贡献的短时遮挡弱视的眼睛一个被动Dichoptic视频治疗弱视以外的关键时期

文摘

Dichoptic电影观看被证明能显著改善弱视儿童的视力。此外,短期闭塞的弱视的眼睛可以暂时性的增加对双眼融合在成人。在这项研究中,我们第一次被问及dichoptic观看电影可以提高弱视的受试者的视觉功能之外的关键时期。其次,我们测试了如果这个效应可以增强短期单眼弱视的眼睛的闭塞。17个主题呈现稳定的功能性弱视参与了这项研究。10受试者6次1.5小时的dichoptic电影观看(nonpatched组),和7个主题,每个会话之前,必须戴着一个阻塞补丁在弱视的眼睛两个小时(修补组)。最佳矫正视力,单眼对比敏感度,两眼间的平衡,进一步测量之前和之后的训练。nonpatched集团的意思是弱视的眼睛视力从0.54到0.46 logMAR显著提高( )。打补丁的集团的意思是弱视的眼睛视力从0.62到0.43 logMAR显著提高( )。立体视力明显改善,两组的数据总和。没有观察到显著改善其他视觉功能测试。最近我们的培训过程结合了现代视频技术和基本的发现人类可塑性:(i)引起的长期可塑性dichoptic电影观看和(2)短期适应临时单眼阻塞引起的。这个被动dichoptic电影训练方法显示显著改善视力的主题以外的关键时期。添加一个短期的单眼闭塞dichoptic训练显示承诺使用的样本容量趋势但不显著。被动电影方法结合两眼间的对比平衡甚至在这么短的时间内2周有潜力作为临床疗法治疗弱视在年龄较大的儿童和成年人。

1。介绍

弱视是一种神经发育障碍引起的异常视觉经验在儿童时期在一段时间内被称为“敏感期”或“关键时期”(1- - - - - -5]。主要体现双目的损失函数,在一只眼睛视力下降,弱视的眼睛,它是最常见的导致儿童单侧视觉丧失。其患病率约1 - 3%的普通人群(6- - - - - -12]。目前接受弱视的治疗包括完整的光学校正(13]和单眼修补nonamblyopic眼的力量使用的弱视的眼睛14]。这对少年儿童治疗仅仅是成功的,它一直认为年长的孩子,尤其是成年人缺乏足够的大脑可塑性。因此,没有提供给这些老年患者作为他们的弱视治疗被认为是固定的(1- - - - - -5,15,16]。

现在普遍认为,弱视与皮质功能障碍在单眼和双眼网站(17- - - - - -21]。一个双目理论表明,它的结果是一个超过两眼间的抑制(22- - - - - -24]。因此,双目培训策略出现了,专注于治疗的主要双目障碍(25- - - - - -37]。这些基于dichoptic图像演示的主题需要双目结合完整信息内容的全球运动刺激(24),一个视频游戏27,28,38),电影(36,39,40),或一个改变现实设备(25,41]。双眼融合只发生如果图像的对比被nonamblyopic眼睛是减少充分解决两眼间的不平衡产生的抑制。起初,这些策略包括一个积极参与的受试者玩dichoptic视频游戏,成功取决于使用信息同时呈现给每只眼睛(27,28,31日,35,38,42- - - - - -46]。也有证据表明,一般游戏训练有助于双边弱视(47]。

然而,并不是所有的病人都想玩视频游戏,和一些儿童/成人弱视的,不可能解决玩视频游戏所需的特性。因此,最近,一个通用的应用程序相同的对比平衡原则应用于自然场景刺激与被动dichoptic电影看(36,37)或增强现实(25]。这些程序是基于互补的表示图像的两个眼睛。被动dichoptic电影看儿童视力导致福利(36,39但尚未测试的成年人。原则上,这种方法可以应用于被动观看任何视频内容等体育项目,电影,或儿童动画40]。这里,我们测试这个过程首次在成人和儿童弱视的稳定和耐弱视不能处理标准程序。

