大小细胞视觉通路在早期开角型青光眼和双眼竞争中作用的功能磁共振成像及视觉心理物理学研究

【摘要】第一部分大小细胞视觉通路在早期开角型青光眼中损害的功能磁共振研究[目的]运用功能磁共振成像技术分别测定正常人群及早期开角型青光眼人群大小细胞视觉通路功能,探讨早期开角型青光眼视路损害特征。[方法]依据改良青光眼分级系统(ModifiedGlaucomaStageSystem,GSS),将Octopus视野检查结果中至少有一眼平均缺损(MeanDefect,MD)小于4.4的早期开角型青光眼患者及年龄、性别、屈光度匹配的正常对照纳入本部分研究。使用MATLAB软件合并PsychophysicsToolbox扩展包制作并呈现视觉刺激,采用模块化设计(Block-design)方法在早期视野损害眼别及正常匹配眼别中呈现视觉刺激的同时进行功能磁共振扫描。利用心理等亮度红/绿色、高空间频率(切向12个周期,径向6.5个周期)、低时间频率(0.5赫兹)相位交替闪烁棋盘格刺激用于激活小细胞通路,简称小细胞刺激或小细胞条件；利用对比度为50%、无色、低空间频率(切向6个周期,径向3个周期)、高时间频率(10赫兹)相位交替闪烁棋盘格刺激用于激活大细胞通路,简称大细胞刺激或大细胞条件。皮层下视觉通路区如外侧膝状体(LGN)、上丘(SC)及高级视觉皮层如中颞叶区(MT)、枕叶—腹侧—颞叶(OVT)核团作为大、小细胞视觉通路功能研究的感兴趣区。其中外侧膝状体感兴趣区由半侧视野相位交替闪烁棋盘格结合解剖边界确定,MT区由运动/静止的同心环状刺激定位。脑功能图像使用BrainvoyagerQX,SPM,AFNI分析。利用统计软件SPSS16.0计算外侧膝状体激活体积的均值及标准误；利用独立样本t检验方法分析外侧膝状体体积及体素比例的组间差异；利用ANOVA方法计算激活信号的组间差异及交互作用；利用Pearson法分析激活信号与视野损害严重程度之间的相关性。[结果]十八名早期开角型青光眼(十名原发性开角型青光眼,八名正常眼压性青光眼)及十八名正常匹配对照入组本研究。正常对照组、原发性开角型青光眼组、正常眼压性青光眼组间的年龄、性别、屈光度均无统计学差异(p>0.05),原发性开角型青光眼组和正常眼压性青光眼组测试眼的视野MD值分别为1.923±0.335(平均值±标准误)和2.525±0.460(平均值±标准误),两组间无统计学差异(t=-1.083,p=0.2862)。根据半侧视野刺激及解剖边界确定的正常对照组的外侧膝状体(样本量=36)感兴趣区体积为199.7±11.36mm3(平均值±标准误),开角型青光眼的的外侧膝状体(样本量=36)感兴趣区体积为147±7.80mm3(平均值±标准误),其中原发性开角型青光眼组外侧膝状体(样本量=20)感兴趣区体积为140.8±9.76mm3(平均值±标准误),正常眼压性青光眼组外侧膝状体(样本量=16)感兴趣区体积为156.0±12.66mm3(平均值±标准误)。独立样本t检验显示正常对照组和青光眼组的外侧膝状体感兴趣区体积间有统计学差异(t=3.820,p<0.01),两疾病组间无统计学差异(t=0.9672,p=0.3403)。利用广义线性模型(GerenalLinearModel,GLM)分别提取外侧膝状体感兴趣区体素对应大细胞刺激和小细胞刺激的Beta值用以反映该体素在两个条件下的激活强度。当体素在大细胞刺激条件下的Beta值大于小细胞刺激条件下的Beta值时定义该体素为大细胞功能体素,当体素在大细胞刺激条件下的Beta值小于小细胞刺激条件下的Beta值时定义该体素为小细胞功能体素。在正常对照组外侧膝状体感兴趣区中,大、小细胞功能体素的比例(大细胞体素占整体的38.35%±4.36%,均值±标准误)及相对位置(大细胞功能体素位于整体的腹侧、内侧)与生理解剖相符合。