第三节　视野检查的心理物理学基础

一、感受野的概念

人类视网膜大约有1.32亿个感光细胞，视网膜神经节细胞仅约100万个，感光细胞受到刺激兴奋时将神经冲动传到神经节细胞，一个神经节细胞要综合多个感光细胞传来的信息。在视觉系统中，一个神经节细胞可接受视网膜一定区域的刺激，在该区域上的光学刺激能影响该神经节细胞的活动，这个区域称为该神经节细胞的感受野（receptive field）。

经典感受野理论认为人视网膜神经节细胞的感受野结构是同心圆的、中心和周边拮抗式的，即感受野是由中心高敏感性的兴奋区和周边的低敏感性抑制区所组成的同心圆结构，二者在功能上是相互拮抗的。其形成的过程如图所示。神经节细胞的感受野传输到外侧膝状体上一个细胞的感受野，从视网膜上感受野到外侧膝状体上感受野基本是一对一，外侧膝状体神经元的感受野与神经节细胞基本相似，形成中心区和周边区相互拮抗的同心圆式的感受野。由若干个外侧膝状体细胞的感受野共同会聚到一个视皮层细胞的感受野上。因而，视皮层细胞的感受野是视网膜上的一个更大的区域。视皮层神经元的感受野分三种类型：简单型、复杂型、超复杂型。简单型的细胞感受野是直线形，与图形边界线的觉察有关；复杂型和超复杂型细胞为长方形感受野，与对图形的边角或运动感知觉有关。视觉信息的处理机制是由视网膜感受野、外侧膝状体感受野和视皮层感受野构成，按一定规律和机制逐级完成的。

视网膜黄斑中央凹处只有视锥细胞，视锥细胞、双极细胞与神经节细胞比例为1∶1∶1，每个视锥细胞只与一个双极细胞相联系，而这个双极细胞又只与一个神经节细胞相联系，感受野较小，因此其分辨力较高；而视网膜周边部多个（10～54个）视杆细胞对应一个双极细胞，多个双极细胞又再联系一个神经节细胞，其感受野较大，光敏感性较高，但分辨力较差。相邻的感受野之间有一定重叠，全部感受野的总和构成眼的视野。视野测定的是明视环境中视网膜光敏感度，即在一定亮度的背景光下，视网膜能够察觉刺激光亮度微小变化的敏锐性。

二、心理物理学和心理物理法

物理刺激是容易测量的，但它引起的感觉是难以测量的。德国物理学家费希纳（Gustav Theodor Fechner）发现可以用测量刺激量的变化来确定感觉量的大小，心理物理学（psychophysics）就是对物理刺激和它引起的感觉进行数量化研究的心理学领域。1860年费希纳出版《心理物理学纲要》，开创了心理物理学的研究。他发现了刺激强度与感觉强度并不是成比例线性增加的，而是刺激量按几何级数增加而感觉量则按算术级数增加。经过多年的研究和推导，他把感觉强度与刺激强度之间的关系总结形成公式：S=KlgR，其中S是感觉强度，R是刺激强度，K是常数，后来称为费希纳定律。这个定律说明了人的一切感觉，包括视觉、听觉、肤觉、味觉、嗅觉等，都遵从感觉不是与对应物理量的强度成正比，而是与对应物理量的强度的常用对数成正比的。

心理物理学中感觉的测量方法有多种，称为心理物理法（psychophysical Methods），指的是对刺激（物理量）和感觉（生理量）之间关系的数量化研究。它涉及四个方面的问题：①刺激量的值在达到多大才能引起感觉或感觉反应；②一个阈上刺激呈现以后，它的强度要改变多少才能被人觉察到；③如何才能使一个刺激产生的感觉和另一个刺激相等；④随着刺激大小的改变，感觉或感觉反应会有什么变化。

