视觉假体中最小视觉信息需求及皮层加工机制研究

视觉是人类认识客观世界的基础，也是人们日常生活保持独立活动，进行相互交流和适应周围环境的必要条件。因而由于各种原因导致视觉丧失的盲人，在生活、学习和工作等各个方面都遭受着严重痛苦。视觉假体虽然还无法精确全面地复现正常视觉,但现实的目标是为视觉障碍者传递尽量丰富的信息。虽然国际上许多研究团队在视觉假体的心理物理学研究方面取得了令人鼓舞的成果。但由于其采用简化过的模型来模拟产生光幻点的效果，因此这些实验的结果只能对今后的视觉恢复提供有限的参考。同时，对于视觉图像信息冗余及有用视觉信息的最小需求研究目前还存在许多问题亟待解决。人们还没有从根本上认识到基于光幻点的视觉修复的认知过程和正常的认知过程中间的差异而将主要精力集中在了简单和规则图像文字等的处理和识别。因此，从大脑视觉处理水平上研究修复视觉识别的内在机制对于视觉假体的图像处理策略和刺激方案乃至视觉恢复训练都具有重要的指导意义。

作为一种新兴的神经假体，视觉假体可以通过电刺激视网膜、视神经或者初级视皮层而诱发不同大小、亮度和形状的光幻视，并依靠光幻视点的排布而构成丰富复杂模式的“假体视觉”来修复视觉感受，但对光幻视点组成的视觉信息的理解则依赖假体植入者的心理感受与认知。视觉假体技术的研究，其最终目标是通过植入视觉假体和针对个体设计的一系列术后的康复训练，能够完全恢复盲人患者的部分甚至全部的视觉功能。目前，人工视觉弥补技术还无法精确全面地复现正常视觉，现实的目标是为视觉障碍者传递尽量丰富的信息。本项目中运用仿真假体视觉的心理物理学实验平台，开展了基于视神经假体的光幻视模型的构建，并运用此模型进行了文字和图像识别研究，以及仿真假体视觉下的像素化汉字识别的长期训练研究。具体内容如下：. 针对假体视觉中不同光幻视大小、位置和分布等特性，构建了两种光幻视模型。光幻视模型I由不同形状但排布规则的光幻视点构成，而光幻视模型II是由基于视神经假体临床数据的具有64个不同形状、大小和分布的光幻视点构成。在此基础上，运用两种模型对数字、字母和部分汉字进行了像素化处理，并初步开展了相关的基于心理物理学的识别实验。初步的实验结果表明，经光幻视模型I处理后的像素化数字、字母和部分汉字均有超过75%的较高的识别准确率，而经光幻视模型II处理后的像素化数字、字母和部分汉字，其识别准确率均低于50%，且字母和汉字的识别率更是低于20%。. 基于不规则光幻视阵列开展了汉字识别的长期训练研究，其中的不规则阵列由扭曲、缺失、点大小、灰度以及他们的组合参数构成。两名具有校正为正常视力、年龄在65岁左右的被试参加了正式的实验。实验结果表明，在扭曲、缺失和点大小变化的实验中得到与之前研究一致的结果，即光幻视单个参数的不同水平的变化对像素化汉字的识别有显著的影响。组合参数的影响较单一因素的影响显著。而且，长期训练可以有效提高识别的准确度并减少所需的识别时间。. 上述研究工作的开展，将为视觉假体中的信息处理与编码奠定实验理论基础，并为术后康复训练提供实验理论依据。