开角型青光眼组外侧膝状体的大、小细胞功能体素的相对位置与正常组相似,但大细胞功能体素所占比例略下降(大细胞体素占整体的30.74%±5.19%,均值±标准误),但两组间的大细胞功能体素比例无统计学差异(t=1.116,p=0.2684)。根据正常人群中外侧膝状体大、小细胞功能体素的相对空间位置划分所有组的大、小细胞功能区。使用ANOVA比较各组外侧膝状体在大、小细胞刺激条件下的激活差异,发现青光眼组外侧膝状体对大、小细胞刺激的反应均降低,其中在大细胞功能区中可见刺激条件与组别间有明显交互作用(F=7.054,p=0.010),表现为开角型青光眼组大细胞功能区对大细胞刺激的反应降低更多,而小细胞功能区中无此种交互作用(F=0.994,p=0.322),说明早期青光眼人群外侧膝状体对大细胞刺激的反应比对小细胞刺激的反应降低程度更大,而这种差异仅限于外侧膝状体的大细胞层。正常眼压性青光眼组的外侧膝状体结果与上述相似,即大细胞功能区中组别与刺激条件有明显交互作用(F=10.733,p=0.002)而小细胞功能区中无此交互作用(F=2.231,p=0.142)；虽然原发性开角型青光眼组大细胞功能区的交互作用无统计学意义(F=2.30,p=0.135),但其对大、小细胞刺激反应改变趋势与整体相同。上丘的结果与外侧膝状体的大细胞功能区结果相似,即组别与刺激条件之间有明显交互作用(F=7.550,p<0.01),表现为对大细胞刺激反应降低明显。但是在高级视觉皮层MT和OVT核团,均未发现有交互作用(p>0.05)。根据Octopus视野检查提供的鼻、颞侧视野的MD值,将每个青光眼被试的左右两侧外侧膝状体划分为对应视野损伤较大的外侧膝状体(即MD值较大的半侧视野对应的外侧膝状体)和对应视野损伤较小的外侧膝状体(即MD值较小的半侧视野对应的外侧膝状体)。采用类似于上述正常组与病人组的分析方法,以对应视野损伤较小的外侧膝状体的大、小细胞功能体素空间分布定义大、小细胞功能区。大细胞功能区内刺激条件与组别有较强的交互作用(F=28.581,p<0.001),表现为对应视野损伤较大的外侧膝状体对大细胞刺激激活减弱而对小细胞刺激激活相对增强,而小细胞功能区无交互作用。Pearson分析显示大、小细胞功能区在大细胞刺激条件下的激活差别与MD有较强的负相关性(r=-0.41797,p=0.011),而大、小细胞功能区在小细胞刺激条件下的激活差别与MD无相关性(r=-0.090143,p=0.60109)。[结论]本研究首次使用功能磁共振成像技术结合多特征的视觉刺激对大、小细胞视觉通路进行功能分离,包括皮层下核团(外侧膝状体、上丘)及高级视觉中枢(运动区、腹侧核团),其中以外侧膝状体的大、小细胞功能分区最为清晰。通过对早期开角型青光眼的大、小细胞通路功能损伤进行评估,发现初级视觉处理阶段(皮层下核团)的大细胞通路较小细胞通路功能损伤明显,支持早期青光眼大细胞功能选择性损伤假说,并且此种量化的大细胞功能损伤程度与病情严重程度有一定相关性,提示功能磁共振成像技术可为今后青光眼诊断、随访提供非主观性的视功能评估工具。第二部分视觉心理物理学测试新方法在视野损害前青光眼患者中的应用研究[目的]自行设计针对大细胞通路功能的视觉心理物理学测试新方法,并应用于标准视野损害前青光眼患者的视功能评估,探讨其诊断效能。[方法]根据Octopus视野测试入组临床诊断为视野损害前的开角型青光眼患者(11眼,11例)及年龄、性别、屈光度相匹配的正常被试(11眼,11例)。使用MATLAB软件合并PsychophysicsToolbox扩展包制作并连接CRT屏幕呈现视觉刺激,刺激采用红/绿心理等亮度方波竖条栅饱和小细胞通路功能,此红/绿竖条栅上的光亮度为低空间频率(0.5周期/度),不同时间频率(3赫兹、8赫兹、15赫兹)的正弦波竖条栅并呈水平向左或向右运动,用于检测大细胞通路功能。