感觉的产生需要有适当的刺激，刺激强度太大或太小都产生不了感觉。感觉阈值（sensory threshold）是用于测量感觉系统感受性大小的指标，用刚能引起感觉的刺激量来表示。阈值就是临界值的意思，刺激超过这个临界值时就会产生感觉反应。感觉阈值可分为绝对感觉阈值（absolute sensory threshold）和差别感觉阈值（differential sensory threshold）两类。刚刚能引起感觉的最小刺激量，叫绝对感觉阈值，这个刚能引起感觉的最小刺激量也称为感觉阈下限；能产生正常感觉的最大刺激量，称为感觉阈上限。刺激强度不允许超过上限，否则，不但无效而且还会引起相应感觉器官的损伤。在已有感觉的基础上，为引起一个差别感觉，刺激必须增加或减少到一定的数量。不同感觉通道或不同人之间，对差别的感觉能力是不同的。刚能引起差别感觉的刺激的最小变化量称为差别感觉阈值。

视野检查中也是通过阈值的检测来判断视网膜的光感受性。绝对阈值是无背景照明时受检眼视网膜能够刚刚感觉到的视标亮度（最小刺激量）；而差别阈值则是在有背景光照明时，对于叠加在其上的视标亮度刚刚产生感觉的最小刺激量。

测量感觉阈值的基本方法主要有极限法、调整法和恒定法等，视野检查的设计原理和方法与其密切相关。绝对阈值是指有50%的次数能引起感觉，50%的次数不能引起感觉的刺激的强度；差别阈值是指有50%的次数能觉察出差别，50%的次数不能觉察出差别的刺激强度的差异。绝对阈值标定了绝对感受性。绝对阈值越低，即能引起感觉多需的刺激量越小，绝对感受性就越高，即对刺激敏感度越高。也就是说，绝对阈值和绝对感受性成反比。

三、差别光阈值

1.定义

视网膜光敏感度可通过差别光阈值（differential light threshold）来测量。心理物理学上差别光阈值定义为在恒定背景照明下，刺激光点（或光斑）的可见性为50%，该刺激点的强度即为差别光阈值。在视野检查中光标的可见性取决于其亮度、面积、颜色、呈现时间、呈现方式（动态、静态）以及背景照度。

2.光标亮度和光标面积

光标亮度与刺激强度成正比，光标越亮刺激强度越大。在光标亮度不变的情况下，由于空间积累（spatial summation）效应光标面积越大，受到刺激的感光细胞越多，合并后的光信息越多刺激强度也越大。因此空间积累效应意指来源于多个相邻感光细胞的光信息综合到单个或数个神经节细胞。光标面积与刺激强度有一定比例关系，因此光标的面积和亮度可粗略进行换算，如在Goldmann视野计上，Ⅰ4e（0.25mm，1000asb）、Ⅱ3e（1mm，315asb）和Ⅲ2e（4mm，100asb）三种光标刺激强度大致相当。

3.光标呈现时间

光标呈现时间长短也影响其可见性，光标呈现时间过短，可因刺激量积累不饱和而降低光标的可见性。因光标呈现时间增加其可见性增加为时间积累或综合（temporalsummation or integration）效应。时间积累效应提示光信息在视路传递过程中有一个延迟，在先到达某感光细胞的光子效应尚未完全消失之前，随后到达的光子可附加其上产生一个刺激量较大的综合刺激。一般这种时间积累效应在0.1秒钟内即可基本完成。因此多数自动视野计所设计的光标呈现时间为0.1～0.2秒。常规手动视野计光标静态呈现时间为0.5～1.0秒，增加光标呈现时间并不能产生更强的积累效应，而且由于局部适应效应（Troxler效应），光标持续数秒钟后可能“消失”。这种光标“消失”时间随视野偏心度增加而缩短，即越靠周边视野局部适应效应发生越快。

4.光标呈现方式

一般动态光标较静态光标更容易被看见，其主要原因是动态光标在移动过程中可产生一定空间和时间积累作用，此外人视觉系统对动态物体的反应也更敏感。不过，黄斑部视网膜对动态光标和静态光标的感知性差别不大，中心凹甚至对静态光标更敏感，这是因为中心凹感受野较小横向联系不多的缘故。虽然人眼对动态光标和静态光标的感知性有一定差别，但正常情况下两者差别不是太大。在临床视野检查中，一般不考虑这种差异。不过因为移动本身即是一种刺激，在做动态视野检查时应仔细控制和标准化光标移动速度。当动态光标和静态光标的感知性差异过大，如在某视野区域静态光标完全看不见，而动态光标又很容易看见时称为动静分离现象或Riddoch现象，提示枕叶或视路损害。

