CN1322126B - 用于锻炼人类视力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，用来通过向所述患者作用光刺激物来锻练人的视力系统，所述刺激物作用在所述患者的完好视野内的区域中和所述患者的完好视野外的区域中，后一个区域包括待锻练的区域，从而实现所述后一个区域中的视力的改善，所述方法包括步骤：查找和限定一个位于患者的视力系统中的视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的区域(“过渡区”)；限定一个位于所述过渡区内的锻练区域；通过将视力刺激物作用给患者的视力系统，锻练患者的视力系统，所述视力刺激物的大部分位于所述过渡区内或附近；记录患者视力系统的特征的变化；根据所述变化调整刺激物在所述过渡区上出现的位置和轮廓；和连续地重复前面的步骤，使得患者的完好的视野延伸到所述过渡区中，和所述过渡区延伸到视力损伤更严重的区域中或剩余视力功能更弱的区域中或视力系统基本完全损坏的区域中；本发明还涉及一种执行所述方法的装置。

Description

用于锻炼人类视力的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于锻炼人类视力的方法和装置。具体地，本发明涉及一种方法和装置，通过利用光学刺激物刺激人类的视力系统，就可以改变需要进行视力改善或矫正的锻炼的人们的视力性能。
背景技术
人类视力系统的损伤可能是因青少年时期的视力系统发育不完全或受到损伤引起的，也可能是由于一个人年龄的增长而形成的连续性的和自然的退化所引起，也可能或多或少是疾病或事故等严重影响视力系统的突然的退化所引起。例如，已经发现通过对他们的视力系统进行一段专门的有规律的锻炼，基本上可以改善儿童的视力，例如在斜视的情况中。另一方面，对于由于某些原因而使视力受到损伤的人，通过针对引起视力系统损伤的原因而采用的专门锻炼，可以停止损伤的发展或者甚至改善他们的视力。本发明意在提供一种方法和装置，用于在所有可能的损伤的情况下锻炼和改善人们的视力，其中向需要改善视力的人的视力系统提供光学刺激物可以保证成功地除去造成损伤的原因和/或提高他/她的性能。
近年来已经利用计算机技术来训练人类大脑的智力功能。例如，作为范例现有技术报导了利用计算机训练治疗语言学习受损的儿童的暂时性处理缺陷的方法(M.M.Merzenich等人的Temporal processing deficits of language-learning impaired children ameliorated by training，Science 271-81(1996))。但是，不清楚这种以计算机为基础的训练是否能够有助于大脑损伤后的其他感觉形态例如视力功能。
由于中风或外伤导致的脑损伤通常会损坏视力功能。患者通常丧失一半视野中的视力而另一半通常保持不受损伤。通常认为这种部分失明是不可治愈的，因为长期以来占统治地位的论点是正常的视力需要高度特殊的神经组织(D.H.Hubel，T.N.Wiesel，Receptive fields，binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex，J.Physiol.106-154(1962))。尽管神经组织中的这种特殊性，但是，受伤的视力系统中存在一定程度的可塑性(U.Eysel，O.J.Gruesser，Increased transneuronal excitation of the lateral geniculate nucleus after acute deafferentation，Brain Res.158，107-128(1978)；J.H.Kaas等，Reorganization of retinotopic cortical maps in adult mammals after lesions of the retina，Science 248，229-231(1990)；C.D.Gilbert，T.N.Wiesel，Receptive field dynamics changes in adult cerebral cortex，Nature 356，150-152(1992))。动物(J.Sautter，B.A.Sabel，Recovery ofvision despite progressive loss of retrogradely labelled retinal ganglion cells after optic nerve crush，Europ.J.Neurosci.5，680-690(1993)；B.A.Sabel，E.Kasten，M.R.Kreutz，Recovery of vision after partial visual system injury as a model of post-lesion neuroplasticity，Adv.Neurol.73；251-276(1997)；T.N.Wiesel，D.H.Hubel，Extent of recovery