章婷 杨宏方 张玉秋 刘婷婷 孙兴怀



·临床研究·

原发性开角型青光眼中同向易化视觉现象的行为特性改变△

章婷 杨宏方 张玉秋 刘婷婷 孙兴怀

目的 同向易化视觉现象被认为是发生在中央视野、以视觉皮质邻近神经元间相互作用为基础的一种视觉信息加工过程，表现为对目标物单独出现时的察觉能力低于其周边伴有同向干扰物时。基于原发性开角型青光眼(POAG)的发病机制，观察该现象在此人群中的行为特性改变。 方法 选取4组受试者，分别为视野损害青光眼组、视野损害前青光眼组和各自的正常对照组。4组分别在目标刺激(正弦光栅)单独出现时以及伴有不同间隔距离的干扰刺激(正弦光栅)时，进行对比度察觉任务并获得对比敏感度。结果 随着目标刺激与干扰刺激间隔距离的增大，所有受试者的对比敏感度受同向易化的影响减小；视野损害和损害前青光眼受试者的对比敏感度受同向易化影响的范围较正常组明显增大了2λ和4λ(λ为光栅波长)。 结论 POAG中同向易化视觉现象影响范围发生了增大的行为改变，且可发生在视野损害以前。(中国眼耳鼻喉科杂志，2017，17：176-179)

原发性开角型青光眼；同向易化视觉现象；视觉心理物理学

同向易化(collinear facilitation)是指当目标物伴有周边同向干扰物时，受试者对目标物的察觉比其单独出现时容易，即察觉阈值(detection threshold)降低。最经典的模式是对位于2个正弦光栅(干扰物，sinusoidal grating)中间的另一正弦光栅(目标物)的对比度察觉阈值低于其单独出现时。对这一行为特征的研究主要集中在20世纪90年代。有研究发现，对比度察觉阈值与光栅之间的间隔距离有关，距离增大(>2λ,λ为光栅波长)，阈值增大[1]；干扰物与目标物同向时，易化最强[2]，平行排列时，易化消失[3]。同向易化被认为是视觉信息中级水平加工的一种现象，超越了单个视神经元经典感受野内信息的处理水平，是不同视神经元整合其感受野及邻近视神经元感受野信息的结果，反映了视神经元间的相互作用特征[3]。另一些研究者认为，当目标物无明显朝向甚至平行排列时也存在易化，如点、圆、方块[4-5]，这是初级视皮质上单一超复杂神经元(hypercomplex cell)感受野内的信息处理结果[6]。尽管同向易化现象在不同的刺激模式中表现不同，其发生在中央视野及两者刺激同向排列的情况下已被公认[7]。

青光眼是一组由病理性眼压升高等因素引起视神经病变进而损害视觉认知功能的临床综合征或眼病，其发病机制是视网膜神经节细胞凋亡、视神经纤维萎缩和视网膜神经元密度下降。原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)是青光眼最常见的类型之一，至2010年全世界患病人数达到4 500万，我国的POAG患病率为0.7%，现已超过910万人[8]。POAG的不可逆致盲性使早期干预成为关键。结构损伤和功能缺失的一致性是临床诊断青光眼病变的必要条件[9]。而左右两侧的视网膜神经节细胞损伤超过63%和44%时，临床视野检查结果仍可能不会出现异常[10]。这是由于残余的初级视神经元感受野发生了代偿性的增大[11]，延迟了视野功能性缺损的发生，因此现有的标准视野计能检测到的视野缺损往往要迟于眼底视网膜神经纤维层(retinal nerve fiber layer, RNFL)变薄，导致多数视野损害前的POAG患者无法建立诊断，进而延误治疗造成损失。尽管以往研究发现除视野损害外还出现空间或时间敏感度[12-13]、辨色力(尤其是蓝黄色)[14-15]、对闪烁速率识别能力[16-17]下降等功能缺失，但结果只局限于实验室，临床诊断仍然以视野变化为主。

根据发病机制特点，POAG中依赖于邻近视神经元间相互作用的同向易化行为特征可因残余视神经元相互作用性质的改变而发生变化，而与神经元间相互作用的距离因素的关系将会发生怎样的改变？这种发生在POAG中、与距离因素相关的同向易化行为特征，是否会比视野损害更早地提示疾病的发生，为更早对疾病进行干预提供证据，具有积极的临床意义？本研究从以上观点出发，主要观察视野损害和视野损害前的POAG中，其中央视野与距离因素相关的同向易化行为特征变化。

1 资料与方法

1.1 资料 视野损害和视野损害前青光眼受试者均是在本院青光眼高级专家门诊中随机招募，经过眼压、眼底、角膜、眼轴、房角形态、视野和视网膜视神经相干光断层扫描(optical coherence tomography, OCT)等一系列眼科检查，并排除其他眼部疾病，确诊为POAG。