5.背景与光标的对比度

差别光阈值的测定要求受检者识别出背景刺激和光标刺激两者之间的最小差异。因此视野计背景照明与光标亮度之间的对比度越大，光标越容易被看见。反之两者对比度越小，光标越不容易被发现。

四、光阈值的波动性

不同时间检查视野结果并不完全一致，无论等视线位置或光阈值高低均有一定波动，根据产生波动的间隔时间不同，光阈值的波动又可分为短期波动和长期波动。

1.短期波动（short-term fluctuation，SF）

视野检查属心理物理测验，要求受检者对光刺激反应“看见”或“看不见”。若光标与背景照明的亮度差异很小，受检者多不能看见光标，而二者差异足够大时，受检者则总能发现光标。在视野检查过程中光标从阈下刺激逐渐递增到阈上刺激时，光标的可见率为0～100%，即从全无到全有两个极端之间有一个中间过渡区，过渡区的中点可见率为50%，即真实阈值。

测量差别光阈值较精确的方法是在恒定背景照明下，用不同刺激强度的光标在某检查点反复多次呈现，弱刺激光标总是不可见（可见率为0），而强刺激光标总是可见（可见率100%），如某一光标被察觉的机会为50%，该光标的刺激强度即为该检查点的阈值。然而这种耗时的光阈值测定方法在临床上并不实际，自动视野计采用比较粗略的递增法或阶梯法来测定光阈值，即光标在检查点上以2～4dB步长递增，视野结果则以受检眼从看不见到刚可看见的光标刺激强度作为估计阈值，该估计值实际上为在0～100%的可见率区间某点上受检眼“碰巧”看见的光标刺激值。立即在同一检查点再测试该光标不一定能再被看见。复测结果受检者可能“看见”的是刺激强度更弱或更强的光标。因此在同一个点上多次复测，可出现在一定范围内围绕真实阈值的S形曲线分布即可见频率曲线（图2-3-1）。在视野学上一次性视野检查中（一般在20分钟内），对相同点做多次光阈值测定出现的离散称为短期波动。SF是评价和定义局部视野缺损的基础，即任何局部光敏感度下降值需大于SF才有意义。一般正常人SF为 1～2dB。另一方面某些疾病如早期青光眼，也可表现为SF的增加。据Drance的研究结果，在确切暗点出现前即将出现暗点的视野部位可首先表现为光阈值离散。

影响SF的主要因素有：①测定光阈值的方法；②视网膜光敏感性，SF与视网膜光敏感度成反比关系；③受检者的合作情况；④假阳性和假阴性反应率。动态视野反复多次用同一光标在同一部位检查，所测出的等视线位置也有一定离散。其原因与静态光阈值短期波动相同，即一光标从不可见区逐渐移向可见区的过程中，也要经历一个从可见率为0的视野部位到可见率为100%的部位，在这两个部位之间有一个可见率逐渐增加的过渡区。因此多次检查所测出的等视线位置有一定波动。动态等视线位置波动的大小与视岛的坡度、光标移动路线与等视线的角度有关（图2-3-2）。

2.长期波动（long-term fluctuation，LF）

由于不同时间视觉系统的生理反应状态有一定差异，不同时间所测得的光阈值也有差异。间隔数小时或数日两次检查结果的不一致称为长期波动。LF又可分为齐性和非齐性波动的两种成分，前者在波动方向和程度上等量影响整个视野为LF的主要成分，后者则对不同视野区产生不同方向和不等量的影响。LF在一定程度上影响视野检查的可重复性，因此 LF的知识是定量视野复查和比较的前提。除不同时间视觉系统的生理反应存在差异这一主要因素外，学习效应，受检者的精神状态，眼压波动等因素也影响 LF值。一般正常人齐性 LF为1～1.2dB，非齐性LF为0.8～1.3dB。

（钟华　袁援生）

参考文献

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