from the effects of visual deprivation in kittens，J.Neurophysiol.28，1060-1072(1965)；K.L.Chow，D.L.Steward，Reversal of structural and functional effects of long-term visual deprivation in cats，Exp.Neurol.34，409-433(1972))和人(H.L.L.Teuber，W.S.Battersby，M.B.Bender，Visual field defects after penetrating missile wounds of the brain，Cambridge，Mass.，Harvard University Press(1960))的受损视力的功能可以本能地恢复到一定的程度。成人视力系统损伤后的至少一部分神经的本能的可塑性是由于损伤之后视网膜或皮层中的大面积的可以接受的范围内的重新组织(U.Eysel，O.Gruesser，loc.Cit.；J.H.Kaas等，loc.cit.)。
在现有技术中，已经公开了用来改善大脑受伤的猴子(A.Cowey，Perimetric study of field defects in monkeys after cortical and retinal ablations，Quart.J.Exp.Psychol.19，232-245(1967))和人(J.Zihl，Zur Behandlung von Patienten mit homonymen
Figure GSB00000486197100021
Z.Neuropsychol.2，95-101(1990)；E.Kasten，B.A.Sable，Visual field enlargement after computer training in brain damaged patients with homonymous deficits：an open pilot trial，Restor.Neurol.Neurosci.8，113-127(1995))的视力功能的锻炼方法。但是，通常认为这种锻炼不能改善人们的视力。不过，经过一些观察后建议，具有视力系统损伤的人们通过视力锻炼后受益。
Zihl(loc.cit.)等人研究后第一个发现视力锻炼可以对人们有积极的效果，他们发现在同一视网膜位置中的视力刺激物的重复作用和增大阈值的措施，导致具有视野缺陷的人的视野边界的小量扩张。但是，这种条件中重复的测试需要一个实验员来对被锻炼的人进行锻炼，即，这种方法不能由个人独立使用。因此，对于患者和实验员都特别消耗时间。
为了克服现有视力刺激物的这种人工途径，在现有技术中已经公开了几种装置，利用它们可以实现自动测试。尽管它们的功效只在几个单独的个体上表现出来并且从来没有进行严格的有计划的临床试验，但已经声称这些方法可以改善视力功能。但是，因为这些现有技术中的装置太复杂以至于不能使用以及应用中效率低，所以它们在临床实践中还没有得到广泛的接受。
例如，在授予Schmielau的德国专利No.DE-U 93 05 147的文献中，描述了一种由大尺寸的半球状半个反射罩构成的用来锻炼人们视力系统的装置。这里，将多列小电灯泡设置在一个大直径的半圆中。通过依次点亮彼此紧密设置的所述电灯泡产生光刺激物，使得它们以相对于已经视力地固定的中心的不同偏心率刺激该视野。虽然这种装置可以在全部范围内对整个视野进行评估和锻炼，但存在的几个缺点使得它不可能广泛地使用。这些缺点是(1)它的尺寸，(2)视力刺激物可以出现的不可变化的位置，和(3)没有任何教导根据剩余的视力功能进行锻炼。由于缺少作用策略，Schmielau的现有技术装置的使用需要较长的时间周期。此外，锻炼所使用的半个反射罩不能用于家中。
从所述文献的图4中可以看出Schmielau的发明的局限性。如在经典的教科书中也可以看到的，人们的视力系统由或者完好的或者受损的区域表示。没有提到可以在受损的区域、剩余的视力功能的基础上进行视野锻炼。
有人可能认为可以使用计算机来替代这种大尺寸的不实用的装置，但Schmielau(loc.cit.)认为这不能。
因此，由于清楚地陈述了计算机控制的锻炼不能用于视野锻炼的目的，所以所属领域的技术人员总是拒绝使用计算机。
与现有技术中的通常期望相反，我们惊讶地发现用于人类视力功能的计算机控制的锻炼方法可以对锻炼效果的改善做出相当的贡献。因此，开发了已经在其他处公开的计算机程序(E.Kasten，B.A.Sabel，Visual field enlargement after computer training in brain damaged patients with homonymous deficits：an open pilot trial.Restor.Neurol.Neurosci.8，113-127(1995))。使用计算机控制的装置的基本优点在于它更小并且它可以连续地记录人的表现。但是，由Kasten等人(loc.cit.)描述的程序将刺激物以随机的顺序作用在计算机屏幕上，而没有考虑个人在视力方面的实际性能。因此，锻炼是耗费时间的和低效率的，尽管在早期的飞行员锻炼中这种方法已经表现出有效果。
