采用多模态磁共振技术研究知觉学习干预成人弱视的神经环路可塑性机制

Amblyopia, a common disorder with neural development deficit, is untreatable on adult patients with traditional therapies. Recently, visual perceptual learning has been applied to improve amblyope’s vision, and achieved positive effects. Revealing the neural mechanism of this therapy is important for its generalization. It is believed that the attentional regulation from high-order cortex improved the performance of primary perceptual cortex. Thus, we hypothesis that alterations of interactions among brain regions on neural circuit might underlie perceptual learning therapy on amblyopia. Dynamic causing modeling, which has been used to identify the abnormal brain connectivity in patients, provides a tool to investigate neural circuit. Based on our previous behavior study which demonstrates that training in contrast detection can improve motion perception in amblyopia, we plan to start two experiments. Firstly, the neural circuit deficit of performance on biological motion in amblyopia will be investigated by dynamic causing modeling. Secondly, the alternations of amblyope’s neural circuit induced by contrast detection perceptual learning will be studied with the same task. This research will have great theoretical and applied values for uncovering the neural mechanism on amblyopia and its therapy by perceptual learning.

弱视是一种常见的视神经系统发育疾病，传统疗法无法改善成年弱视患者的视功能。近年来，视知觉学习被应用到成年弱视患者的治疗中，但其神经机制仍不清晰。研究发现，知觉学习带来的行为表现提高主要基于高级皮层通过选择注意对初级知觉皮层的调控。因此，我们提出神经环路当中脑区间相互作用的改变，可能是视知觉学习改善成年弱视患者视功能的神经学基础。动态因果模型是一种研究脑区间相互作用的功能磁共振有效连通分析方法，生物运动的加工同时依赖于腹侧和背侧视觉通路，这使同时研究弱视患者两条视觉通路脑区间的交互作用成为可能。我们拟进行以下两个实验，1）通过动态因果模型研究弱视患者执行不同噪声水平下的生物运动辨别任务，以研究弱视的神经环路损伤机制。2）在1个月的知觉学习训练后，采用相同的实验方法研究知觉学习改善弱视患者视功能的神经环路机制。本研究对进一步揭示弱视损伤及其干预恢复机制有着重要的理论意义和临床应用价值。

弱视是一种常见的视神经系统发育疾病，传统疗法无法改善成年弱视患者的视功能。近年来，视知觉学习被应用到成年弱视患者的治疗中，但其神经机制仍不清晰。研究发现，知觉学习带来的行为表现提高主要基于高级皮层通过选择注意对初级知觉皮层的调控。因此，我们提出神经环路当中脑区间相互作用的改变，可能是视知觉学习改善患者视功能的神经学基础。主要研究结果：1) 我们发现弱视患者在网络内和网络间都表现出了不同程度的功能连接的降低，统计分析的结果表明弱视患者在VSN和HVN网络内的功能连接显著低于正常人，PVN网络内的功能连接存在降低的趋势但是没有显著性；弱视患者在网络间的功能连接上也存在降低但是没有显著性。我们进一步分析了网络局部效率（local efficiency）的变化，弱视患者网络节点更小，表明纹外皮层小世界网络架构和局部效率的降低。2) 我们探究了在视觉发育关键期外发病的恒定性外斜视患者大脑皮层的变化，并进一步探讨这些皮层变化与临床行为学之间的关系。结果表明，与正常对照组相比，恒定性外斜视患者右侧次级视觉皮层（V2，舌回）的ReHo值显著增加，同时，左侧BA47（额下回眶部）的ReHo值显著降低。此外，还观察到斜视患者的病程与左侧BA47的ReHo值呈正相关。3) 基于知觉学习的视野恢复训练（Visual Rehabilitation Training, VRT）可以部分的恢复偏盲患者的视野，但是其背后的神经机制，特别是高级功能脑区的参与机制仍不明晰。我们利用功能磁共振成像技术采集偏盲患者在训练前后的脑功能影像，以研究知觉学习训练对患者注意网络（attentional function network）的影响。研究发现：VRT明显地提高了患者的视野以及训练视野区域的视功能（对比敏感度），并且VRT也明显提高了这些患者的同属于注意网络的左侧岛叶（insula）及右侧前扣带回（anterior cingulate cortex）到右侧颞顶联合（temporal parietal junction）的功能连接。该研究提示，右侧颞顶联合及注意功能网络在基于知觉学习的VRT的偏盲治疗中有重要的作用。本研究课题对进一步揭示视觉系统功能损伤及其干预恢复机制有着重要的理论意义和临床应用价值。