郭婷婷 莫曉芬

·綜 述·

全盲者視覺皮層重塑的研究進展△

郭婷婷 莫曉芬

視覺是人類最重要的感知覺之一。對于視覺功能完全損害的全盲者而言，當視覺信息被剝奪后，其視覺皮質(zhì)將對其他感知覺系統(tǒng)（聽覺、觸覺等）的信息產(chǎn)生反應(yīng)。本文就全盲者視覺皮質(zhì)重塑的研究進展加以綜述。

2006年第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查結(jié)果顯示：全國視力殘疾人數(shù)達2 003萬之多。人類83％以上的外界信息是通過視覺通路獲得的，那么對缺少視覺信息輸入的全盲者來說，其視覺皮質(zhì)對外界信息加工的結(jié)果是怎樣的呢？針對這一問題，研究者們采用各種腦功能成像技術(shù)對全盲者完成聽覺、觸覺等不同感覺通道任務(wù)時的大腦皮質(zhì)激活情況進行觀察，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)全盲患者視覺皮質(zhì)存在跨通道的大腦皮質(zhì)激活的信息加工現(xiàn)象，其“閑置的”視覺皮層對其他感知覺系統(tǒng)（聽覺、觸覺等）的信息產(chǎn)生反應(yīng)［1］。對全盲者跨感知覺皮質(zhì)重塑現(xiàn)象的探討，一方面有助于了解視功能損害者大腦視覺皮質(zhì)的重塑機制，另一方面對促進不同年齡致盲者視覺皮質(zhì)的重塑具有重要的指導(dǎo)意義。本文就全盲者視覺皮質(zhì)重塑的研究進展作一綜述。

1 全盲者視覺皮質(zhì)在不同感覺通道任務(wù)中的反應(yīng)

1.1 觸覺任務(wù) 在觸覺任務(wù)的研究中，Burton等［2］采用功能磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）技術(shù)對學(xué)盲文前（5歲前）致盲被試者、學(xué)盲文后（5.5歲后）致盲被試者及正常人3組被試者進行年齡匹配后，觀察在進行觸摸浮雕的大寫字母時的大腦皮質(zhì)激活情況，結(jié)果顯示：在執(zhí)行字母辨別任務(wù)中，所有被試者大腦皮質(zhì)的V1及V2區(qū)均出現(xiàn)激活現(xiàn)象；全盲者大腦皮質(zhì)較正常人BA20區(qū)后部及BA37區(qū)后部有明顯激活；正常人除雙側(cè)V1、左側(cè)V5及雙側(cè)BA20/37區(qū)輕微激活外，其余大腦皮質(zhì)均受抑制；全盲被試者額葉皮質(zhì)語言中樞區(qū)受抑制，而正常人則有輕度激活；學(xué)盲文前致盲被試者的顳上溝多感覺區(qū)出現(xiàn)較大范圍激活。Amedi等［3］采用fMRI技術(shù)觀察先天盲者及正常人在執(zhí)行觸覺物體識別（TOR）任務(wù)中大腦皮質(zhì)的激活情況，結(jié)果顯示：2組被試者雙側(cè)的外側(cè)枕葉復(fù)合區(qū)（LOC）均出現(xiàn)激活，且先天盲被試者較正常人后枕葉皮質(zhì)激活明顯?？梢姡阂曈X表象信息并不是視覺皮質(zhì)激活所必需的，全盲被試者通過觸覺識別物體時其枕葉皮質(zhì)腹背側(cè)信息流表現(xiàn)出一定的可塑性。有研究者［4］采用fMRI對執(zhí)行振動觸覺任務(wù)的全盲被試者及正常人進行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：全盲被試者大腦皮質(zhì)V1、V3、V7及LOC、MT區(qū)均出現(xiàn)激活，而正常被試者除V1區(qū)出現(xiàn)閾值上激活外，其他大腦皮質(zhì)區(qū)未見激活；而且有研究［5］進一步發(fā)現(xiàn)：在執(zhí)行觸覺任務(wù)時全盲被試者觸覺依賴的觸覺空間敏感度出現(xiàn)明顯增強。可見，在視覺信息被剝奪后，全盲者的視覺皮質(zhì)可能發(fā)生了跨感知覺皮質(zhì)重塑，參與了觸覺信息任務(wù)的處理。