在由Kasten等人(1997，loc.cit.)出版的论文中已经描述了该程序。例如，“Sehtra”代表位于视野的所有部分中的亮度变化的小的光刺激物，但它不适合于位于不同视野扇区中的人的实际性能。它注意到通过监视器的预定的扇区使刺激物随机地出现在人的视野上，而没有考虑损伤的实际情况和部分视力系统损伤或具有剩余的视力功能的部位(所谓的“过渡区”)。
由于这一点，接受锻炼的人不得不对他们实际上完好视野中的刺激物访问区域起反应。结果，患者花费了许多没有有益治疗效果的时间。这种条件对患者提出了不必要的时间和耐心要求。因此已经经常发现厌倦和缺少动力。
发明内容
为了克服上述限制，本发明的一个目的在于提供一种用于锻炼人们视力的方法和装置，这避免了现有技术中的不足。另外，本发明的一个目的在于提供一种用于锻炼人们视力的方法和装置，将保持剩余的视力功能或者仅仅是部分损坏了自然视力或者自然视力保持在高的质量水平的地方(所谓的“过渡区”)，看成患者视力系统的锻炼区域。本发明的再一个目的在于提供一种用于锻炼人们视力的方法和装置，使患者的视野延伸到所述过渡区，和在患者的视力严重受损的情况下所述过渡区延伸到视力系统的基本完全受损的区域中。另外，本发明的一个目的在于提供一种用于锻炼人们视力的方法和装置，不仅可以在有经验的实验员的指导下在通常的训练中心中使用而且可以由患者自己在私人环境中使用。
令人惊讶的是，通过本发明实现了上述目的。发明人提出一种新方式，由此将视力刺激物作用在简单的装置上，用来向患者的视力系统发射光学刺激物。
在非常普通的情况中，本发明涉及一种方法，用来通过向所述患者作用光学刺激物来锻炼人的视力系统，所述刺激物作用在所述患者的完好视野内的区域中和所述患者的完好视野外的区域中，后一个区域包括待锻炼的区域，从而实现所述后一个区域中的视力的改善，所述方法包括步骤：
——查找和限定一个位于患者的视力系统中的视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的区域(“过渡区”)；
——限定一个位于所述过渡区内的锻炼区域；
——通过将视力刺激物作用给患者的视力系统，锻炼患者的视力系统，所述视力刺激物的大部分位于所述过渡区内或附近；
——记录患者视力系统的特征的变化；
——根据所述变化调整刺激物在所述过渡区上出现的位置和轮廓；和
——连续重复前面的步骤，使得患者的完好的视野延伸到所述过渡区中，和所述过渡区延伸到视力损伤更严重的区域中或剩余视力功能更弱的区域中或视力系统基本完全损坏的区域中。
在另一个实施例中，本发明涉及一种用于锻炼患者的视力系统或视力的装置，该装置可以执行上面所述的锻炼方法。该装置主要包括：
——中央数据处理装置，用来记录、存储、处理和发出来自该设备的其它装置的数据；
——至少一个视力刺激物发射装置；
——可以固定患者视野的固定位置点装置；
——输入装置，用来输入患者对感觉到的视力刺激物的反应；
——控制装置，用来依照患者对感觉到的光学刺激物反映出的表现，控制所述至少一个光学刺激物作用装置。
在本发明的一个优选实施例中，所述装置能够执行步骤：
——查找和限定一个位于患者的视力系统中的视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的区域(“过渡区”)；
——限定一个位于所述过渡区内的锻炼区域；
——通过将视力刺激物作用给患者的视力系统，锻炼患者的视力系统，所述视力刺激物的大部分位于所述过渡区内或附近；
——记录患者视力系统的特征的变化；
——根据所述变化调整刺激物在所述过渡区上出现的位置和轮廓；和
——连续重复前面的步骤，使得患者的完好的视野延伸到所述过渡区中，和所述过渡区延伸到视力损伤更严重的区域中或剩余视力功能更弱的区域中或视力系统基本完全损坏的区域中。
因此，本发明的实质特征在于，通过使得刺激物的作用突出地发生在损坏的视力区域或具有剩余的视力功能的区域或部分视力系统损坏区域，即，是准备进行锻炼的区域的过渡区中，并且显著地降低或者甚至避免完好的视野内的刺激物的作用来进行锻炼，从而，可以比现有技术更有效地改善患者的视力。
关于这些特征，本发明不同于Kasten等人(1997；loc.cit.)描述的现有技术中的方法和装置，后者没有公开对接受锻炼的人的视力系统的剩余性能的连续监视。此外，Kasten的装置保持恒定的视野锻炼区域，在已经治愈的区域或根本没有受损的区域上反复地刺激。因此，现有技术中的装置不根据患者的实际情况作用刺激物。在所述装置中，在经历了—些锻炼的收益后，已经治愈的区域仍然连续地进行锻炼，尽管根本不再需要。因此，现有技术中公开的视力作用范例都是费力的、花费时间和大部分不需要的。事实上，受到锻炼的患者已经抱怨现有技术的锻炼太长和令人厌倦。
此外，利用现有技术的方法不能检测和专门锻炼“仅仅”受损伤的区域或具有剩余的视力功能或部分视力系统受损伤的区域。由于这种耗费时间的锻炼，在现有技术的方法中，早已感觉到需要一种接受光学刺激物作用的范例，其持续的时间更短和它的使用更有效。在本发明中，我们由此提出一种视力系统锻炼方法和装置，采用连续监视需要锻炼视野的患者的反应和仅仅刺激视力系统的“仅仅”受损视力或部分受损的这些区域的创新的步骤。
