心理所研究發現短時程單眼剝奪效應適用于自然場景刺激

　　人類的大腦無時無刻不在接收周圍自然環境的刺激，經過漫長的物種進化和發展，人類的視覺系統發展出與自然環境相適宜的特性與功能。這一重要屬性可以在視覺適應中被觀察到。 

　　一種特殊的視覺適應-——短時程單眼剝奪，近期引起廣泛關注。在典型的短時程單眼剝奪研究中，在剝奪過程中，被試一只眼看到的是周圍環境或視頻畫面，另一只眼被遮蓋住或者看到的是經過某種處理后的畫面。 

　　已有研究對單眼剝奪效果的測量采用的都是實驗室的簡單合成刺激（如正弦光柵、白噪音等）。與合成刺激相比，自然場景刺激具有更加復雜的統計特征，與視覺系統的功能更相宜，能更有效地驅動視覺皮層神經元。因此，由合成刺激所測得的單眼剝奪效果不一定適用于自然場景刺激。 

　　中國科學院行為科學重點實驗室鮑敏研究組的科研人員，設計了一種基于自然場景刺激的穩態視覺誘發電位技術（圖1A），通過立體鏡給左右眼呈現不同頻率閃爍（對比度反轉）的自然融合刺激進行融合刺激測試（unfiltered test），直接檢測單眼剝奪在自然場景下的神經效應。同時，在剝奪過程中，通過進行四組中間測試（interim test），追蹤剝奪過程中神經反應的動態變化（圖1B）。本研究同時考察了兩種單眼剝奪類型：一種是模擬遮蓋剝奪（mean-luminance），剝奪過程中非剝奪眼看到的是正常視頻圖像，剝奪眼看到的是平均亮度畫面；另一種是相位規則剝奪（pink-noise），剝奪眼看到的是相位規則被打亂的圖像（圖1A）。

　　圖1 實驗流程與雙眼競爭任務結果

　　實驗一中的中間測試所用刺激與剝奪適應刺激保持一致，不同之處在于閃爍周期和前后融合刺激測試相同，即剝奪眼刺激閃爍周期為6Hz，非剝奪眼為7.5Hz。在125分鐘單眼剝奪前后用雙眼競爭任務測試知覺眼優勢變化（圖1A），結果發現單眼剝奪增強剝奪眼的主導性（圖1C），和前人研究結果相似。對于腦電測試，通過單樣本t檢驗選擇有足夠強烈視覺反應的電極納入分析。前后融合刺激測試結果顯示，單眼剝奪使得神經眼優勢偏向剝奪眼，表明剝奪眼神經增益增強。但令人困惑的是，四組中間測試的神經眼優勢沒有明顯變化，這似乎與前后融合刺激測試結果相矛盾。研究推測，可能是中間測試刺激中較強的眼間抑制掩蓋了神經眼優勢的變化。 

　　為了公平地與前后融合刺激測試比較，實驗二中的中間測試的閃爍階段刺激被替換為自然融合刺激，但是在測試過程中的間歇適應階段（top-up）依舊與剝奪適應刺激一致。和實驗一結果一致，剝奪后觀察到知覺眼優勢（圖1D）和神經眼優勢（圖2）都偏向剝奪眼。更重要的是，在模擬遮蓋剝奪條件下，在剝奪過程中，剝奪眼的神經增益隨著時間逐漸增強（圖2）。 

　　圖2 實驗二結果圖，剝奪眼相比非剝奪眼的振幅比值在后測顯著增大，在模擬遮蓋剝奪（mean-luminance）條件下振幅比值在剝奪過程中逐漸增大

　　總的來說，該研究揭示了短時程單眼剝奪效應可以在觀看自然場景刺激時表現出來，為單眼剝奪中的穩態補償機制理論拓展到一般性的自然場景刺激提供了證據。同時，科研人員首次用基于自然場景的穩態視覺誘發電位技術跟蹤剝奪過程中眼優勢逐漸變化的過程，這一方法有望在未來作為實時追蹤自然適應環境下神經反應的一種強有力手段。 

　　該研究的合作者包括腦與認知科學國家重點實驗室的何生教授、蔣毅教授以及美國明尼蘇達大學的Stephen A. Engel教授。 

　　該研究受國家自然科學基金(31571112, 31871104, 31525011和31830037) 和中國科學院重點部署項目（XDB02010003 和QYZDB-SSW-SMC030)資助。研究結果在線發表于Neuroscience. 

　　Lyu, L., He, S., Jiang, Y., Engel, S. A., & Bao, M*. (2020). Natural-scene-based Steady-state Visual Evoked Potentials Reveal Effects of Short-term Monocular Deprivation. Neuroscience. [Epub ahead of print] doi: 10.1016/j.neuroscience.2020.03.039.

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　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306452220301986?via%3Dihub