双目训练方法是改善当前的修补方法,因为他们是更好的接受(31日,37),他们的目标是获得一个更好的双目的结果。他们双眼查看和参与这样做提高弱视的眼睛的视力。他们被认为利用剩余大脑可塑性依然在视觉发展的关键时期。最近,另一种方法也展示了剩余视觉可塑性在正常的成年人38,39]。这包括眼部主导地位发生变化后1 - 2小时的单眼闭塞。有趣的是,这个短期的治疗结果加强的剥夺眼的反面是发生在生命早期的关键时期。这种主导地位的转变只是短暂,持续约1小时(48- - - - - -51]。这也被证明在成人弱视(52]。弱视者的主导地位转变为发现法线方向相同,即剥夺眼变得更强,但它可以更大的大小和持续时间更长。因此,双目不平衡特征弱视可以操纵在一定时间使弱视的眼睛,经典的反面修补治疗。假设是减少在感官刺激剥夺诱发对比获得增量提高修补的敏感性。因为它迅速发生,这个机制对比获得增量被怀疑涉及兴奋性和抑制性的平衡的变化(48- - - - - -54]。然而,这种相对快速修补效果(几小时)可能完全不同标准双目训练程序操作一个相对较长的时间尺度(周)。这些长期的训练过程可能涉及不同的可塑性机制,例如,通过建立新的突触连接(55,56]。

在这项研究中,我们问双目培训是否基于被动dichoptic电影观看,大脑可塑性的变化,增加受试者的视觉功能和一个稳定的弱视超出了正常的治疗时期古典修补。其次,我们想知道这种dichoptic处理协议的影响可以通过短期的治疗,加强专门进行培训在阻塞的时间窗口暂时平衡excitation-inhibition比率。要回答这个问题,我们结合这两种方法,要求受试者戴的眼罩前两小时内接受双目培训涉及被动dichoptic电影看。

2。材料和方法

2.1。参与者

17岁弱视的受试者被包含在我们的研究从9到67年哟,平均年龄34岁哟。的标准包括以下实验受试者。受试者与功能性弱视,目前二级斜视、屈光参差症或两者兼而有之。他们的视力稳定至少前一年包容,和12岁以下的儿童必须通过至少6个月的传统闭塞治疗以确保弱视是稳定和耐药。最佳矫正视力(BCVA)弱视的眼睛必须高于或等于0.2 logMAR,或BCVA区别两只眼睛logMAR必须至少等于0.2。斜视角度必须低于或等于15棱镜度。我们排除了主题与有机弱视,先天性斜视,呈现任何视觉发育迟缓或神经系统疾病或展示。第一考试,每个参与者必须填写一个问卷调查关于他/她的病史,和前面的治疗方法,更具体地说他/她可能有弱视和遵守这些疗法光学校正,闭塞治疗,和斜视手术。临床弱视的主题报道在表的细节1。

受试者必须穿他们的完整的光学校正所有的测试和训练过程。五个受试者有屈光参差症(S1、S7 S8, S9,肌力)包含之前没有穿任何光学校正。这些主题,我们让他们穿他们适应光学校正只在试验和dichoptic电影观看会议,大概是相当于总与光学校正(见表12小时1)。这是本身不足以解释任何改善视觉功能的景观适应(13]。

受试者被分配到两个干预组:nonpatched组(表10主题,看到细节1),他只有跟着dichoptic电影训练(见程序),和修补组(7主题,详细信息表1),他受到单眼弱视的眼睛的阻塞之前每个训练dichoptic电影。主题分配每组主要是由他们的能力修补前两小时来实验室。

研究发生在洛杉矶Timone医院的眼科在马赛。书面知情同意了所有的病人或家长/监护人。

2.2。程序

受试者接受了双目训练过程。nonpatched集团是一个过程的六个1.5小时会议dichoptic电影观看训练他们的双目视觉相似的李et al。36](一个主题只能接受5个疗程,每主题表看到确切的时间1)。修补组遵循相同的过程,除了他们穿一个阻塞补丁弱视的眼睛之前两个小时之前就被移除的每个训练dichoptic电影观看。补丁是一个标准的闭塞的adhesive-on-skin Ortopad补丁。所示的患者如何穿补丁的评估会议。然后,他们不得不把它们放在自己两个小时前他们来到实验室dichoptic电影浏览会话。