因此，根据本发明，我们提出了一种更有效的途径，将视力刺激物集中作用到视野的这些区域，在这些区域中可以期望更有效的恢复。
为了克服现有技术装置的限制，根据本发明我们现在提出首先查找、限定和表征出受损，即，视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的区域。至此以下视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的这些区域简称为过渡区(参见图1)。例如对于视力例如侧面视力变得越来越受限制的年岁大的人已经发现这种过渡区。还可以在视力系统由于脑损伤、冲击或类似事故的结果而受到影响的人身上发现。另一个例子是位于完全保持视力的区域与完全丧失用视力识别颜色、形状或运动的差别的能力的区域之间的过渡区。在所述过渡区内，查找在本发明的方法的下一个步骤中限定的锻炼区域或部位。
在本发明的一个优选实施例中，根据所述患者的视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的区域的大小、位置和类型，选择所述过渡区内的一个或多个所述锻炼区的大小和定位。换句话说，必需仔细地检查，所述患者的视力系统的哪一部分对于接下来的通过本发明的光学刺激物的锻炼具有最大的需求。
然后，在所述锻炼过程中连续或间歇地确定的单个患者的反应的基础上，我们提出将锻炼刺激物作用到这些过渡区中。在本发明的优选实施例中，将光学刺激物，最好是光刺激物作用到患者的视力系统上。甚至更优选的是将不同颜色、亮度、强度和/或形状的光刺激物作用到接受锻炼的患者的视力系统上。这种光刺激物以静态光刺激物或以产生运动的物体印象的一系列光刺激物的序列出现。
该“过渡区为基础的刺激物作用”以这样一种考虑为基础，患者有人“仅仅”受损的视力或具有部分视力功能的区域，该处的视力既不是完好的也不是完全受损的，但其中一些神经组织受到了损害。有道理的是这些幸存的神经，只要它们的数量超出一个特定的最小值(“最小剩余组织的条件”)，起到基于锻炼恢复视力的媒介，并且因此通过锻炼刺激它们将是要采用的关键步骤。结果，为了克服前面提到的低效的视野刺激问题，因此我们建议一种新的作用策略，利用计算机控制的刺激装置有选择地刺激这些区域(“过渡区”)。
伴随着上面的作用策略提出了特殊的运算法则，该运算法则能够高效地锻炼视力系统的官能紊乱或出现故障的区域。至于利用光学刺激物刺激患者视力系统的特殊的位置或区域，下面说明锻炼方法的详细步骤。
在锻炼步骤中，记录接受锻炼的患者的视力系统的特性变化。换句话说，通过本发明的系统/装置，记录接受锻炼的人在视力方面识别光学刺激物的表现和他/她在所述视力识别步骤上表现出的所希望的反应。仅仅给出一个例子，测量接受锻炼的人对作用到他/她的视力系统的过渡区上的光学刺激物的反应时间，和在光学刺激物的发出与得到的反应(例如通过按下装置的按钮)之间经过的时间，相对于对接受锻炼的人以前测量到的平均时间作为一个基础线值，用来作为患者相对于过渡区的受到锻炼的区域的表现。但是，不应当将该例子看作是对本发明的限制；也可以采用任何其它合适的步骤，从而连续或间断地记录患者视力系统的特性中的变化。
在上面所述的特征变化的连续记录的基础上，根据所述变化调整过渡区的定位和限定。这可以连续或间断地进行。换句话说，根据接受锻炼的人在通过视力系统处理接受到光学刺激物的表现，重新限定过渡区。不希望受到解释的限定，可以假定由于限定的过渡区的有效的锻炼，接受锻炼的人在所述过渡区内的视力受到改善，例如，通过改善该视力系统的任何受损的功能(例如周边视力、视力灵敏度、区别不同颜色、形状、运动的能力；斜视的降低；视角的增大)或改善剩余视力功能或除去部分的视力系统损伤。其结果是，该过渡区成为患者视力系统的完好的区域，并且通过将光学刺激物作用给患者视力系统的所述新的过渡区(同样参见图1)，使得受损区域的另一个部分成为(限定为)另一个或一系列锻炼步骤的过渡区。
通过重复上面所述的步骤，患者的完好的视野连续扩展到前面定位和限定为过渡区的区域中，所述过渡区连续扩展到以前是受损的视力区域或具有很少的余视力功能的区域或基本上完全损坏的视力系统的区域，即，缺陷区域(参见图1)。
利用以计算机编程为基础的该锻炼，我们在受到CNS伤害的患者身上进行两个独立的安慰剂控制的临床试验。虽然我们的方法和装置可以应用于任何视力系统紊乱，但不能将目前的研究看作是限于这些严重的紊乱，在该研究中锻炼和评估的患者是视皮层或光学神经受到损害的人。我们能够第一次展示，在严格控制的临床试验中，通过重复地刺激视野来锻炼患者的视力系统，当刺激具有剩余功能的区域或“过渡区”时，显著地降低了局部失明。
锻炼软件和锻炼程序
锻炼在家用的个人计算机上进行，接受锻炼的患者在有规律的基础上实践，本发明的优选实施例是在黑暗的房间中每日锻炼1个小时到达一定的持续时间，例如在本试验中使用了6个月的时间。但是，任何其它锻炼周期也可以证明是有效的。