光亮度条栅的对比度采用MichelsonContrasts[(最大亮度一最小亮度)/(最大亮度+最小亮度)]计算。刺激每次呈现1000毫秒后消失,被试判断光亮度正弦波条栅运动方向,本试验采用“三上一下”阶梯法,即被试判断正确三次,光亮度条栅对比度下降10%,若判断错误一次,对比度提高10%,十次错误判断一轮试验结束,取最后六个对比度的平均值作为该次试验的对比度阈值。采用此种方法测试每个被试的中心与两个周边位置(鼻侧及颞侧)的大细胞通路敏感性,刺激在中心呈2°视角,在周边呈4°视角,正常对照组与青光眼组的眼别及测试位置相匹配。光亮度条栅的起始对比度为25%,每个位置每个时间条件重复两次取均值。利用统计软件SPSS16.0进行分析计算。采用重复测量方差分析法(Repeatedmeasuresanalysesofvariance,RMANOVA)分别比较青光眼组和正常对照组在中心或周边不同时间频率条件下对比敏感度(对比度阈值的倒数)的差异。其中光亮度条栅运动时间频率、周边位置(鼻/颞侧测试位置)作为组内因素,组别(正常组/青光眼组)作为组间因素,对比敏感度作为因变量。采用受试者操作特征曲线(Receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC)描述周边位置中不同时间频率条件下该测试模式对视野损害前青光眼的诊断效能。[结果]正常组及青光眼组的对比敏感度在时间频率纬度上均呈现“倒V”型曲线,在中间时间频率(8赫兹)条件下敏感度最高,而在低时间频率(3赫兹)、高时间频率(15赫兹)条件下敏感度均下降,与以往生理学上大细胞通路的时间频率对比敏感度反应曲线相吻合。中心测试位置中,正常组三个时间频率条件下的对比敏感度分别为21.89±2.96(3赫兹)、29.57±2.90(8赫兹)、20.62±2.02(15赫兹)；青光眼组三个时间频率条件下的对比敏感度分别为22.02±1.51(3赫兹)、29.85±2.52(8赫兹)、21.55±1.61(15赫兹)。RMANOVA分析显示组别无统计学差异(F=0.026,p=0.874),时间频率有统计学差异(F=20.622,p<0.001),时间频率与组别间无交互作用(F=0.041,p=0.960)。时间频率采用Bonferroni多次矫正后显示3赫兹条件和8赫兹条件间、8赫兹条件和15赫兹条件间有统计学差异(p<0.001)。周边测试位置中,正常组三个时间频率条件下的对比敏感度分别为14.64±0.71(3赫兹)、24.20±1.45(8赫兹)、18.94±0.89(15赫兹)；青光眼组三个时间频率条件下的对比敏感度分别为14.35±0.89(3赫兹)、19.66±1.48(8赫兹)、14.02±1.13(15赫兹)。RMANOVA分析显示组别无统计学差异(F=2.665,p=0.118),时间频率有统计学差异(F=50.799,p<0.001),时间频率与组别间有交互作用(F=5.653,p<0.05),时间频率采用Bonferroni多次矫正后显示三种时间频率条件间均有统计学差异(p<0.05)。周边位置(鼻/颞侧)无统计学差异(F=0.048,p=0.829),与组别间亦无交互作用(F=0.007,p=0.933)。分别在三种时间频率条件下采用RMANOVA比较两组间对比敏感度差别,周边位置(鼻/颞侧)均无统计学差异且与组别均无交互作用(p>0.05),组别仅在15赫兹时有统计学差异(F=6.112,p=0.023),在3赫兹条件(F=0.036,p=0.851)和8赫兹条件(F=2.584,p=0.124)下无统计学差异。ROC曲线分析提示周边测试位置中3、8、15赫兹刺激条件的曲线下面积分别为0.522、0.693、0.787,提示15赫兹测试条件的诊断效能最高。