电池的视觉功能测试详细的下面被用来检查双眼训练的影响。它涉及单眼视力,对比敏感度,两眼间的平衡,和stereosensitivity,依次进行了测试,每个测试持续5到10分钟。基线评估措施首先初步评估会议期间,前几天的实际开始训练。培训结果措施实现年底的最后一次训练。后续测试也进行大约一个月的培训后,但只有10个科目可以回来这个测试(见表细节1)。

2.3。Dichoptic电影设计

患者由被动地看dichoptic电影加强了他们的双眼视觉。数字掩模组成的形状不规则的斑点是应用于图像被弱视的眼睛,和逆掩模是被应用于图像的眼睛(图1(a)和补充电影的例子1)。因此,部分的图像只有一只眼睛看到的和互补的另一只眼睛看到的只是部分(36]。因此,感知一个完整连贯的图片,有必要结合两只眼睛看到的信息。面具的形状和位置是不同的。图像的对比被弱视的眼睛固定在其最大,和看到的图像的对比的眼睛是基于双目平衡的结果对比敏感度基线测量(图1(b)和示例补充电影2)。在这些条件下的不平等的两眼间的对比,抑制减少之间的信息可以组合两个眼睛和视频稳定作为一个连贯的整体。这些电影都显示在一个宽线性化被动的3 d LG 32 lb650v 32屏幕上, ,美国60赫兹(LG电子(LG Electronics);恩格尔伍德,NJ)与偏振眼镜120厘米的距离,跨越32°的视角。

如果主体认为这部电影在一个会话的全貌,然后,那家伙眼睛的对比增加了10%在接下来的会话。在实践中,所有科目总是认为完整的图片,所以对比增加在每个会话。因此,碰巧达到100%的最大价值对于一些科目在年底前培训。参与者证实,他们仍然可以看到两个眼睛图像在每个会话。此前dichoptic平衡原则,验证了电子游戏在许多不同的研究(26- - - - - -33,35- - - - - -37]。

2.4。视觉功能评估

2.4.1。视敏度

使用对数视力测量信表在标准条件下(对数视力表“2000”)。

2.4.2。对比敏感度函数

单眼对比敏感度的函数空间频率测量使用快速对比敏感度函数(57]。这是一双贝叶斯自适应方法确定最优的空间频率和对比测试在每个试验为了最大化的信息对比敏感度函数。在100年试验中,参与者必须确定在single-interval识别任务的方向(垂直或水平)空间过滤噪音模式在这些空间频率和对比(图2(一个))。这种方法已经被验证在弱视的学科(58,59]。这个测试是相同的设备上执行的电影观看除了参与者戴着眼罩的单眼视觉测试。完整的细节过程给出了雷诺et al。60]。

2.4.3。两眼间的平衡

两眼间的平衡测量dichoptic信图由Kwon et al。61年]。这个过程已经被验证在弱视的学科(61年,62年]。五个字母的空间过滤2 c / d的最高空间频率在不同的对比提出了左眼,5个不同的字母与互补的对比右眼在同一空间位置。因此,双目,字母出现重叠。主题必须报告最明显的五个字母(图10试验2 (b))。的相对对比每只眼睛看到的信件是由一种自适应调整方法(61年,62年)为了确定两眼间的对比敏感度的平衡点。两眼间的平衡问题是表达之间的比率在dB nonamblyopic和弱视的眼睛,所以一个负值意味着nonamblyopic眼睛更强,一个值接近于0意味着眼睛是均衡的,和一个积极的价值将表明,弱视的眼睛更强。这个测试是相同的设备上执行的电影观看。

2.4.4。Stereosensitivity

差别阈值测量使用TNO测试(荷兰应用科学研究组织、分布式Lameris Ootech BV)。duochrome测试没有单眼线索,根据Julesz原理的测试(63年),允许测量立体视敏度从480年到15秒弧。

