前言 立体视觉或称深度感觉。当人的双眼同时注视一个立体物体时，物像分别落在两眼视网膜对应部位(主要在黄斑部)，由于两眼之间相距大约65mm，所以两眼是从不同的角度看这个物体的，左眼看到物体左边多些，右眼看到物体右边多些，这样左眼和右眼视网膜上分别感受到不完全相同的刺激，形成神经冲动，沿着视觉传入经路到达大脑中枢，大脑皮质的视觉中枢把来自两眼的这些视觉信号分析整理，综合成为一个完整的、具有立体知觉印象的过程。这样，人类不仅能够获得物体的形状、大小和颜色的概念，还能获得物体的空间方向的概念，能够正确地判断自身与客观环境之间的相对位置关系。这是人在自然界生存的一个很重要的条件。 随着科学技术的高度发展，人类对立体视觉的要求更加重视，要求具有敏锐的立体视功能的职业越来越多，如特殊兵种、各种司机、运动员以及现代化机械操作、精密仪表制造、显微外科手术等人员。 在认知科学体系中，立体视觉处于非常重要的位置，对它的传统的研究方法主要有以下几类： 1、视光学方法： 包括颜-郑二氏立体视觉检查图与全息立体视检查仪(随机点图)，只能针对光学通路的检查，不能观察到大脑皮层的活动。 2、认知神经科学： 主要研究手段是通过事件相关电位(ERP)、PET、脑电等； 由于事件相关电位、脑电图具有很好的时间分辨率、但是空间分辨率较差，无法对皮层功能进行定位；而PET能够反映神经元的活动，但是空间分辨率都比较差、价格昂贵、不具有可重复性，不能作为脑功能研究的主要手段。 基于上述的研究，人们对立体视觉有如下的认识： 立体视觉的研究经历了几个代表性的发展阶段。立体视觉最根本性和最精细的线索及其神经机制是视差，这是由Julesz把随机点立体图对(RDS)方法应用于立体视觉心理物理学实验后得到证实[1]，接着Bishop和Barlow等人发现皮层双眼性视差敏感神经细胞提供了神经生理学基础[2]，共同奠定了立体视觉的视差理论。后来,Blackmore利用空间频率条纹构成的图对方法研究结果提出了立体视觉的频差理论[3]，引起了学术争论。郑竺英等人对这两种不同的立体视觉生成机制进行了研究，对不同大小视差成分的随机点图进行空间频率的频谱分析研究后认为，视差与频差是统一的[4]，两者都强调立体视觉的中枢形成机制。 但是，由于传统试验方法的局限性，立体视觉皮层中枢的确切定位仍然存在争议。 fMRI的出现给立体视觉中枢机制的研究开辟了一个崭新的途径。该技术具有较好的空间和时间分辨率、而且可重复性较好，价格也相对便宜。 对立体视觉的影响因素重要有视差、频差、颜色、亮度等，同时某些病理因素比如弱视、近视也会有较明显的影响。其中色觉对立体视觉的影响缺乏系统性的研究。成为本课题研究的选题。 研究目的： 1、通过fMRI的研究手段，研究正常的有立体视觉的受试者的立体视觉皮层功能区定位。 2、在立体视觉中影响因素很多，比如弱视、近视等，但色觉对其影响有很大的争议。本研究通过fMRI的研究手段探讨色觉与立体视觉形成是否具有相关性。 材料和方法： 研究对象 1、健康成年人12例，男6例，女6例，年龄为21～26岁。均为右利手，除屈光不正外否认其他眼疾史，无全身疾病史或其他神经系统疾患。 2、入选条件： 2.1、通过立体视觉、色觉的视光学检查无缺陷者。 2.2、通过行为学试验，能够分辨出实验用的随机点图和颜色图谱，并达到90％以上的正确率者。 实验方法 1、实验中按顺序采集结构图像、BOLD数据和三维全脑解剖图像。 2、采用BOLD—fMRI技术及组块(BLOCKS)设计模式，以SIEMENS 3.0T Trio磁共振成像系统扫描图像获取数据。视觉刺激采用SA-8800视觉刺激系统设计和执行。实验中受试者通过注视额前方固定的平面反光镜观察投影屏上的刺激图像。受试者完全矫正屈光不正，做立体视觉实验时配戴红绿眼镜(右眼为红色)。 立体视觉部分： 第一组：刺激任务1：视差为1500弧秒的立体视图；刺激任务2：全黑色块和全白色块；控制任务：固定于刺激屏中央的白底黑色+字。 第二、三、四组：刺激任务1：各组视差分别为500／1000／1500弧秒的立体视图；刺激任务2：全黑色块和全白色块；控制任务：固定于刺激屏中央的白底黑色+字。 