一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬視覺(jué)認(rèn)知及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法及其裝置，尤其涉及一種基于活體大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的視覺(jué)心理物理學(xué)檢測(cè)方法。該方法可以利用視覺(jué)心理物理學(xué)技術(shù)選擇性提取并量化所述大細(xì)胞視覺(jué)通路功能，進(jìn)一步用于制備與大細(xì)胞通路相關(guān)的視覺(jué)功能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了有關(guān)平行信號(hào)傳導(dǎo)通路是哺乳動(dòng)物感覺(jué)系統(tǒng)的重要特征之一，作為感覺(jué)系統(tǒng)中最為重要的視覺(jué)感知系統(tǒng)中同樣存在著相對(duì)平行的大、小細(xì)胞通路。研究顯示，大、小細(xì)胞通路在結(jié)構(gòu)上保持相對(duì)分離:即小細(xì)胞通路主要建立在視網(wǎng)膜侏儒型神經(jīng)節(jié)細(xì)胞基礎(chǔ)上，投射至外側(cè)膝狀體背側(cè)小細(xì)胞層；大細(xì)胞通路主要建立為由視網(wǎng)膜陽(yáng)傘型神經(jīng)節(jié)細(xì)胞投射至外側(cè)膝狀體腹側(cè)大細(xì)胞層；兩類(lèi)通路除解剖上相對(duì)分離外，其生理學(xué)特性也存在差異:大細(xì)胞通路對(duì)低空間頻率信息敏感而小細(xì)胞通路側(cè)重傳導(dǎo)高空間頻率信息；在時(shí)間頻率上，大細(xì)胞通路處理高時(shí)間頻率信息而小細(xì)胞通路對(duì)低時(shí)間頻率敏感；兩者最明顯的差異是小細(xì)胞通路可介導(dǎo)顏色信息而大細(xì)胞僅能處理亮度信息。
[0003]目前，研究實(shí)踐中尚無(wú)直接手段對(duì)大細(xì)胞視覺(jué)通路功能進(jìn)行檢測(cè)，多采用視覺(jué)心理物理學(xué)方法。已報(bào)道的可能方法有倍頻視野與運(yùn)動(dòng)視野，但是業(yè)界對(duì)兩類(lèi)方法的大細(xì)胞通路選擇性均存有爭(zhēng)議。Kelly等首次報(bào)道倍頻現(xiàn)象:當(dāng)?shù)涂臻g頻率黑白豎條柵呈高時(shí)間頻率交替閃爍時(shí)，被試可以觀察到條柵空間頻率加倍。研究者認(rèn)為此種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于激活細(xì)胞對(duì)空間信息呈非線性反應(yīng)，而貓類(lèi)視網(wǎng)膜中大細(xì)胞視覺(jué)通路中的一小部分(My細(xì)胞)被證實(shí)有此種特性，故學(xué)者推斷倍頻現(xiàn)象由大細(xì)胞視覺(jué)通路介導(dǎo)。但是近期有研究對(duì)倍頻現(xiàn)象提出諸多質(zhì)疑:一方面是關(guān)于倍頻現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)制，如White等收集靈長(zhǎng)類(lèi)視網(wǎng)膜大神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)倍頻刺激反應(yīng)的電信號(hào)，結(jié)果顯示靈長(zhǎng)類(lèi)并不存在特異性的My細(xì)胞，單一神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的非線性信號(hào)中亦無(wú)空間調(diào)制信號(hào)，因此推斷倍頻現(xiàn)象的產(chǎn)生極致并不是由大細(xì)胞通路神經(jīng)元的非線性反應(yīng)所引起。Zeppieri等使用不同空間、時(shí)間頻率的組合檢測(cè)倍頻現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不同被試間存在較大的個(gè)體差異性，部分被試始終觀察不到倍頻現(xiàn)象而部分被試在所有空間、時(shí)間頻率條件下均可以觀察到倍頻現(xiàn)象，說(shuō)明倍頻反應(yīng)并不是某一類(lèi)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞特有的。另外倍頻視野在操作時(shí)被試多被告知對(duì)是否看到條柵作出反應(yīng)，而不是對(duì)是否看到倍頻現(xiàn)象作出判斷，較多被試反映在臨近閾值時(shí)僅觀察到閃爍而無(wú)空間信息，學(xué)者推測(cè)此操作時(shí)被試所做出的反映未必是針對(duì)倍頻線性而是針對(duì)刺激的對(duì)比度信息或閃爍信息。