1.2 聽覺任務(wù) 在聲源定位、音高辨別等聽覺任務(wù)的研究中，全盲被試者的視覺皮質(zhì)也表現(xiàn)出特殊的激活模式。Gougoux等［6］采用正電子發(fā)射斷層掃描（PET）技術(shù)對全盲被試者及正常人執(zhí)行聲源定位任務(wù)時進行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在雙耳聲源定位任務(wù)中，正常被試者枕葉皮質(zhì)的局部腦血流量（rCBF）減少，而早盲被試者無此變化；在單耳聲源定位任務(wù)中，部分全盲被試者枕葉皮質(zhì)出現(xiàn)激活，而正常人枕葉皮質(zhì)未見激活。Gougoux等［7］采用fMRI技術(shù)對先天盲、后天盲及正常人執(zhí)行聲音辨別任務(wù)中大腦皮質(zhì)激活情況進行觀察，結(jié)果顯示：先天盲及后天盲被試者枕葉皮質(zhì)較Heschl回有明顯激活，而正常人被試者無此變化；先天盲被試者大腦左側(cè)顳上溝較后天盲被試者及正常人有明顯激活。有研究者［8］采用事件相關(guān)誘發(fā)電位（ERP）技術(shù)對全盲被試者聲音感知任務(wù)中大腦皮質(zhì)激活情況進行研究，也證實全盲者的視覺皮質(zhì)參與聽覺信息的處理加工。

1.3 語言加工及學(xué)習(xí) 在高級語言加工及學(xué)習(xí)任務(wù)的研究中，Amedi等［9］采用fMRI技術(shù)對先天盲被試者執(zhí)行詞匯回憶及動詞匹配任務(wù)中的大腦皮質(zhì)進行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在被試者回憶先前學(xué)過的抽象詞匯的任務(wù)中，先天盲被試者枕葉V1區(qū)出現(xiàn)激活，而正常被試者大腦枕葉皮質(zhì)未見明顯激活；在動詞匹配任務(wù)中，以聽覺方式向先天盲被試者呈現(xiàn)名詞（如：書），要求被試者報告一個與之匹配的動詞（如：讀），在這一任務(wù)過程中先天盲被試者大腦枕葉V1區(qū)出現(xiàn)明顯激活，正常被試者無此變化。Amedi等［10］進一步在早期盲被試者執(zhí)行動詞匹配任務(wù)時，采用重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（rTMS）刺激被試者枕葉皮質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：接受刺激后早期盲被試者動詞匹配的正確率明顯下降，而正常被試組未受影響；可見，全盲者枕葉皮質(zhì)的短暫功能障礙影響高級語言信息的處理。Burton等［11］以聽覺方式向不精通盲文的晚期盲被試者呈現(xiàn)詞語，要求被試者進行語義及音韻的辨別，并采用fMRI技術(shù)進行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)晚期盲被試者大腦皮質(zhì)V1、V2、V3及BA19、BA37均有明顯激活。Bedny等［12］也發(fā)現(xiàn)先天盲被試者在進行語義及音韻方面的語言處理過程中，其左側(cè)視覺皮質(zhì)區(qū)出現(xiàn)與經(jīng)典語言中樞相似的激活?？梢姡曈X剝奪后全盲者的視覺皮質(zhì)參與了處理高級語言的加工及學(xué)習(xí)任務(wù)。

2 年齡對視覺皮質(zhì)重塑的影響

如上所述，全盲者的視覺皮質(zhì)具有跨感知覺重塑性，但在V1區(qū)的激活與致盲年齡的關(guān)系上，仍存在爭議。

2.1 不同致盲年齡對視覺皮質(zhì)重塑的影響 有研究者認為V1區(qū)的重塑與致盲年齡無關(guān)。Arnott等［13］采用fMRI技術(shù)對不同致盲年齡的被試者執(zhí)行回聲定位任務(wù)進行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：先天盲和后天盲被試者枕葉皮質(zhì)對應(yīng)的血氧依賴水平（blood oxygen level dependent，BOLD）均明顯增加，而且2組被試者的中顳區(qū)（MT）也有明顯激活。Burton等［2］采用fMRI技術(shù)對不同致盲年齡的全盲患者執(zhí)行盲文閱讀任務(wù)時大腦激活情況進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：學(xué)齡盲和晚期盲被試者在額葉和頂葉的激活模式并無區(qū)別，只是學(xué)齡前盲被試者在V5/MT的激活更大。然而，更多的研究［4，6，8］則支持V1區(qū)的激活與致盲年齡有關(guān)的觀點。

