视为彼此独立的，分别加以研究。关于视知觉学习和视适应相互关系的理论模型和研究工作都仍然匮乏。而探明它们之间的交互作用，有助于更深入地理解这两种大脑可塑性的代表，从而也给临床、人工智能等相关领域以重要的启示。因此，本项目通过不同维度观察视适应的适应效果在重复多天或多次的适应训练中是否以及如何发生变化。首先，我们发现对人造的实验室刺激进行重复多天的对比度适应或者运动适应，会导致适应后效随着训练天数的增加逐渐减弱。通过分析对比度适应后效的衰退曲线，我们推测训练是通过习惯化来影响适应的。其次，我们检验了适应训练对于控制适应的多重机制的影响。通过使用不可见的适应刺激，我们发现控制适应的长时程机制不能用记忆来解释。再次，我们开发了一种更改现实系统，这是一种特殊的增强现实技术，可以使佩戴者一边与周围的环境实时交互，一边被迫同时使用两只眼协作地观看世界。我们发现适应这种更改的自然场景可以让双眼更为平衡，且随着适应训练的进行，这种效应逐渐增强。出乎意料的是，适应训练结束后的两个月里出现了学习效应——双眼再平衡效应在脱离适应训练的正常视觉环境下会继续增强。另外，该适应训练还显著改变了其他多种视觉功能，并改善了弱视患者的弱视眼视力。本项目的这些研究成果说明视适应和知觉学习不是相互独立的，训练可以影响适应的效果，而适应也可以促发适应之后的知觉学习，这些都加深了我们对视觉可塑性的理解。我们开发的更改现实技术可用于弱视的治疗，它整合了国际热点的增强现实技术，在未来有着很好的应用前景，对国内外临床眼科、神经科学、可穿戴设备及传感器等相关研究领域都有望带来重要的推动作用和影响。