色觉刺激部分： 第一组：刺激任务1：随机出现单一红或蓝色卡片；刺激任务2：随机出现全白色全黑色卡片；控制任务：固定于刺激屏中央的白底黑色+字。 第二组：刺激任务1：随机出现单一红或蓝色卡片／混合红蓝色卡片；刺激任务2：随机出现全白色全黑色卡片／混合白色黑色卡片；控制任务：固定于刺激屏中央的白底黑色+字。 每个组块包括10个周期，由两个刺激任务中的一个与控制任务组成。每次刺激状态呈现时间为3.5秒，控制状态呈现时间0.5秒。每组实验由8个组块构成，两种刺激任务交替出现。刺激开始与MRI扫描同时激发，每2秒扫描一次，舍弃每个组块前两次采集的数据。每组实验持续320s。从第二组实验开始，要求受试者作出判断，当刺激状态下受试者感觉到有立体图像或屏幕显示黑色色块时，按按键盒的右键；如无立体图像或屏幕显示白色色块时，按左键。做色觉实验时，分两组，第一组为单一色觉卡片和黑白色对照卡片；第二组为红蓝色混合卡片和黑白混合卡片的对照实验。 3、数据处理被试完成视觉任务及数据采集后，以SPM2软件进行BOLD数据处理，将两实验中所有个体数据的所有体素逐个计算，每个体素根据任务刺激不同所致得BOLD反应的不同均与各自的对照刺激进行单个样本t检验，获取每组实验的功能激活图像。然后对立体视觉时同一受试者2、3、4三组的双侧皮层激活范围的差异进行F检验，取p<0.005为有统计学意义。分析水平视差大小与皮层激活情况是否呈线性相关。然后将三组实验结果合并进行t检验，得到总的立体视觉激活图。同样采用单样本t检验得到两组色觉实验的激活图。 4、结果分析 将立体视觉和色觉的实验中激活的脑区进行相关性分析，并通过调整P值观察不同的统计敏感参数情况下立体视觉和色觉激活图的相关性。 实验结果： 按键判断正确率的解读12例入选的正常志愿者全部完成了本项研究，各组按键判断的正确率都达到了80％以上。仅第2组的Trial 1和Trial 2响应时间之间的差异有统计学意义，根据均数可知，判断立体视觉的时间明显长于判断黑白颜色的时间。第3、4两组的响应时间与判断颜色所需时间之间无差别；色觉判断两组试验彩色和黑白色的判断未见差异。 故本次试验12例受试者均能被采信。 立体视觉部分 (1)第一组为适应试验，舍去。 第二组为500弧秒组，可见双侧Brodmann 18区(BAl8)和右侧BA 19，而以左侧枕中回最为强烈；左侧Brodmann 10区额中回，左侧额下回等激活。 第三组为1000弧秒组，可见双侧BA 18区，而以左侧枕中回最为强烈；左侧BA 9区额上回、中回、下回以及右侧额内侧回；左侧BA 8区额上回和额内侧回。 第四组为1500弧秒组，可见双侧BA 18区，而以左侧枕中回最为强烈；海马回前部(BA35区)。 (2)组间分析。三组数据行F检验，未发现组间差异。可以认为本实验中激活区的激活强度并未随着水平视差的加大而发生明显的变化。 (3)将三组数据统一进行单样本T检验，P=0.001，可见双侧枕叶、额叶，以及右侧顶叶皮质被明显激活，主要的激活区集中在属于高级视觉联合皮质的双侧Brodmann 18区和右侧Brodmann 19区，还有右侧的Brodmann 7区(包括顶上小叶和楔前叶)，右侧的Brodmann 37区(颞中回)。另外，双侧大脑半球的额部也有明显激活，以左侧额中回最为强烈。另外还有对人类的行为起着决定的作用的海马回前部(27区)，右侧扣带回、左侧岛叶也有激活的表现。初级视皮质Brodmann 17区并未见激活。 色觉实验部分 当单一色鉴别试验，激活区域主要包括枕叶。 对较复杂的混合色鉴别时，激活了四个主要部位，枕叶初级视觉皮层(BA17／18)，枕叶楔回(BA19)/顶叶(BA40)／小脑脑干。 立体视觉和色觉皮层激活区间相关性探讨简单色觉和立体视觉皮层激活区间没有相关性；而将复杂色觉判断部分的P值0.001时共同激活的皮层区域有枕叶、顶叶；P值调至0.005，两者之间共同激活区域又增加了双侧额叶。 结论： 1.立体视觉不存在明确的特别中枢；而是一个多脑区共同作用的结果。 2.视差对立体视觉的形成没有明确的影响。 3.立体视觉和色觉产生的原理不同，但是发现立体视觉和复杂色觉任务之间有共同的激活脑区，说明两者存在一定的关联性，但不是绝对相关。