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心理所研究开发出治疗弱视的增强现实技术
作者: 中国科学院行为科学重点实验室 鲍敏研究组 ║ 日期: 2017/12/11 

  当一只眼睛的输入信号较差时,大脑中来自于另一只眼的信号就变得更加主导,该现象的一种极端情形就是弱视。弱视在人群中发病率较高,约占总人口的3%。弱视治疗的传统干预方法是将好眼遮盖以强迫病人在生活中或在实验室训练中使用弱眼。

  中国科学院行为科学重点实验室鲍敏研究组开发出一种新颖的可穿戴的增强现实(augmented-reality,简作AR)技术,使人们有望在日常活动中治疗弱视和重塑双眼平衡。鲍敏研究员开发的这套系统,广义上可以认为是一种特殊的AR技术,与常见AR技术的区别在于,它并没有在摄像头拍摄的画面上叠加环境中并不存在的物体(例如箭头提示或者网页窗口等),而是把原始摄像头拍摄画面中的某些视觉属性经过特殊的算法改变后再呈现给佩戴者。所以佩戴者看到的画面就是经过某种改变后的周围的真实世界。因此该系统也被称为更改现实系统。系统会实时呈现双眼互补的摄像头视频,因此通过该装备,佩戴者可以在与周围环境实时交互的同时,被迫协作使用两只眼观看世界。

  使用AR技术可以克服传统实验室训练的一些不足,例如该方法通过计算机程序电子化地调节真实环境的视觉输入,使视觉适应训练得以整合到日常生活中。这样病人就不需要花费时间到指定研究机构去治疗,也不会因为长时间观看特定实验刺激造成他们无法观看现实场景而影响学习、工作和生活。

  更令人称赞的是,该训练的效果持续时间可以超过两个月,每天3小时连续几天的适应训练可以使两眼变得更为平衡,且这一效果在适应训练结束后的两个月继续增强,而这一阶段中被试已经处于日常生活的视觉环境。在第一个实验中,这一双眼再平衡效果的测量和跟踪是基于双眼竞争任务。实验结果显示,在5天的训练阶段,双眼不平衡的正常成年人知觉到来自强眼和弱眼的光栅时长比例逐渐接近;而在告别适应训练后的跟踪后测阶段,两眼知觉到的时长比例随着时间的推移变得更加接近;此效应在适应训练结束后的两个月达到最大值,在四个月时仍然可以被观测到。

  他们还对18名弱视患者使用了类似的训练流程,结果患者的弱视眼视力改善了1.5行(logMAR视力表)。此外,该研究还在另外一组被试上检验了除双眼竞争以外的6种不同视觉任务的成绩受适应训练的影响。结果发现这种适应训练显著改变了包括离眼运动一致性、视锐度、艾宾浩斯错觉和眼间相位整合任务的成绩。

  该研究发现的训练结束后两个月里,被试虽然生活在正常视觉环境,眼优势却继续变得更加平衡的现象尚属首次报导,这将吸引神经科学领域的研究者进一步探明其背后的机理;此外,该方法整合了国际热点的增强现实技术,响应中科院“三个面向”的方针,在未来有着很好的应用前景。未来对国内外临床眼科、神经科学、可穿戴设备及传感器等相关研究领域都将带来重要的推动作用和影响。

  该研究工作在与心理所蒋毅研究员、北京同仁眼科医院刘丽娟医生、美国明尼苏达大学Stephen Engel教授的合作下完成,研究成果已在线发表于心理学领域的顶级实证性杂志Psychological Science。这是该团队继2014年在美国视觉科学协会(Vision Sciences Society)年会报告中首次宣布该方法的基本原理和预实验结果后,将此工作在国际刊物上正式发表;也是我国科学家在世界上首次把视觉可塑性的基础研究与AR技术的开发应用相结合的突破性成果。

  该研究受国家自然科学基金(31371030, 31571112, 和31525011)和中国科学院重点部署项目(特支项目,KSZD-EW-TZ-003和QYZDB-SSW-SMC030)的支持。

    

  论文信息:

  Bao M*, Dong B, Liu L, Engel SA, Jiang Y. The best of both worlds: Adaptation during natural tasks produces long-lasting plasticity in perceptual ocular dominance. Psychological Science, November, 21, 2017, DOI: 10.1177/0956797617728126.

 

  文章链接:

  https://www.researchgate.net/publication/321202400

  http://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0956797617728126

 

  Psychological Science12月5日官方新闻链接:

  https://www.psychologicalscience.org/news/releases/augmented-reality-technology-could-help-treat-lazy-eye.html

 

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