基于双眼视差的立体视知觉学习及其神经机制

The most important cue to stereopsis (especially for fine stereopsis) is horizontal binocular disparity, which is exploited by the visual system in a distributed and cascade fashion to retrieve the three-dimensional layout of the environment. Although previous studies consistently found that perceptual learning of binocular disparity based stereopsis significantly improved stereoacuity in both normal and abnormal vision, the underlying mechanism of stereo learning remains hot debate. Combining psychophysical and fMRI techniques, the present project systematically explored the properties and neural mechanisms of perceptual leaning on stereopsis based on four different types of binocular disparity in normal and amblyopic subjects. Relative results will elucidate the mechanisms underlying disparity-based stereo training for the first time, advance our understanding of cortical plasticity, and provide valuable references to clinical practice.

双眼视差是立体视特别是精细立体视知觉的最重要信息来源，视觉中枢神经系统分布式、递进式加工双眼视差信息产生深度立体视知觉，重建对外部世界的三维知觉表征。以往行为学研究发现基于双眼视差的知觉学习可显著改善正常和异常视觉系统的立体视功能，但研究者对双眼视差知觉学习的本质，如学习的迁移、发生的位点和途径等问题还存在许多争议。本研究拟在前期工作基础上，结合心理物理学和功能性磁共振技术，第一次系统考察正常和异常（弱视）被试在四种不同类型视差条件下知觉学习特性和神经机制的异同。相关研究成果有望首次阐明双眼视差知觉学习的神经基础，增进我们对大脑可塑性本质的理解，并具有潜在的应用价值和临床指导意义。

本研究结合心理物理学，事件相关电位，功能性磁共振和定量建模技术，系统考察了正常和异常视觉系统的知觉学习发生位点并探讨知觉学习的特异性/迁移性机制。在一系列研究中，我们分析了对不同类型双眼视差刺激进行知觉训练后的行为表现提高模式和对脑激活的影响（空间位点），我们还结合感觉增益模型考察了知觉学习前后早期和晚期ERP成分的变化情况，从而分析知觉学习在不同视觉信息加工阶段（时间位点）的差异。结果发现，（1）不同类型视差刺激的知觉学习效果和传递性不同；（2）相对于正常被试，弱视被试的立体视阈值降低幅度更大，并且表现出更强的传递性；（3）不同类型视差刺激发生的空间位点不同。零阶视差训练前后的差异主要表现在低级脑区，而二阶视差则在多个中级和高级脑区的激活都出现差异；（4）训练引起的认知神经变化在不同时间位点也存在差异。模型拟合发现，训练在视觉加工的早期阶段主要影响感觉编码，在视觉加工的中后期则进一步影响到反应增益和整个基线活动水平。以上研究成果推进了我们对学习与大脑可塑性这一重大理论问题的理解，并为异常视觉系统单眼和双眼视功能的提高与恢复提供实验依据与理论基础。