上述結(jié)果中除產(chǎn)生機(jī)制不明外，倍頻刺激對(duì)大細(xì)胞視覺(jué)通路的選擇性也遭到質(zhì)疑，如Swanson等分別紀(jì)錄靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物視網(wǎng)膜尚大、小神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)標(biāo)準(zhǔn)視野計(jì)短暫呈現(xiàn)(200ms)的Goldmann III純光點(diǎn)刺激和倍頻刺激的電反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)大神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)兩類(lèi)刺激的反應(yīng)均強(qiáng)于小神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，但大、小神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)短暫呈現(xiàn)的純光亮度點(diǎn)刺激反應(yīng)間的差異較倍頻刺激引起的差異更大，與原先認(rèn)為的倍頻刺激優(yōu)于純亮度刺激選擇激活大細(xì)胞視覺(jué)通路的理論相悖，提示高時(shí)間頻率刺激較倍頻刺激對(duì)大細(xì)胞通路的特異性更強(qiáng)。除倍頻視野外，運(yùn)動(dòng)視野是另外一種被認(rèn)為是檢測(cè)大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法，最常采用的為隨意點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圖測(cè)試，但是學(xué)者指出該種對(duì)隨意點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一致性方向的判斷依賴對(duì)視野中較大區(qū)域內(nèi)的空間整合，這一整合區(qū)域范圍明顯大于大神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的感受野，更接近高級(jí)視皮層神經(jīng)元的感受野(如MT/V5區(qū))，說(shuō)明此功能檢測(cè)較高級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層功能，而此區(qū)域并無(wú)大、小細(xì)胞特異性。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的針對(duì)大細(xì)胞視覺(jué)通路行為學(xué)測(cè)試方法的選擇性機(jī)制仍存在諸多質(zhì)疑，鑒于現(xiàn)狀，本申請(qǐng)的發(fā)明人擬提供一種選擇性機(jī)制明確、敏感性高的基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法及其裝置。尤其涉及一種針對(duì)活體大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的視覺(jué)心理物理學(xué)檢測(cè)方法。該方法可以利用視覺(jué)心理物理學(xué)技術(shù)選擇性提取并量化所述大細(xì)胞視覺(jué)通路功能，進(jìn)一步用于制備與大細(xì)胞通路相關(guān)的視覺(jué)功能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]該方法的提出是基于拮抗色學(xué)說(shuō)和韋伯定律。拮抗色學(xué)說(shuō)是指色覺(jué)(拮抗通道)主要是由小細(xì)胞視覺(jué)通路介導(dǎo)，而亮度(非拮抗通道)通路是由大細(xì)胞視覺(jué)通路和小細(xì)胞通路共同介導(dǎo)。韋伯學(xué)說(shuō)是指心理量和物理量之間呈現(xiàn)一定規(guī)律，即感覺(jué)的差別域跟原來(lái)的刺激量的變化而變化，即當(dāng)某群神經(jīng)元被強(qiáng)刺激持續(xù)性激活時(shí)再給予較弱的刺激后，該群神經(jīng)元對(duì)附加刺激無(wú)明顯反應(yīng)。
[0007]具體而言，本發(fā)明提出了一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法，其包括:使用拮抗顏色持續(xù)激活小細(xì)胞視覺(jué)通路的同時(shí)，給予較弱的亮度信息，由于小細(xì)胞通路主要被顏色信息激活，其對(duì)較弱的附加亮度信息改變的分辨力較小，此時(shí)亮度信息主要依賴大細(xì)胞視覺(jué)通路介導(dǎo)，由此選擇性的測(cè)定大細(xì)胞視覺(jué)通路功能。
[0008]更具體的，本發(fā)明的一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)方法，其特征在于，其包括，通過(guò)視覺(jué)呈現(xiàn)系統(tǒng)給予被試視覺(jué)刺激，獲得被試反饋的相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)；并分析獲得本方法及裝置對(duì)測(cè)定大細(xì)胞視覺(jué)通路功能具有選擇性，且敏感性效能高。
[0009]其中，所述的視覺(jué)刺激采用紅-綠心理亮度方波條柵(如圖1所示)；
[0010]所述的紅-綠條柵空間頻率為2.5周期/度，紅綠條柵的相位在每500ms發(fā)生交替以防止發(fā)生適應(yīng)現(xiàn)象；
[0011]所述的紅綠條柵同一位置的光亮度呈空間頻率為0.5周期/度正弦波豎條柵以15赫茲或25赫茲頻率水平向左或向右運(yùn)動(dòng)(如[公式一]所示)，刺激每呈現(xiàn)100ms后消失，獲得被試判斷的光亮度正弦波運(yùn)動(dòng)方向；