[结论]本研究首次运用颜色信号饱和小细胞通路功能并同时呈现光亮度运动信息选择性评估大细胞功能,在正常视觉中得到的时间频率对比敏感度曲线与以往生理研究结果相一致,说明本研究中的新型视觉心理物理学测试方法具有较好的大细胞通路功能选择性。利用此种评估方法可检测出标准视野损害前开角型青光眼患者的功能异常,其中高时间频率条件下具有较高的诊断效能,一方面再次证实针对大细胞通路功能的测试可早于标准视野发现青光眼病变；另一方面,也为早期青光眼功能检测新方法的研发提供了思路。第三部分大小细胞通路在双眼竞争中的参与机制研究[目的]探索大、小细胞通路在正常视觉双眼竞争过程中的参与机制,为弱视小细胞通路选择性损伤的神经机制提供新解释。[方法]双眼分别呈现不同刺激,一眼呈现直径为2。视角的等亮度红/灰同心圆矩状波格栅,另一眼呈现直径为2。视角的等亮度绿/灰径线放射状矩状波格栅,刺激外周呈现方形框帮助被试双眼融合。两类格栅刺激的光亮度为正弦波条栅并呈水平或垂直方向运动。双眼刺激的光亮度正弦波条栅运动方向始终保持相互垂直,条栅有三种时间频率条件(1赫兹,8赫兹,15赫兹),三种空间频率条件(0.5周期/度,1.0周期/度,2.0周期/度),对比度为10%或20%(0.5周期/度、15赫兹条件时)。刺激依次呈现在注视点上方、右侧、下方、左侧,刺激中心点距离注视十字中心2。视角,呈现2秒后消失,出现应答界面。本试验共有10个条件。每个条件包含80个测试,分两个时段进行。嘱被试对观察到的刺激种类(红/灰同心圆矩状波格栅,绿/灰径线放射状矩状波格栅或前两者混合格栅)及光亮度正弦波条栅运动方向进行判别。分析指标为被试观察到的图形刺激类型及双眼光亮度正弦波条栅发生运动整合的测试数,其中“整合”是指被试反应的条栅运动方向介于双眼刺激本身运动方向之间。采用重复测量方差分析法(Repeatedmeasuresanalysesofvariance,RMANOVA)对不同时间频率、空间频率条件下光亮度条栅运动整合的差异进行统计,发生运动整合的测试数量为因变量,时间频率和空间频率为组内因素,析因分析(post-hocanalysis)采用Bonferroni多次比较矫正。RMANOVA用于比较0.5周期/度、15赫兹条件下不同对比度对被试观察到光亮度条栅运动整合的影响。[结果]八名正常视觉被试者(女性四名、男性四名)参与本研究。观察到的图形刺激类型中单一图形刺激类型(红/灰同心圆矩状波格栅或绿/灰径线放射状矩状波格栅)所占比例为87.14%±1.90%(均值±标准误),光亮度条栅运动方向发生整合所占比例为30.59%+2.38%(均值±标准误)。其中各条件下运动整合比例分别为：21.58%±5.65%(0.5周期/度,1赫兹,10%对比度),43.77%±8.73%(0.5周期/度,8赫兹,10%对比度),53.03%±8.35%(0.5周期/度,15赫兹,10%对比度),19.30%±4.78%(1周期/度,1赫兹,10%对比度),26.27%±5.78%(1周期/度,8赫兹,10%对比度),47.53%±7.96%(1周期/度,15赫兹,10%对比度),15.50%±5.51%(2周期/度,1赫兹,10%对比度),24.97%±6.30%(2周期/度,8赫兹,10%对比度),39.74%±7.76%(2周期/度,15赫兹,10%对比度),35.94%±8.56%(0.5周期/度,1赫兹,20%对比度)。在同一空间频率条件下,光亮度正弦波条栅发生整合的比例随时间频率的增加而增加；而在同一时间频率条件下,整合比例随空间频率的增加而减少。RMANOVA示时间频率(F=8.256,p=0.004)和空间频率(F=4.437,p=0.032)均有统计学差异。