2.2 大腦視皮質(zhì)重塑的關(guān)鍵期 如上所述，不少研究發(fā)現(xiàn)V1區(qū)的激活模式在早、晚盲被試者不同，研究者自然而然地關(guān)注出現(xiàn)相反激活模式的年齡交界點，因為這一交界點的存在可能意味著大腦重塑存在著一個關(guān)鍵期。Bedny等［14］采用fMRI技術(shù)對不同致盲年齡的被試者和正常人執(zhí)行聲音辨別任務(wù)進行對比，發(fā)現(xiàn)早盲被試者右側(cè)大腦皮質(zhì)MT、顳上回（STG）及前額葉rCBF增強，而晚盲及正常被試者無此變化，且致盲年齡為2～3歲的被試者也無此變化，由此猜測，盲人視覺運動區(qū)即大腦MT跨感知覺重塑過程中存在敏感期，存在于嬰幼兒發(fā)育的早期階段。有研究者［15］經(jīng)研究也證實了這一結(jié)論。Sadato等［16］采用fMRI技術(shù)對不同致盲年齡的全盲被試者和正常人執(zhí)行觸覺辨別任務(wù)進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)16歲前致盲的被試者枕葉rCBF增強，而16歲后致盲的被試者rCBF明顯減少。該研究中V1區(qū)的激活只出現(xiàn)16歲之前致盲的被試者，而所有被試者均出現(xiàn)視覺聯(lián)合區(qū)的激活。因此猜想，在盲人枕葉視皮質(zhì)尤其是V1區(qū)跨感知覺重塑過程中，青春期很可能起著重要作用。如果大腦發(fā)育關(guān)鍵期視覺功能被剝奪，由此引起的視覺障礙是否能夠得到恢復(fù)呢？Fine等［17］研究報道了1例3.5歲兒童因角膜化學(xué)傷致盲的病例，在長達40年的視覺剝奪后經(jīng)過角膜緣干細胞移植術(shù)的治療，該被試者獲得簡單的形狀及顏色識別和運動加工能力，但不能識別復(fù)雜形狀（如物體和人臉）。

3 全盲者視覺皮質(zhì)跨感知覺重塑的內(nèi)在機制

正常生理情況下，來自雙眼的視覺信息經(jīng)視神經(jīng)、視束傳導(dǎo)到外側(cè)膝狀體，再投射至初級視覺皮質(zhì)，而觸覺信息經(jīng)過感覺接受細胞匯集于脊髓，并傳達到丘腦的腹后外側(cè)核（VPL）或髓板內(nèi)核，然后傳導(dǎo)到初級運動皮質(zhì)（S1）、第二體感運動區(qū)（S2）。完全獨立的視覺和觸覺信息最先匯聚于丘腦，在此之前2種信息完全獨立。視覺剝奪后感覺通道刺激激活V1區(qū)是由傳導(dǎo)通路中的大腦皮質(zhì)進行調(diào)節(jié)，是一種皮質(zhì)-皮質(zhì)調(diào)節(jié)。這一觀點已得到眾多研究者的認同［18-20］。但是，全盲患者視覺皮質(zhì)重塑的神經(jīng)通路是如何形成的呢？研究者［21］認為有2種可能的機制：一種是視覺信息被剝奪后，視覺皮質(zhì)失用，導(dǎo)致大腦皮質(zhì)跨通道的重新塑造，建立新的神經(jīng)連接；另一種可能機制是枕葉皮質(zhì)具有對視覺以外其他感知覺信息的處理功能，在視覺信息存在時這種處理其他感知覺信息的功能是被抑制或隱藏的，視覺信息被剝奪后這種功能得以體現(xiàn)。這2種機制并非相互排斥，而是相互聯(lián)系的。