由于现有技术中的装置效果较差，所以开发一种特殊的运算法则，其在监视器上产生光刺激物的发射，实现对位于接受锻炼的患者的完好的和受损的视野区域之间的过渡区的重复视力刺激。在第一个步骤中，查找、限定和表征该“过渡区”，即，根据位置、大小和类型确定在所述过渡区内的精确的剩余视力功能。
在所述第一步骤之后，限定一个位于所述过渡区内的锻炼区域。所述锻炼区域是一个位于过渡区内的区域，在该处可以期待由于第一步骤中的过渡区的限定和表征的结果，例如，由于对剩余的最小数量的神经组织的作用，患者的视力系统的神经组织的再生。
在接下来的步骤中，根据第一和第二步骤中确定的表现，进行对功能受损区域的刺激。由于不刺激视野的完好的区域而是仅仅刺激由受损功能表征的这些区域，所以该方法更有效。
另外，与现有技术中只存储用于后面分析的数据的装置不同，在连续的或间断的基础上，本发明使得锻炼运算法则适应于计算位于功能受损区域内或附近的视力系统的性能。
另外，每日的治疗结果可以保存在适当的存储介质上例如磁带或磁盘上，其可以灵活进行的监视和使得治疗策略适合于该患者的锻炼过程。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明。虽然本发明的描述主要是关于视力系统受到严重损坏的患者的锻炼，但本发明的全部内容，即，方法和装置，加以必要的变更均可以由本领域的技术人员给由于年龄的增长其视力系统略微受到损害的人进行训练，以及给为了保持很高的视力质量而对其标准视力进行锻炼的人。在这个范围内，对结合视力系统严重受损的患者的锻炼方法的描述不应当看作是对本发明的限制。在附图中：
图1表示承受部分失明的患者的假定的视野，其中视野划分为患者的视力功能没有受到损伤的扇区或区域(“完好区域”)，视力系统部分受到损伤的扇区或区域(“过渡区”)和视力系统基本上完全受到损伤的扇区或区域(“缺陷区域”)。
图2表示以计算机为基础的高分辨率的视野测量(“HRP”)，其中图2A以圆的形式表示假定的患者的视野，其中在左侧看到的是缺陷区域(圆的带阴影的左侧)，而中间的矩形代表由以计算机为基础的HRP评估的区域；图2B表示对图2A中的中间的矩形的放大，其中右侧的白的区域是具有完好视力功能的区域，灰色的区域是对光学刺激物反应不一致的区域(较亮的灰色表示更大数量的“撞击”)，和黑色区域表示具有缺陷的视力功能的区域；图2C表示图2B的左侧的放大部分，表示具有剩余视力功能的孤立区；图2D表示与图2C中同样的区域，但是是在恢复锻炼之后的区域；和图2E表示图2D与图2C之间的差别，从而显示视力性能的增大或减小。应当注意视力刺激物在“灰色”区域即表现出不同性能的过渡区的形状和位置的基础上作用。大多数视力刺激物作用在该过渡区而不是完好的视野扇区内。与现有技术的装置相反，在现有技术中刺激物或者随机地出现在整个视野中或者刺激物一行接一行地运动，而在本发明中刺激物仅作用在“过渡区”内。
图3表示在恢复锻炼或安慰剂(固定锻炼)之前(白条)和之后(黑条)，承受光神经或视神经后交叉的损坏(平均±SE)的患者的视力功能。HRP作为检测到的刺激物即撞击的数量显示(上面的面板)。下面的面板表示视野从零垂直子午线以视角的度数扩展的视野的位置。
图4表示数据，其中通过测量黑色方块(即没有受到撞击的位置，参见对图1的说明)离开在视角的+20°，+10°，0°，-10°和-20°的垂直位置处的零垂直子午线的距离，确定在HRP或TAP中的边界。通过计算这些测量结果的平均值和计算前一个与后一个之间的差值，确定视野的增大范围。注意在HRP中的边界与利用TAP运算法则得到的边界不同。
具体实施方式
参照附图和优选实施例更详细地解释本发明，但不限于这些实施例。
计算机的运算法则以这样的步骤将视力刺激物作用到人的视力系统上，使得监视器显示固定的点，可以在监视器的任何部分上显示。为了可以对患者的视角进行调整，将固定点用来作为患者相对于某一点的视力固定位置点。接下来，另外的视力刺激物作用在过渡区中或者紧邻着过渡区处，它的位置是根据患者的反应在前面的步骤中确定和改变的。在由Kasten等人公开的现有技术的装置中，视力刺激物的作用与患者的实际效果无关并且因此效率低和耗费劳动。与之相反，本发明中视力刺激物主要作用在过渡区中或附近，即，仅仅部分视力系统受损或有缺陷的视力的区域。
和现有技术一样，在本发明中通过按下计算机键盘上的适当的按键，患者对视力系统的过渡区上的每个光刺激物做出反应。但是，与由Kasten等人(1997)公开的现有技术的装置相反，现在采用针对每个人的锻炼方法，通过避免非针对性的锻炼，来提高治疗效果和适应性锻炼的可能性，并且与此同时，能够减少要实现同样效果的视力刺激物的总数。
从该公开文献中应当清楚将锻炼的区域限制到视野的只是部分受损或缺陷的这些部分是有益处的。当然，作用的实际刺激物可以在大小、亮度、形状或颜色上不同，可以通过不同的手段作用，例如投影屏、简单的计算机监视器或其它视力投影装置例如虚拟现实gargle或头盔。刺激物的类型以及其作用的方式不限，只要确定刺激物作用的位置与患者的具体缺陷相一致，和只要大多数刺激物作用在“过渡区”，即，视力功能受损的区域中。