Bonferroni矫正后示8赫兹条件和15赫兹条件间(p<0.01),0.5周期/度和2周期/度间(p<0.01),1周期/度和2周期/度间(p<0.01)有统计学差异,1赫兹条件和15赫兹条件间有临界差异(p=0.052)。虽然两组光亮度条栅运动方向整合数在对比度10%和20%条件间无统计学差异(F=2.415,p=0.164),但在低对比敏感度条件下整合更多(10%：35.75±6.981；20%：28.75±6.850,单位：测试数)。[结论]双眼间颜色差异引起较强的竞争效应,光亮度运动信息根据其时间频率、空间频率、对比度参数的不同产生不同程度的整合。整合发生率与时间频率成正相关,与空间频率及对比度成负相关。这一现象证实双眼竞争主要发生在小细胞通路,大细胞通路介导的视觉信息特征在一定程度上可以“豁免”于竞争。单眼弱视与正常视觉中的双眼竞争模式相似,以往研究发现单眼弱视患者弱视眼中两类通路信号损伤程度不同,即小细胞通路功能损伤更为严重。基于本研究的结论,我们推断单眼弱视患者弱视眼接受的大细胞通路信息在竞争过程中可以不被抑制而与健眼发生整合产生一定程度的知觉,小细胞通路信息则在竞争过程中被健眼信息抑制而不产生知觉,由此可以解释弱视患者大、小细胞通路损伤差异的原因,并且为寻求更为有效的弱视治疗新模式提供理论依据。
【作者】文雯；
【导师】孙兴怀；何生；
【作者基本信息】复旦大学，眼科学与视觉科学，2013，博士
【关键词】开角型青光眼；视觉通路；外侧膝状体；功能磁共振成像；大细胞通路；视觉心理物理法；双眼竞争；小细胞通路；

【参考文献】
[1]孟繁哲.探究当代中国水彩画在发展中存在的瓶颈[D].沈阳师范大学,美术学,2014,硕士.
[2]齐彪.基于时效特性软岩采矿进路围岩稳定控制技术研究[D].中国矿业大学,岩土工程,2014,硕士.
[3]沙马瓦（SayedRahimShahShamalwal）.Management of Peptic Ulcer Bleeding by Endoscopy and10Cases Report[D].广西医科大学,消化内科（专业学位）,2013,硕士.
[4]魏红.中国古代文字崇拜现象研究[D].曲阜师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[5]朱琳琳.中医药治疗糖尿病研究进展[D].北京中医药大学,内科学,2013,硕士.
[6]乔立清.中国非英语专业学生词汇习得现状研究——以实证调查为基础[D].大连海事大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[7]郝瑞春.枳鳖胶囊抗大鼠肝纤维化的实验研究[D].湖北中医学院,中医内科学,2004,硕士.
[8]田正丰.我国环境行政执法问题研究[D].山西财经大学,资源与环境保护法学,2014,硕士.
[9]陶源源.我国体育用品品牌营销策略研究[D].吉林大学,运动训练,2013,硕士.
[10]杨贵成.强直性脊柱炎驼背畸形的手术治疗及畸形复发的预防[D].山西医科大学,骨科,2003,硕士.
[11]田秀丽.吴茱萸碱对SPC-A1细胞微管蛋白表达的影响及机制研究[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[12]赵宏远.代码度量、过程度量和历史缺陷度量：工作量感知的缺陷预测能力比较[D].南京大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[13]于楠.不同文化语境下涉罪媒介表现呈现的差异性[D].吉林大学,新闻学,2014,硕士.
[14]赵真.稀土掺杂氧化锌粉末的制备及光学/光催化性能的研究[D].吉林大学,材料学,2014,硕士.
[15]李晴.蔡元培大学管理艺术之研究[D].曲阜师范大学,高等教育学,2013,硕士.