视野损害的条件：静态自动视野计(Octopus Perimeter 900，Haag-Streit公司，瑞士)检测结果满足中央30°视野范围内校正概率图中暗点>5个(P<0.5)或平均缺损(mean defect, MD)值>2 dB；傅里叶OCT(Fourier domain OCT,FD-OCT；RTVue Premier，Optovue公司，美国)检测结果满足RNFL或视网膜神经节细胞复合体(ganglion cell complex, GCC)厚度低于正常水平(P<0.05)。8例受试者中共有10只符合条件的试验眼(GG1组),其中男性6例、女性2例，平均年龄(37.3±2.3)岁，8眼为早期青光眼、2眼为中期青光眼。

视野损害前的条件：静态自动视野计检测结果满足中央30°视野范围内校正概率图中暗点≤3个(P<0.5)且MD值为-2～2 dB；FD-OCT检测结果必须满足RNFL或GCC厚度低于正常水平(P<0.05)。11例受试者中共有15只符合条件的试验眼(GG2组)，其中男性9例、女性2例，平均年龄(38.3±3.4)岁，均为早期青光眼。

同时在社会上招募年龄、性别与青光眼受试者匹配的正常人群作为对照组， 与GG1组对应的是7例受试者的10只对照眼(NG1组)，其中男性3例、女性4例，平均年龄(40.1±3.9)岁；与GG2组对应的是10例受试者,包括NG1组中的7例15只对照眼(NG2组)，其中男性5例、女性5例，平均年龄(38.3±3.4)岁。GG1组与NG1组间年龄差异没有统计学意义(独立样本t检验，t=-0.588，P>0.05),GG2组与NG2组间年龄差异也没有统计学意义(独立样本t检验，t=-0.006，P>0.05)。

所有受试者试验眼的矫正视力均在1.0及以上，事先均无参加视觉心理物理学试验的经验，试验前已明确试验过程并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 仪器和软件 视觉刺激呈现在实验室22英寸的CRT显示屏(Hewlett-Packard 1230, HP公司，美国)中央，显示屏分辨率为1 024×768，每一个像素大小为0.39 mm×0.39 mm，刷新率为85 Hz，平均亮度为36.4 cd/m2，显卡经过了gamma亮度矫正。视觉刺激由计算机和免费的Psychtoolbox工具包[18-19]生成。

受试者在光线较暗的实验室里进行单眼试验，另眼纱布遮盖，固定头部的支架距离显示屏1 m。

1.2.2 刺激和程序 试验采用经典的正弦光栅刺激(图1A)，光栅空间频率是2 c/d，标准偏差(σ)是0.5°，相位是90°。周边光栅与目标光栅间的间隔距离分别为4λ、6λ、8λ、10λ(图1B，波长λ=0.5)，周边光栅对比度恒定，为40%。

图1. A.正弦刺激光栅；B.不同间隔距离的刺激模式

所有受试者完成对目标光栅对比度察觉的2个任务。任务一是目标光栅单独出现；任务二是目标光栅上下伴随出现不同间隔距离的周边光栅，改变目标光栅对比度大小，获得受试者的对比度察觉阈值。试验过程中，前者是单独出现的目标光栅以及空白屏先后随机出现，任一出现时提示“嘟”音以示区分；后者是周边光栅、中间目标光栅以及周边光栅、中间空白先后随机出现，受试者根据目标光栅的出现顺序按“1”、“2”键做出判断，判断错误有反馈音。对比度阈值是通过心理物理学的阈值检测方法——阶梯法求得，采用“三下一上”的运算法可获得判断正确率为79.4%的阈值大小。一个阶梯完成4个初始转折和4个有效转折，4个有效转折点对应阈值的几何平均数即为该任务下的阈值。每个任务完成2次，取2次阈值的平均值作为最终阈值。

1.3 统计学处理 本研究使用统计软件包SPSS 16.0进行行为学数据的统计分析。与指定的检验值(1)之间的差异比较采用单样本t检验，组间比较采用独立样本t检验，以P<0.05作为差异具有统计学意义。

2 结果

与间隔距离因素相关的同向易化程度，可用任务一的对比度察觉阈值(T1)与任务二的对比度察觉阈值(T2)的比值R(R=T2/T1)来表示：R≥1，无易化；R<1且R与1的差异有统计学意义时，存在易化，且R值越小易化程度越大。

GG1组和NG1组的数据比较发现，2组同向易化程度与间隔距离呈负相关变化。其中NG1组的R在4λ和6λ距离上与1的差异有统计学意义，分别为R4λ=0.72±0.06(t=-4.358,P<0.01)和R6λ=0.82±0.05(t=3.319,P<0.01)；GG1组的R在所有距离上与1的差异都有统计学意义，分别为R4λ=0.73±0.05(t=-5.123,P<0.01)、R6λ=0.77±0.03(t=-7.350,P<0.001)、R8λ=0.80±0.05(t=-3.750,P<0.01)和R10λ=0.85±0.03(t=-4.321,P<0.01)(图2A)。