[0012][公式一]:
[0013]L(x, t) = Lm+Asin [2 n (fsx+frt) ] g (t)
[0014]g (t) = 1+cos(2jt/T)
[0015]其中:L(x，t)為光亮度值，Lm為平均亮度值，A為光亮度條柵的亮度振幅，fs為空間頻率(0.5周期/度)，fr為亮度改變的時(shí)間頻率(15赫茲或25赫茲)，T為刺激呈現(xiàn)時(shí)間(100ms) ο
[0016]獲得的相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)包括:
[0017](I)最小閃爍法確定紅色、綠色的心理等亮度值；
[0018](2)對(duì)比度閾值，
[0019](3)獲得最終結(jié)果為:對(duì)比敏感度為對(duì)比度閾值的倒數(shù)。
[0020]本發(fā)明中，每次測(cè)試取最后六個(gè)對(duì)比度平均值作為該次測(cè)試的對(duì)比度閾值，其采用Michelson Contrasts [(最大亮度_最小亮度)/ (最大亮度+最小亮度)]計(jì)算獲得。
[0021]本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)30名標(biāo)準(zhǔn)視野損害前原發(fā)性開(kāi)角型青光眼患者及30正常對(duì)照的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，本發(fā)明中小細(xì)胞視覺(jué)通路發(fā)生了飽和，提取的對(duì)比敏感度結(jié)果主要為大細(xì)胞視覺(jué)通路所介導(dǎo)的反應(yīng)；用倍頻刺激驗(yàn)證本發(fā)明的敏感性，顯示在時(shí)間頻率為15赫茲或25赫茲條件下，本方法對(duì)大細(xì)胞視覺(jué)通路損害性疾病測(cè)定的敏感性效能高于倍頻刺激法；證實(shí)本發(fā)明對(duì)測(cè)定大細(xì)胞視覺(jué)通路功能具有選擇性。
[0022]本發(fā)明提供了一種基于大細(xì)胞視覺(jué)通路功能的檢測(cè)裝置包括視覺(jué)呈現(xiàn)系統(tǒng)和被試反饋獲得相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備；
[0023]所述的測(cè)試硬件系統(tǒng)由Macbook Pro連接高精度顯示屏(CRT)和外置鍵盤(pán)構(gòu)成；計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中加載計(jì)算機(jī)語(yǔ)言Matlab和psychotoolbox工具包；顯示屏分辨率不低于1024X768，刷新率為60 ;試驗(yàn)前顯示屏需使用光亮度儀進(jìn)行g(shù)amma矯正。
[0024]本發(fā)明的檢測(cè)裝置的測(cè)試過(guò)程主要通過(guò)視覺(jué)呈現(xiàn)系統(tǒng)給予被試視覺(jué)刺激，觀察被試反饋獲得相應(yīng)結(jié)果；
[0025]其中的視覺(jué)刺激主要為紅-綠心理等亮度方波條柵；
[0026]紅-綠條柵空間頻率為2.5周期/度，紅綠條柵的相位在每500ms發(fā)生交替已防止發(fā)生適應(yīng)現(xiàn)象；
[0027]紅綠條柵同一位置的光亮度呈空間頻率為0.5周期/度，正弦波豎條柵以15赫茲或25赫茲頻率水平向左或向右運(yùn)動(dòng)[如公式一所TK ]，刺激每呈現(xiàn)100ms后消失，獲得被試判斷光亮度正弦波的運(yùn)動(dòng)方向；
[0028][公式一]:
[0029]L(x, t) = Lm+Asin [2 n (fsx+frt) ] g (t)
[0030]g (t) = 1+cos(2jt/T)
[0031]其中:L(x，t)為光亮度值，Lm為平均亮度值，A為光亮度條柵的亮度振幅，fs為空間頻率(0.5周期/度)，fr為亮度改變的時(shí)間頻率(15赫茲或25赫茲)，T為刺激呈現(xiàn)時(shí)間(100ms) ο
[0032]檢測(cè)步驟:
[0033]1.選定被試，常規(guī)測(cè)前準(zhǔn)備；
[0034]2.獲得最小閃爍法確定紅色、綠色的心理等亮度值:用于后續(xù)測(cè)試；
[0035]3.采用“三上一下”階梯法，取最后六個(gè)對(duì)比度平均值作為該次測(cè)試的對(duì)比度閾值；
[0036]所述對(duì)比度閾值采用Michelson Contrasts [(最大亮度-最小亮度)/(最大亮度+最小亮度)]計(jì)算，最終結(jié)果為:對(duì)比敏感度為對(duì)比度閾值的倒數(shù)。
[0037]通過(guò)青光眼患者及對(duì)照的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，本發(fā)明中小細(xì)胞視覺(jué)通路發(fā)生了飽和，提取的對(duì)比敏感度結(jié)果主要為大細(xì)胞視覺(jué)通路所介導(dǎo)的反應(yīng)；基于本發(fā)明方法的裝置對(duì)測(cè)定大細(xì)胞視覺(jué)通路功能具有選擇性，且敏感性效能高。
[0038]本發(fā)明操作簡(jiǎn)單易行，結(jié)果清晰明確，使用者接受性強(qiáng)，可進(jìn)一步用于制備與大細(xì)胞