[16]徐春华.企业合并的反垄断控制法律问题研究[D].中央民族大学,经济法,2004,硕士.
[17]施先亮.基于供应链的物流信息资源管理研究[D].北京交通大学,2008.
[18]李亚萍.从中华全国木刻界抗敌协会到中国木刻研究会[D].西南大学,美术学,2014,硕士.
[19]宋秋云.考虑公平偏好的纵向差异化产品定价研究[D].西南交通大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[20]谭飞鹏.热管应用于太阳能地板辐射供暖的实验研究[D].西安科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2014,硕士.
[21]董晓峰.嵌入式Linux及其调度策略的研究[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[22]王丽.细胞自噬在抗β_1-肾上腺素受体自身抗体致心力衰竭中的作用研究[D].山西医科大学,生理学,2014,博士.
[23]胡文杰.高渗透率下微电网潮流计算及其运行的多目标优化[D].北京交通大学,2010.
[24]杨霁,李剑,孙才新,王有元,杨眉.基于小波多尺度变换的局部放电图像识别方法[J].电力系统自动化,2005,22:69-72.
[25]王建民.FTY720治疗大鼠急性脊髓损伤对淋巴细胞的影响[D].大连医科大学,外科学,2012,硕士.
[26]朱敏源.我国当代女大学生性犯罪问题研究[D].上海大学,刑法学,2013,硕士.
[27]何方.经验似然方法及其在中国石油价格趋势预测中的应用研究[D].湖南师范大学,统计学,2014,硕士.
[28]程荣峰.数据广播环境下基于位置的Skyline查询算法研究[D].天津理工大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[29]许炜.Web服务事务管理关键技术研究[D].华中科技大学,2008.
[30]贾君.经贸英语读物翻译实践报告[D].北京交通大学,2013.
[31]王宜松.金融衍生工具在企业汇率风险管理中的应用研究[D].华东交通大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[32]丁昕.基于内部控制视角的财务报告重述研究[D].华东交通大学,会计学,2013,硕士.
[33]宋大为,李正恒,朴树森,时恩喜.内储能清扫技术在转炉气体分析装置中的应用[J].冶金自动化,1991,01:34-36+62.
[34]郑晓.microRNA-181b在胃癌组织中的表达及其临床意义[D].苏州大学,免疫学,2013,硕士.
[35]徐鹏飞.滑动表面微结构仿真设计及试验研究[D].南京航空航天大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[36]武磊.论国家主权的限制[D].西南政法大学,国际法学,2012,硕士.
[37]刘项南.我国保证人追偿权研究[D].郑州大学,法律,2013,硕士.
[38]孙丽影.浅黄恩蚜小蜂生殖特性及性比调节机制[D].西南大学,生物安全,2014,硕士.
[39]谢珺.二进制粒神经网络研究及其在故障诊断中的应用[D].太原理工大学,2009.
[40]吴福英.面向用户的信息过滤研究与实现[D].江西师范大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[41]邓娜.生态翻译学视角下《庄子》英译本中生态美学思想的再现[D].西北师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[42]丁斐.关于光网络流量疏导问题的研究[D].苏州大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[43]金怀印.带缝空心R.C.剪力墙结构抗震性能试验研究及有限元分析[D].西安建筑科技大学,结构工程,2004,硕士.
[44]吴超越.A公司供应链风险管理[D].东华大学,物流工程（专业学位）,2014,硕士.
[45]韩艳.中国电视剧产业发展中的政府行为研究[D].长安大学,行政管理,2014,硕士.
[46]刘念,张建华,张昊.网络环境下变电站自动化系统的信息资产识别[J].电力系统自动化,2009,13:53-57.
[47]高居泰.OLAP与数据挖掘一体化研究和应用[D].北方工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[48]任贝贝.当代大学生社会主义制度认同与制度自信[D].吉林财经大学,思想政治教育,2014,硕士.
[49]林雪如.二次可积系统的代数曲线同宿环的稠密性[D].福建师范大学,基础数学,2004,硕士.
[50]辛明.长江口海域关键环境因子的长期变化及其生态效应[D].中国海洋大学,环境科学,2014,博士.