GG2组和NG2组同向易化程度与间隔距离呈负相关的趋势与GG1和NG1两组结果一致，即随间隔距离的增大，易化程度逐渐减小至消失。不同的是，GG2组的R在4λ、6λ、8λ距离时与1的差异有统计学意义，大小介于GG1组和NG1组之间，分别为R4λ=0.77±0.06(t=-3.635,P<0.01)、R6λ=0.82±0.05(t=-3.401,P<0.01)和R8λ=0.83±0.04(t=-3.487,P<0.01)；增加了被试数目的NG2组数据也显示，R仍然是在4 λ和6 λ距离时与1的差异有统计学意义，分别为R4λ=0.78±0.06(t=-3.429,P<0.01)和R6λ=0.81±0.04(t=-4.011,P<0.01)(图2B)。

图2. A.GG1组和NG1组同向易化程度；B.GG2组和NG2组同向易化程度(*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001)

3 讨论

本研究显示，POAG受试者的同向易化程度均随间隔距离的增大而减小，这与正常组及以往正常人研究结果一致；同向易化的范围随POAG受试者视野进展而不断增大，且与正常人表现出的差异早于视野损害的出现。我们推测，POAG受试者发生同向易化范围增大主要是由视网膜神经节细胞损伤和密度下降引起视神经细胞相互作用距离的代偿性增大所导致。

FD-OCT检查结果直接反映了RNFL和GCC的变化，我们发现GG1组RNFL和GCC厚度分别为(79.0±3.6) μm和(78.2±3.2) μm，GG2组RNFL和GCC厚度分别为(84.3±3.1) μm和(79.0±2.7) μm。2组受试者的RNFL(t=-1.108,P>0.05)和GCC(t=-0.215,P>0.05)厚度差异虽然没有统计学意义，但是GG1组RNFL和GCC厚度均显示略有降低，提示同向易化范围变化的程度与两者厚度的相关性仍不明确，可能需要更多的受试者数量或更稳定的OCT参考指标(如视神经节细胞-内丛状层)为依据。

以往研究[20]发现，POAG患者中央视力正常时，已存在对比敏感度的明显降低。我们的数据也发现，尽管中央视锐度正常(≥1.0)，GG1组和GG2组在目标光栅单独出现时的平均对比度察觉阈值均高于相应的正常对照组，分别为(1.76±0.19)%和(1.50±0.25)%(GG1组和NG1组比较,t=0.737,P>0.05)、(1.75±0.15)%和(1.47±0.18)%(GG2组和NG2组比较,t=-1.140,P<0.05)。尽管GG1组的降低不存在统计学意义，原因可能是参与的受试者数量不足以及试验中使用的光栅频率不是POAG敏感的低频段最佳范围[21]，但数据已显示了降的趋势。

临床上，POAG患者的视野损害往往在病情较严重时才被检测到，为疾病早期诊断增加了难度。这是由于POAG部分视神经细胞死亡，残存的视神经元感受野区域出现代偿性增大，使得需单个视神经元完成的信息处理过程无明显改变，然而由视神经元细胞间相互作用完成的信息处理过程可能会更早出现异常。我们的数据也显示，POAG在视野损害前同向易化范围比正常眼更大，尽管参与的受试者数量有限，也可为其在临床上作为视神经功能辅助检查提供一定程度的参考依据；随着视野进展出现损害后，同向易化的范围进一步增大，这可为其作为视神经功能损伤的程度评估提供一定程度的参考依据。试验数据还显示，出现同向易化时至少有73.3%及以上的青光眼受试者在相应间隔距离的R值低于1，说明组之间的差异是由绝大多数的个体贡献的，具有一定程度的普遍性。

由于同向易化范围增大与RNFL和GCC厚度降低的关系不明确，提示该现象影响范围变化可能并非特异于POAG的视神经性病变，在其他视神经病变如视神经炎、视网膜色素变性等疾病中是否会有改变？POAG的同向易化与其他因素如朝向、对比度相关的特征是否也表现出与正常眼的不同？这些问题都值得进一步探讨和研究。

[ 1 ] Polat U, Sagi D. Lateral interactions between spatial channels-suppression and facilitation revealed by lateral masking experiments[J]. Vision Res, 1993, 33(7):993-999.

[ 2 ] Polat U, Sagi D. The architecture of perceptual spatial interactions[J]. Vision Res, 1994, 34(1):73-78.

[ 3 ] Polat U. Functional architecture of long-range perceptual interactions[J]. Spat Vis, 1999, 12(2):143-162.