3所示。结果

我们训练有素的17名研究对象,分布在修补和nonpatched组(见材料与方法)后我们的协议评估视力的改善(VA)。对于大多数科目,VA的弱视的眼睛(AE)改善(logMAR低价值)在完成培训前相比(基线)(见图3(一个))。nonpatched集团(打开黑色符号),平均价值基准 logMAR和 logMAR在完成培训。这是一个重大的改进0.08 logMAR(单边魏克森讯号等级测试, ),几乎相当于一行视力图。修补组(满灰色的符号),平均弱视的眼睛的视力 logMAR在基线和 logMAR训练结束时,导致平均提高0.19 logMAR,几乎相当于两行图。这也显著改善(单边魏克森讯号等级测试, )和保持重要一个月随访(单边魏克森讯号等级测试, )而它并没有完全达到意义nonpatched组。更好地欣赏这些改进,弗吉尼亚州的差异从基线报告图3 (b)。弱视的眼睛的视力改善的参与者在修补组略大,但这种差异并不显著(双面Wilcoxon秩和检验, )和更持久的(因为它仍然是重要的在一个月随访,而不是nonpatched组)。在两组中,训练并不影响VA nonamblyopic眼的平均提高0.04和0.05 logMAR修补和nonpatched组,分别(双面魏克森讯号等级测试, 和 ,),从而验证改进并没有引起任何视力测量本身的学习。

为了测试是否影响我们观察的振幅取决于弱视的严重性,我们绘制在图3 (c)弗吉尼亚州的差异从基线作为最初的灵敏度函数的弱视的眼睛。之间没有联系的程度的改善和最初的严重性弱视nonpatched组(确定系数 , )。然而,之间有显著相关性的敏锐程度的改善和AE在基线修补组( , )。在这一组的效果是这样的,弱视越强,进步就越大。我们没有观察到显著相关性的振幅效应和参与者的年龄在两组( , nonpatched组 , 在修补组)。

我们测试了另一个单眼功能对比敏感度。我们测量的平均对比敏感度弱视的眼睛作为空间频率的函数之前和之后的训练(图4)。nonpatched集团(图4)(a),对比敏感度函数在基线山峰大约1.5 c / d的振幅45(实线),这与先前的报道是一致的(58,59]。在完成训练,振幅达到78。修补组(图4(b)),对比敏感度函数在基线山峰大约1.5 c / d振幅84(实线)。训练后,振幅达到134转移到更高的峰值频率在3 c / d。为了测试这些改进的意义,我们报道的增益参数灵敏度函数qCSF估计的方法(57]在基线,每个参与者在完成培训,后续的控制,已经完成训练后在图4(c),这训练改善不显著nonpatched或修补组(单边魏克森讯号等级测试, 和 ,分别)。它也不是不同的两组之间(双面Wilcoxon秩和检验, )。和振幅之间没有显著相关的改善和获得在两组的基线(各自的 , 和 , 在修补和nonpatched组)。

最后,我们测试了培训的效果两个双目功能:两眼间的平衡和stereosensitivity(图5)。两眼间的平衡之间的比率在dB表示为弱视的眼睛和nonamblyopic报告为每个参与者在图5(一个)。平衡的平均基线nonpatched小组完成培训,分别 和 。值接近零的事实表明一个小改善平衡,虽然它并不重要(单边魏克森讯号等级测试, )。修补集团,更好的改进 来 观察;然而,这并不重要(单边魏克森讯号等级测试, )。即使合并,两组,这种改善仍不显著(单边魏克森讯号等级测试, )。

stereosensitivity,最初在受试者立体观察,nonpatched组中,他们的平均立体阈值提高 在基线弧分 弧分在完成训练(图5 (b))。然而,这并没有显著改善,因为只有四个科目可以开始执行测试(单边魏克森讯号等级测试, )。此外,一个主题(S16)曾是无法执行TNO测试显示一个可衡量的stereosensitivity训练后(480弧分)。修补组中,只有两个对象有一个可衡量的stereosensitivity基线。他们的平均立体声阈值提高 弧分来 弧分,但这并没有显著改善由于小样本大小(单边魏克森讯号等级测试, )。在这里,一个主题(S14系列)无法执行TNO测试最初显示一个可衡量的stereosensitivity训练后(120弧分)。

因为没有统计上的显著差异之间的任何措施修补和nonpatched团体,因为他们都受到相同的被动dichoptic电影治疗,为了得到更多的统计能力,我们结合的结果两组地址是否治疗本身会导致视功能的改善在年龄较大的儿童和成人弱视。显著改善被发现在两个视力(平均提高0.58到0.45 logMAR:片面魏克森讯号等级测试, )和立体观测( 弧分来 弧分:片面魏克森讯号等级测试, )。这是第一次报告的成功应用,这种被动的方法在弱视的年龄较大的儿童和成年人补充以前的报告的成功年轻弱视的孩子(36]。