對缺少視覺信息輸入的全盲者來說，觸覺信息是如何傳導(dǎo)到枕葉皮質(zhì)的呢？研究者對這一問題進行了大量的研究。有研究［22］認為，全盲者在盲文閱讀過程中視覺聯(lián)合區(qū)（visual association cortex，VAC）起著重要作用，觸覺信息經(jīng)過視覺聯(lián)合區(qū)的中繼傳達到初級視覺皮質(zhì)。也有研究［2，14］表明：觸覺信息從初級感覺皮質(zhì)出發(fā)，先到達BA40、BA7區(qū)，然后到達BA19區(qū)的上部；有研究者［3］認為，枕-顳區(qū)的觸覺信息先擴展到LOC，然后再傳達到初級視覺皮質(zhì)V1和V2區(qū)。也有研究［23］表明，盲人在執(zhí)行觸覺任務(wù)前先進行觸覺刺激預(yù)處理?？梢?，不同研究結(jié)果之間仍存在著差異，這種差異可能由試驗任務(wù)選取不同所致，如是否采用盲文辨別。此外，盲人被試者的個體差異較大，如致盲年齡、致盲原因等，也可能影響試驗結(jié)果。

關(guān)于聽覺信息到達初級視覺皮質(zhì)的路徑，研究者［24-25］的結(jié)論較為一致：全盲者枕葉皮質(zhì)的活動是由頂葉后部引起的，兩者共同參與聽覺信息處理，全盲被試者在執(zhí)行聽覺任務(wù)時右側(cè)頂葉后部和右枕葉的聯(lián)合皮質(zhì)均出現(xiàn)很強的激活，而顳葉及左側(cè)頂葉激活不明顯?？梢娙ふ哂覀?cè)頂葉后部參與了聽覺信息的傳導(dǎo)。另外，關(guān)于全盲者語言加工的神經(jīng)傳導(dǎo)通路，研究者［26-27］較為一致的觀點是：左側(cè)梭狀回中部的視覺詞形加工區(qū)（visual word form area，VWFA）是多重感覺聯(lián)合區(qū)，其解剖位置特殊且與語言中樞的連接緊密，對視覺詞匯刺激具有選擇敏感度，這種對視覺詞匯分類的敏感度激活與詞匯呈現(xiàn)的大小、字體、書寫方式、早期視覺經(jīng)歷等變量無關(guān)；空間圖像信息是超模式的，盲人以聽覺方式獲得的語言信息，首先轉(zhuǎn)化為圖像信息，超模式的圖像信息進而激活右側(cè)頂上小葉、頂內(nèi)溝。

4 討論

綜上所述，當人類大腦皮質(zhì)視覺信息被剝奪后，其視覺皮質(zhì)參與到其他感知覺，如聽覺、觸覺信息的加工處理，視覺皮質(zhì)存在跨通道的大腦皮質(zhì)激活的信息加工現(xiàn)象，因此，全盲患者的聽覺或者觸覺感知功能比正常視力人群更靈敏；這種感知覺重塑不僅發(fā)生在執(zhí)行高級功能的視覺皮質(zhì)，在初級視覺皮質(zhì)也可以觀察到。相同的感知覺系統(tǒng)內(nèi)，刺激或者任務(wù)條件不同，比如：辨別觸覺刺激的部位或者刺激的深淺，引起的重塑現(xiàn)象的機制可能不同；不同年齡致盲的患者在視覺信息被剝奪后，大腦皮質(zhì)重塑的程度不盡相同；近年來與人工視覺相關(guān)的分子生物學(xué)、生物工程的研究日趨增多，但是已發(fā)生跨感知覺重塑的視覺皮質(zhì)如何對人工視覺產(chǎn)生反應(yīng)還有待進一步研究；此外，全盲患者視覺皮質(zhì)重塑的內(nèi)在神經(jīng)機制仍然需要研究者們做進一步深入的探討明確。目前國內(nèi)外對視覺認知領(lǐng)域的研究多集中于正常人群及弱視患者，隨著青光眼、黃斑變性等疾病患病率的提高，對青光眼、黃斑變性等神經(jīng)性不可逆眼病的視覺認知變化的研究有待于開展，以期更好地指導(dǎo)臨床治療。

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2013-04-15）

（本文編輯 諸靜英）

國家自然科學(xué)基金項目（81020108017）；上海市教委“曙光計劃”項目（12SG04）

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031

莫曉芬（Email：xfmo＠fudan.edu.cn）