視覺假體中最小視覺信息需求及皮層加工機制研究

《視覺假體中最小視覺信息需求及皮層加工機制研究》是依託北京大學，由趙瑛擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：視覺假體中最小視覺信息需求及皮層加工機制研究
• 項目負責人：趙瑛
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

視覺是人類認識客觀世界的基礎，也是人們日常生活保持獨立活動，進行相互交流和適應周圍環境的必要條件。因而由於各種原因導致視覺喪失的盲人，在生活、學習和工作等各個方面都遭受著嚴重痛苦。視覺假體雖然還無法精確全面地復現正常視覺,但現實的目標是為視覺障礙者傳遞儘量豐富的信息。雖然國際上許多研究團隊在視覺假體的心理物理學研究方面取得了令人鼓舞的成果。但由於其採用簡化過的模型來模擬產生光幻點的效果，因此這些實驗的結果只能對今後的視覺恢復提供有限的參考。同時，對於視覺圖像信息冗餘及有用視覺信息的最小需求研究目前還存在許多問題亟待解決。人們還沒有從根本上認識到基於光幻點的視覺修復的認知過程和正常的認知過程中間的差異而將主要精力集中在了簡單和規則圖像文字等的處理和識別。因此，從大腦視覺處理水平上研究修復視覺識別的內在機制對於視覺假體的圖像處理策略和刺激方案乃至視覺恢復訓練都具有重要的指導意義。

結題摘要

作為一種新興的神經假體，視覺假體可以通過電刺激視網膜、視神經或者初級視皮層而誘發不同大小、亮度和形狀的光幻視，並依靠光幻視點的排布而構成豐富複雜模式的“假體視覺”來修復視覺感受，但對光幻視點組成的視覺信息的理解則依賴假體植入者的心理感受與認知。視覺假體技術的研究，其最終目標是通過植入視覺假體和針對個體設計的一系列術後的康復訓練，能夠完全恢復盲人患者的部分甚至全部的視覺功能。目前，人工視覺彌補技術還無法精確全面地復現正常視覺，現實的目標是為視覺障礙者傳遞儘量豐富的信息。本項目中運用仿真假體視覺的心理物理學實驗平台，開展了基於視神經假體的光幻視模型的構建，並運用此模型進行了文字和圖像識別研究，以及仿真假體視覺下的像素化漢字識別的長期訓練研究。具體內容如下：針對假體視覺中不同光幻視大小、位置和分布等特性，構建了兩種光幻視模型。光幻視模型I由不同形狀但排布規則的光幻視點構成，而光幻視模型II是由基於視神經假體臨床數據的具有64個不同形狀、大小和分布的光幻視點構成。在此基礎上，運用兩種模型對數字、字母和部分漢字進行了像素化處理，並初步開展了相關的基於心理物理學的識別實驗。初步的實驗結果表明，經光幻視模型I處理後的像素化數字、字母和部分漢字均有超過75%的較高的識別準確率，而經光幻視模型II處理後的像素化數字、字母和部分漢字，其識別準確率均低於50%，且字母和漢字的識別率更是低於20%。基於不規則光幻視陣列開展了漢字識別的長期訓練研究，其中的不規則陣列由扭曲、缺失、點大小、灰度以及他們的組合參數構成。兩名具有校正為正常視力、年齡在65歲左右的被試參加了正式的實驗。實驗結果表明，在扭曲、缺失和點大小變化的實驗中得到與之前研究一致的結果，即光幻視單個參數的不同水平的變化對像素化漢字的識別有顯著的影響。組合參數的影響較單一因素的影響顯著。而且，長期訓練可以有效提高識別的準確度並減少所需的識別時間。上述研究工作的開展，將為視覺假體中的信息處理與編碼奠定實驗理論基礎，並為術後康復訓練提供實驗理論依據。