4所示。讨论

我们研究的主要目标是评估双目培训的效果与被动dichoptic观看电影的主题与稳定的抗性弱视。训练干预是非常小的与古典修补治疗:9小时相比,许多个月。我们的研究结果显示,即使是很短的dichoptic电影观看显著提高视力后约一行大约9小时的培训超过两周的时间;的最大改善视力测量是3行。这种改善的结果是一致的包等。25在青少年和成人使用一个改变现实系统和李et al。36)和Mezad-Koursh et al。39)对儿童使用被动观看的电影。视力改善我们观察具有可比性的包等。(0.08两项研究logMAR改善)。虽然不是意外,他们较低的儿童相比,那些获得(0.20 logMAR李等人,0.26 logMAR Mezad-Koursh et al。)。这种差异可能是由于这些研究中的主题是孩子这一事实而在我们的研究中,他们大多是成年人,因此表现出更少的可塑性64年]。

我们还观察到的改善单眼峰值对比敏感度函数振幅,但它不是重要的,由于小样本大小(25]。尽管受试者的能力去欣赏电影的全貌,而我们的眼睛所看到的对比增加了10%为每个会话,两眼间的对比敏感度平衡训练后仍然相当稳定。西et al。40和李et al。36)观察到类似的结果,与赫斯et al。26李,et al。28],凯利et al。37)观察到的重新平衡与视觉获得成正比。这样做的原因是不清楚;上述每个研究使用不同的测试双眼平衡。凯利的方法用于研究et al。37是类似于目前的研究;然而,他们研究了儿童和我们研究成人。它可能会提高灵敏度双目函数(没有任何变化36,40]。

大多数受试者可衡量的立体视觉与TNO测试包含显示有所改善,尽管这并不是重要的,由于小样本的主题和差距大于480秒弧与TNO测试无法测量。的确,在10 nonpatched组的受试者中,只有4人可衡量的立体视觉在基线和改善后培训。nonpatched集团,一个病人没有明显的立体视觉与TNO测试基线展出培训后可衡量的立体观测。只有2受试者可衡量的立体视觉在修补基线组。一个改进和一个训练后仍然保持不变。在这一组中,一个病人没有明显的立体视觉在基线展示可衡量的立体观测最终评估。立体观测的趋势是提高虽然由于限制在我们的音响测试(65年- - - - - -68年),我们的病人的立体观测。两组的结果结合时,这种改进成为统计学意义( 弧分来 弧分:片面魏克森讯号等级测试, )。这是第一个证据表明被动dichoptic电影训练提高立体电视在年龄较大的儿童和成人弱视。

我们的研究首次表明,很短(9小时)的被动dichoptic观看电影可以提高视觉功能在成人受试者呈现稳定、耐药弱视。以前,一个类似的改善了改变现实系统在青少年和成人25]。dichoptic电影观看的兴趣之一是其潜在的增加相比合规修补或其他形式的dichoptic培训(25,31日,35,41,45,69年,70年]。首先,因为dichoptic电影观看是被动的,它不需要任何主体的积极参与,与知觉学习或dichoptic视频游戏。这是一个至关重要的优势特别是老年受试者不想玩视频游戏,甚至对年轻的孩子可能没有必要的认知能力。此外,dichoptic电影观看非常灵活,它可以用在家里,可以适应任何视频内容如虚拟或增强现实方法25,41,71年- - - - - -74年]。

我们研究的次要目标是评估如果机制参与短期单眼闭塞和dichoptic电影训练可以互补和协同,如果结合在一起,导致一个更大的治疗效果。短期单眼剥夺可能激活双目大脑可塑性机制通过兴奋性和抑制性的平衡的变化(48- - - - - -50,52,75年,76年),可以提高dichoptic培训改进。

我们观察到的趋势,这样之前单眼阻塞可以提高训练对视力的影响:我们的结果显示一个较大的改善视力修补组(0.19 logMAR,几乎2行,在这个群最大增益:4行),相比nonpatched组(0.08 logMAR几乎1线,在这个群最大增益:2线);然而,样本容量差异不显著。