在视野刺激运算法则后面的理论假定反复刺激神经能够恢复那些有可能会丧失、损坏或不能使用的功能。本发明与现有技术中的装置相比的优点在于，通过将患者的注意力集中到视野受损的区域上，与现有技术的情况相比神经的刺激更大，现有技术中患者必须注意沿着从患者视野的有缺陷的区域到完好的区域的直线运动的小的光刺激物。从这一点主张来看，应当清楚通过指示患者将他们的注意力准确地集中在受到损坏但仍能感觉到具有剩余的视力功能的这些区域上，将注意力集中在视野的部分受损的扇区将导致神经刺激的相对增加。同样将大量刺激物作用在完好的视野扇区是没有好处的。
上述主张不是指失明或基本上完全受损的区域，即以前视力刺激物不能作用的区域中的功能再也不能恢复。相反，我们的临床试验已经显示，即使在这些完全丧失视力功能的区域中，锻炼可以恢复视力功能。图2C至2E表示一个例子。注意经过几个月的锻炼之后，以前失明的区域(图2C中的黑色方块)转变成重新可以看见(图2D中的白色方块)。
另外锻炼的时间不代表视野缺陷的治愈有多快。尽管一些人需要几周或几个月来恢复功能，但在另一些人中改善更快。因此，本发明同样不表示锻炼需要的具体时间周期。
本发明的另一个优点在于由于锻炼而表现出缺陷的区域可以特殊地锻炼。注意在图2C至2E中由于锻炼而性能下降的区域。现有技术的装置中从来没有考虑功能也可能由于锻炼而下降的可能性。因此，同样基于该事实，自适应的方法是有益处的。再者，刺激物作用应当集中在视野的表现出缺陷的这些区域上。
这引出了如何限定视力缺陷区域的问题。存在许多方法可以限定部分受损的大脑区域。在理论中，任何对视力刺激物缺少反应，对刺激物具有延长的反应时间或在识别刺激物中存在问题都对限定视力缺陷的区域起作用。如在现有技术中所描述的，可以通过以下方式证明视力缺陷：(a)通过在测试视力对比灵敏度函数的过程中变化的阈值；(b)通过减小的反应时间；(c)通过患者对刺激物缺乏反应，有意识或无意识的。另外，本发明不对如何限定视力功能的缺陷作任何假定，只要大部分锻炼刺激物作用在对应于部分受损功能的视野的区域(“过渡区”)内即可。
测试该方法在临床试验中的效果
选择下面的试验和患者的特征来证明本发明在原理上能够减小视野缺陷。选择这些例子不是指该视力锻炼仅仅对这些情况有效，而对任何其它患者或具有不同视野损伤的患者无效。虽然优选实施例的目的在于神经系统受到损害的患者，通过本领域的任何普通技术人员，本发明还可以用来治疗没有影响神经系统的眼睛或视力系统的其它紊乱。
为了提供对本发明的效果的证明，我们进行了两项临床试验。参与试验的患者是从130人的较大群体中选择的，他们或者具有光学神经损伤或者具有原始视皮层损坏。他们在预先确定的接受和排除的标准的基础上受到筛选，进行基线评估。为了降低每组患者中的性能的差异，单独地选择接受和排除标准的选择。这些并不表示没有符合这些标准的患者不能受到治疗。事实上，本发明对于任何视力系统紊乱都是有效的。
这里报告的这些数据来自两个独立的临床试验，每个具有一个试验的群体和一个控制的群体。在第一个试验的两个群体中，光神经受损的患者的试验和控制根据患者的年龄进行匹配(失明条件，n＝19)；在第二个试验的患者中，具有视神经后交叉损坏的患者随机的分配(双音测试，n＝19)。至此以后，指示这些患者在家中的监视器上进行视力方面锻炼。
接下来进行的详细描述仅仅是本发明的一个优选实施例。这不表示受到限制，无论是关于作用的刺激物的种类，还是关于所需要的锻炼量，还是视力系统疾病的类型。它仅仅是示范性的例子。
在HRP中，在17″的计算机监视器上作用则具有明显高于检测阈值的亮度的500个刺激物(参见图2)。需要患者恒定地固定在固定点(中间的星)上和在750毫秒内按下按键。为了保证在家庭锻炼中进行正确的固定，固定点(具有4毫米直径的星)随机地从亮绿(95cd/m2)向亮黄(100cd/m2)改变它的颜色，因此需要患者在500毫秒内按下任意键。
白、亮刺激物接连地以150毫秒的持续时间作用，每个位于500个不同的位置(25x20栅格；黑监视屏；刺激物大小(SS)0.15°；刺激物亮度(SL)95cd/m2；背景亮度(BL)＜1cd/m2)。利用下颚支撑物进行视野测定任务和锻炼来保证稳定的头部位置和距离监视器的固定的30cm距离。HRP的整个的分辨率大约比TAP的大4倍(E.Kasten，S.Wuest & B.A.Sabel，J.Clin，Exp.Neurophysiol.，即将出版)。
TAP是在常规临床实践中使用的静态周边，其中视野达到通过具有接近阈值亮度的191个刺激物决定的30°的偏心率(R.Fendrich，C.M.Wessinger，M.S.Gazzaniga，Residual vision in a scotoma：Implications for blindsight，Science 258，1489-1491(1992))。利用摄像机监视眼睛的正确的固定。但是，TAP的方法具有局限性，因为(a)当对接近阈值的刺激物反应时，患者的主观的标准在整个时间上可能变化；和(b)分辨率相对较低。因此，选择TAP性能作为辅助的结果测量。全部视野测定处理的分析包括仅仅在进行锻炼的区域(治疗组)内或者安慰剂组内的相当的区域内得到的值。利用Landoldt圆环值测量视敏度，由此可以计算分辨率的最小角度。另外，进行标准化的诊后病历的查询，从而确定治疗是否使视力在日常生活中得到改善。