[ 4 ] Dresp B. Dynamic characteristic of spatial mechanism coding contour structures[J]. Spat Vis, 1999, 12(2):129-142.

[ 5 ] Yu C, Levi DM. Spatial facilitation predicted with end-stopped spatial filters[J]. Vision Res, 1997, 37(22):3117-3127.

[ 6 ] Yu C, Levi DM. End stopping and length tuning in psychophysical spatial filters[J]. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis, 1997, 14(9):2346-2354.

[ 7 ] Loffler G. Perception of contours and shapes: low and intermediate stage mechanisms[J]. Vision Res, 2008, 48(20):2106-2127.

[ 8 ] Cheng JW, Cheng SW, Ma XY, et al. The prevalence of primary glaucoma in mainland China: a systematic review and meta-analysis[J]. J Glaucoma, 2013, 22(4):301-306.

[ 9 ] Malik R, Swanson WH, Garway-Heath DF. ‘Structure-function relationship’ in glaucoma: past thinking and current concepts[J]. Cli Exp Ophthalmol,2012, 40(4):369-380.

[10] Quigley HA, Dunkelberger GR, Green WR. Chronic human glaucoma causing selectively greater loss of large optic nerve fibres[J]. Ophthalmology, 1988, 95(3):357-363.

[11] King WM, Sarup V, Sauvé Y, et al. Expansion of visual receptive fields in experimental glaucoma[J]. Vis Neurosci, 2006, 23(1):137-142.

[12] Cello KE, Nelson-Quigg JM, Johnson CA. Frequency doubling technology perimetry for detection of glaucomatous visual field loss[J]. Am J Ophthalmol, 2000, 129(3):314-322.

[13] Lachenmayr BJ, Gleissner M. Flicker perimetry resists retinal image degradation[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1992, 33(13): 3539- 3542.

[14] Casson EJ, Johnson CA, Nelson-Quigg JM. Temporal modulation perimetry: the effects of aging and eccentricity on sensitivity in normals[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1993, 34(11):3096-3102.

[15] Lakowski R, Drance SM. Acquired dyschromatopsias: The earliest functional losses in glaucoma[J]. Documenta Ophthalmologica, 1979, 19:159-165.

[16] Mckndrick AM, Vingrys AJ, Badcock DR, et al. Visual field losses in subjects with migraine headaches[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2000, 41(5):1239-1247.

[17] Tyler CW. Specific deficits of flicker sensitivity in glaucoma and ocular hypertension[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1981, 20(2): 204-212.

[18] Pelli DG. The Video Toolbox software for visual psychophysics: Transforming numbers into movies[J]. Spat Vis, 1997, 10(4):437-442.

[19] Brainard DH. The Psychophysics Toolbox[J]. Spat Vis, 1997, 10(4):443-446.

[20] Stamper RL, Hsu-Winges C, Sopher M. Arden contrast sensitivity testing in glaucoma[J]. Arch Ophthamol, 1982, 100(6):947-950.

[21] McKendrick AM, Sampson GP, Walland MJ, et al. Contrast sensitivity changes due to glaucoma and normal aging: Low-spatial-frequency losses in both magnocellular and parvocellular pathways[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2007, 48(5):2115-2122.

(本文编辑 诸静英)

Behavioral characteristics of visual collinear facilitation in primary open-angle glaucoma

ZHANGTing,YANGHong-fang,ZHANGYu-qiu,LIUTing-ting,SUNXing-huai.
DepartmentofOphthalmology,EyeEarNoseandThroatHospitalofFudanUniversity,Shanghai200031,China

SUN Xing-huai, Email: xhsun@shmu.edu.cn

Objective Collinear facilitation is considered as a phenomenon in the fovea characterized by the interaction of visual cortical neurons. Such facilitation is found when the target is presented simultaneously with collinear similar flankers rather than it is solely presented. Behavioral characteristics of collinear facilitation were investigated in primary open-angle glaucoma (POAG) on the basis of its pathogenesis. Methods Contrast sensitivities (the reciprocal of contrast threshold) of POAG with little or much visual field loss and normal controls were acquired in the contrast detection tasks, which involved single sinusoidal grating and sinusoidal grating with collinear flankers. Results Collinear facilitation became weaker along with larger distance between target and flankers through all groups. Moreover, the range had statistically expanded 2λ and 4λ, respectively in POAG either with little or much visual field loss than controls. Conclusions The range of collinear facilitation was found to be enlarged in POAG, even before visual field had emerged damage. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:176-179)

Primary open-angle glaucoma; Collinear facilitation; Visual psychophysics

国家自然科学基金[国际(地区)合作研究项目(非组织间协议项目)](81020108017)

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 卫生部近视眼重点实验室(复旦大学) 上海市视觉损害与重建重点实验室(复旦大学) 上海 200031

孙兴怀(Email: xhsun@shmu.edu.cn)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.03.007

2016-06-08)