最近的两项研究调查的影响间歇单眼弱视的眼睛每天2 h的修补治疗弱视与程序与我们的修补77年,78年]。Lunghi等人的研究也涉及体育锻炼,和周等人的研究涉及更多的修补。他们分别报告改进的0.15和0.13 logMAR弱视的眼睛的视敏度小于0.19 logMAR改进我们观察到合并后的修补和dichoptic电影观看过程。

我们没有观察到任何关联的敏锐度弱视的眼睛在基线和改善nonpatched组(图3 (c))。这可能表明dichoptic电影训练效果本身并不取决于弱视的力量,我们观察到的差异在两组之间的改善并不是因为他们最初的敏度的差异。Lunghi et al。77年)不报告这种相关性在修补与运动研究相结合。然而,我们观察相关修补组弱视越强,进步就越大。这将表明,初步修补主要影响严重的弱视。一种解释可能是改善达到饱和水平在温和的情况下而合并后的修补和dichoptic训练法将是唯一一个强大到足以在严重病例显示更大的改进。

这种趋势应该调查与更大的样本量和可能交叉的设计,因为是一个很好的理由认为,这两种方法(眼优势可塑性和dichoptic培训),因为他们的不同的动力学,是互利的。初步单眼修补可能短期适应通过改变行为的抑制和兴奋性的平衡允许快速变化对比获得(48- - - - - -50,52- - - - - -54]。另一方面,dichoptic电影训练遵循一个较慢的过程,可能通过涉及双目机制类似于知觉学习(25,79年)导致长期建立新的突触连接(55,56,80年- - - - - -82年]。因此,我们完全有理由认为,兴奋性和抑制性的平衡可能会加速的变化和/或放大dichoptic训练引起的塑性效应通过诱导更多的塑性状态大脑每次训练前。

有趋势,两组之间没有达到意义为其他视觉功能:单眼对比敏感度,两眼间的相对平衡,立体视觉。每组的结果应该被认为是独立的,因为两个组织不均匀。事实上,随机化是不可能的,因为物流的问题(即。,preliminary patching was not possible for subjects who were coming to the hospital by car or who were coming very early in the morning). In both groups, the subjects can be considered as their own controls because training did not affect the VA of the nonamblyopic eye; this rules out any hypothesis based on the fact that the improvement could have been a consequence of task learning. Furthermore, all participants were used to watching screens (TV or computer) at least one hour a day (average 3.8 hours a day, see Table1)。因此,添加1.5小时看电视每2 - 3天不彻底改变他们的接触数字屏幕,所以不太可能改善我们观察可能完全是因为屏幕暴露时间的增加本身。

除了这些不便,初步单眼修补并没有真正减少合规(定性报告)的训练,因为它是修补的弱视的眼睛77年,78年];因此,它比修补不太禁用的眼睛,和修补相比是更短的时间受试者。

我们的训练方法显示了有前景的结果,可用于功率较大的规模随机对照试验来验证这种类型的治疗。这些结果仅在六个交易日两周的培训。有一些建议:延长培训时间超过2周,开发一个更好的衡量的立体观测粗差异范围,一个能够提供个体变异性的措施更好的统计评估,产生一个更加敏感的测试的双眼平衡,延长的治疗时间,看看它的好处dichoptic训练可以增强。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

麦吉尔大学拥有两项专利相关dichoptic电影治疗。Drs。雷诺和赫斯命名的发明家。其他作者没有商业关系披露。

确认

这项工作是由一个拨款支持法国Regionale de la桑特LS,基金会的资助de France-Berthe Fouassier NS,赠款从加拿大卫生研究院的研究》(228103)和ERA-NET RFH神经元(JTC 2015),和魁北克FRQS视力健康研究网络网络格兰特RFH, FC,基于“增大化现实”技术。

补充材料

补充1。补充电影1:示例电影100%的对比图像两只眼睛。视频来源:劳伦Sauvan,维基共享/ CC-0。

补充2。补充电影2:电影100%的例子对比图像呈现给左眼和40%对比图像的右眼。视频来源:劳伦Sauvan,维基共享/ CC-0。

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