测量和统计最终的结果
在锻炼150个小时(大约6个月)之后，利用与基线评估相同的处理进行最终的结果评估。对于参数数据的统计分析，每次研究均计算随后在为此进行对比的两通道ANOVA。学生的t测试用于个体群组的比较。
选择患者
该试验得到了当地医疗伦理委员会的批准。该研究中涉及的患者必须同时具有视野缺陷和视神经后交叉或者通过CT、MRI、外科记录或光学神经萎缩的检眼镜法的文件显示的光学神经损坏。患者如果符合下面的排除标准中的任何一条(括号中给出排除的情况的编号)，则不能进入：
——没充分固定的能力(n＝11)；
——忽视(n＝1)；
——非光学神经的异侧视野缺陷(n＝7)；
——眼睛的紊乱(n＝9)；
——没有剩余的视力(n＝2)；
——没有视力缺陷(n＝1)；
——年龄＞75岁(n＝4)；
——年龄＜18岁(n＝1)；
——已经死亡(n＝2)；
——受损害时间＜12个月(n＝3)；
——癫痫症或具有光敏性(n＝2)；
——有感知的缺陷(n＝12)；
——不愿意参加试验(n＝27)；和
——最初的录像之后没有出现(n＝10)。
在总共130个录像的人中，只有38个参加了该试验。
基线评估
在年龄、性别、受损的分类或损伤大小方面，不同的群体之间在基线特性中不存在差别(参见表1)。在最初的录像之后，我们得到明确的允诺，并且患者参加实际锻炼来使得他们熟悉自己的治疗方法、“PeriMa”(E.Kasten，H.Strasburger，B.A.Sabel，Programs for diagnosis and therapy of visual deficits in vision rehabilitation，Spatial Vis.10，499-503(1997)，参见图2)和处于标准环境发光条件下的单眼Tubinger自动视野测定器2000(TAP)。
接下来是2～4个具有HRP的分开的基线评估训练。将这些重复测量的值的累加后用来作为基线值。至此以后，将患者划分到接受治疗或安慰剂的群体中。
这些结果在接下来的表2中表示为平均值±SE。通过利用LSD测试的为此进行有计划对比的两通道ANOVA分析数据。从两通道ANOVA中得到F值，其中锻炼的类型作为独立因子A而时间(训练之前和之后)作为依存因子B。显示出的明显差别作为与基线#或者位于各个时间点(§)中的群体之间的对比。
*p＜0.05；**p＜0.025；***p＜0.01。
p＜0.10的趋势(*)。应当注意全部群体在所有时间点的TAP中的撞击的数量明显地不同(+p＜0.01)。
$这些值仅包括来自视野的受损害的一半的表现。
°是距离零垂直子午线的视角的角度。
通过学生t测试分析在整个基线数据上的变化。
表1根据治疗的研究参与者的基线特征
Figure GSB00000486197100151
视野放大
原始结果测量：所有恢复群体，但不是控制群体，锻炼之后在他们的接收小视力刺激物的能力大于检测阈值(HRP测试)时表现出明显的改善(表2)。接收恢复锻炼的患者在受到锻炼的视野扇区内对刺激物的反应频率(撞击)比控制群体(视神经后交叉患者：高于基线29.4％，光学神经患者：73.6％，p＜0.05)更高。另外，控制群体没有表现出改善(视神经后交叉患者：7.7％)或者非常小的改善(光学神经患者：14.4％，表1)。因此光学神经患者从锻炼中得到最大的收益(图2和3)。
还在治疗之前和之后评估视野边界的位置(图4)。由于在一些光学神经患者中，损害同时位于视野的两侧，这里在零垂直子午线的两侧上确定边界。在光学神经患者(5.8°±1.2)和视神经后交叉患者(4.9°±1.7)中都发现了边界变化，在安慰剂群体中具有更小的变化(光学神经患者：4.3°±0.69，n.s.)或没有变化(视神经后交叉患者：-0.9°±0.8)。如由原始结果测量所记载的，大多数患者(19个中有18个)从恢复治疗中得到收益。对于HRP，位于基线上的百分数改善或者小于20％(n＝5)，达到50％(n＝5)，达到100％(n＝4)，或者在4个患者中，位于100％以上(在一个患者中的最大值是200％)。
辅助结果测量：在光学神经患者中，由TAP测量的绝对缺陷的区域在恢复群体中明显地降低但在控制群体中没有。在视神经后交叉患者中，在TAP表现中没有那么大的差别。通过利用视角的度数中的TAP数据确定视野边界计算视野大小，恢复锻炼导致边界变化，即，视野大小在视神经后交叉患者中在恢复中只增大0.43°±0.34和在安慰剂群体中减小-0.51°±0.34。在光学神经患者中，边界变化分别是2.1°±0.5和1.4°±0.5。
在参加实验的38个患者中，30个参加了实验后的咨询，其中检查到的72.2％的接收恢复锻炼的患者(n＝18)视力有了明显的改善，但仅有16.6％的控制群体(n＝12)报告有实质性的视力改善(卡方＝8.89，p＜0.003)。注意到在不同的群体之间没有因患者的年龄或性别、视野受损的大小或侧面(右/左)和损害的时间有很大的差别。
计算机控制锻炼的功能意义
第一次我们已经证明，对于光学神经损坏和视皮层损伤，在计算机监视器上进行的视力恢复锻炼带来明显的视野放大。尽管在光学神经患者中有小的改善，但固定训练(安慰剂)对于视神经后交叉患者没有增大视野的范围。全部恢复群体目标的大约95％获得了视野放大，其中在基线上的光检测平均增大56.4％±12.3和对于视神经后交叉或光学神经患者分别具有4.9°或5.8°的视角的平均增大。该变化的值具有功能上的意义：
首先，视野中5°的增大大致上对应于该新闻纸在辐长度距离上的一半，并且小到视网膜中央凹视力的2～3°通常对于阅读是足够了(E.Aufhorn，Soziale Integration in Abhangigkeit von der Prognose，in：W.Hammerstein，W.Lisch(eds.)，Ophthalmologische Genetik，Stuttgart(1985)，368～373页)。
其次，接受我们锻炼的患者中的绝大多数(大约72.2％)报告具有实质性的改善。
视力恢复中涉及的神经生物机械目前是未知的，但在动物和人类中趋同的发现可以提供一些最初的线索。我们提议用该锻炼使得部分结构受伤害的残存神经元件本身恢复活动，即，在具有视皮层损害的一些患者中使存在的边界区域(“过渡区”)或剩余视力的孤立区恢复活动(R.Fendrich，C.M.Wessinger，M.S.Gazzaniga，Residual vision in a scotoma：Implications for blindsight，Science 258，1489～1491(1992))。提出采用过渡区，过渡区通常位于视野的完好和损坏的区域之间(参见图2和4中的灰色区域)，它是部分受损的组织中的残存的神经的功能性代表(B.A.Sabel等人(1997)loc.cit.；E.Kasten等人(即将出版)，(loc.cit.)。根据“最小剩余结构”假设(B.A.Sabel等人(1997)loc.cit.)，小到10～15％的残存神经对于恢复视力是足够的，即，在这些区域中的非常小的残存神经对于使得视力功能恢复活动是足够的(J.Sautter等人(1993)loc.cit.)。这还可以解释为什么具有光学神经损坏的患者从我们实验的恢复锻炼中得到更多的收益，因为他们的过渡区特别大(即，混合损坏的区域，没有给出数据)。因此我们提出仅仅不充分地激活视力目标的部分受损的视力系统中的剩余神经(可能由于“不使用”)，通过在恢复锻炼过程中的反复刺激视力来激活神经。
可想象的是所出现可以接受的视野放大与由Kaas(J.H.Kaas等人(1990)，loc.cit.)所述的相似。他发现在发生视网膜损坏后的猴子经过几个月的治疗后，自然产生的皮层图放大5°，在我们的患者中看到的值是大约等于4.9°～5.8°的视野放大。由于通过恢复锻炼对于受损边界区域的有规律的视力刺激可以明显地增大视野，因此可以将成人视力系统的可塑性的潜能用于人的治疗目的。家用计算机化的锻炼方法既有成本效益，也便于有明显的单侧缺陷的。
总而言之，我们的研究将前面的动物研究的结构扩展到人类，表明受到部分失明的患者从恢复锻炼中得到收益，重新获得他们的部分损失的视力。我们的发现的通常意义是以计算机为基础的锻炼方法可以明显地提高人类的大脑功能。

Claims (8)

1.一种用于锻炼人类视力的装置，该装置包括：
-中央数据处理装置，用来记录、存储、处理和发出传送到和/或来自该设备的其它装置的数据；
-至少一个视力刺激物发出装置；
-可以固定人视野的固定位置点装置；
-输入装置，用来输入人对感觉到的视力刺激物的反应；
-控制装置，用来依照人对感觉到的视力刺激物反映出的表现，控制所述至少一个视力刺激物发出装置；
其中该装置布置为实现以下步骤：
-查找和限定一个位于患者的视力系统中的视力受损或具有剩余视力功能或部分视力系统损坏的过渡区；
-限定一个位于所述过渡区内的锻炼区域；
-通过将视力刺激物作用给患者的视力系统，锻炼患者的视力系统，所述视力刺激物的大部分位于所述过渡区内或附近。
2.根据权利要求1所述的用于锻炼人类视力的装置，包括用来固定和/或支撑患者的头部的装置。
3.根据权利要求1或2所述的用于锻炼人类视力的装置，其中所述视力刺激物发出装置是光发射装置。
4.根据权利要求1或2所述的用于锻炼人类视力的装置，其中所述刺激物发出装置是其所发出的光的颜色、亮度、强度和/或形状可变的光发射装置。
5.根据权利要求1或2所述的用于锻炼人类视力的装置，其中所述刺激物发出装置是计算机屏幕，视频屏幕，投影屏幕或其它视力投影装置例如虚拟现实护目镜或头盔。
6.根据权利要求1或2所述的用于锻炼人类视力的装置，其中用以固定人的注视的所述固定点位置装置是一个标记。
7.根据权利要求6所述的用于锻炼人类视力的装置，其中的标记是彩色标记，其颜色能够改变，从而实现对患者视角的控制。
8.根据权利要求1或2所述的用于锻炼人类视力的装置，用于通过向人提供光刺激物来锻炼人的视力系统或视觉，所述刺激物提供到所述人的视野之内的第一区域中以及所述人的视野之外的第二区域中。
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