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眼视光学
1.4.5.2.1 一、双眼视觉
一、双眼视觉

(一)正常双眼视的定义

在日常生活中,人都是用双眼视物,双眼视轴指向空间同一物体,一个外界物体的影像落在双眼黄斑或其他对应点上,同时聚焦成像,被视觉中枢重叠起来,成为一个完整的、具有立体感的单一物像。大脑还把这个物体定位于视空间某一特定的位置。这种功能称为双眼单视功能,也称融合功能。有了双眼视觉,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。双眼视觉是动物进化过程中形成的最完善的高级视功能。

(二)正常双眼视觉的形成必须具备的条件

1.基本条件 双眼皆位于前方,双眼中心凹注视时,视野绝大部分发生重叠。低等动物的眼球位于头颅两侧,视神经完全不交叉,两只眼的视野互不重叠,它们的两只眼分别都有自己的视力,但是双眼没有融合功能。动物由低级向高级进化,直到哺乳动物或灵长类动物,眼球逐渐由头颅的两侧移到面部,两眼视轴平行,视野大部分重叠,这时候才具备形成双眼单视的基本条件。人类视轴间角度虽然比其他动物要小,但仍然不是完全平行,沉睡时休息眼位成20°左右外斜及10°左右上斜,和眼眶开散角23°大体近似。这样,在人类醒来时,两眼视线需要靠眼外肌的紧张收缩来控制才能保持平行。为了准确地进行同向或异向运动,保持两眼不偏离正位,就必须有多种反射活动加以控制和调整。

2.多种基础反射的形成

(1)代偿固视反射:又称本体深觉反射。头位改变或头随躯干一同改变位置时,均能引起代偿固视反射。此反射是由迷路器及颈部肌肉通过皮质下中枢所引起的无条件反射。例如当人类头向右肩倾斜,将引起前庭反射,产生右眼内旋,左眼外旋。其结果两眼角膜垂直经线仍保持平行,且与正常直立体位相一致,与地心引力方向一致。头向左肩倾斜,则相反。这种反射活动视觉不参与,为不自主的非条件反射,盲人也具备这种反射。

(2)定位固视反射:又称定方向反射。这是一种需要光觉与视网膜刺激的反射活动。当一个光的刺激落在视网膜的周边部,在被感知后立即引起反射活动,将物像移至黄斑部,意图是要把物体看清。这是一种单眼活动。婴儿出生后数天即开始产生对光注视的反应,5~6周的孩子很容易追看灯光,但其时间较短,幅度也比较小。

(3)注视再注视反射:在视力发育过程中,婴儿对周围环境逐渐发生兴趣,经常转动眼球,运用注视再注视反射更换注视目标。在一处可注视,换一位置可再注视。此反射引起的眼球运动速度300°~500°/s,在各种形式的眼球运动中,注视再注视运动是速度最快的一种。

(4)辐辏反射:物体走近,为了维持视网膜黄斑部之物像位置不变,其两眼必须同时内转,引起此反射的刺激是向两眼颞侧移动的物像,知觉传入大脑,然后发出兴奋到达两眼内直肌使眼球内转。婴儿出生后1个月内除休息时眼位转回注视位外,很少出现辐辏运动,2个月开始有辐辏反应,生后6个月对近处可持续集合几秒钟,2岁左右发育已很充分。

(5)调节反射:原始的调节力是靠改变晶体前、后位置来完成,在以后才发展成改变晶体弧度的方式。调节力的增加在有黄斑的动物最明显,因此可知调节的进化是与视力的发育紧密连在一起的。自6个月至2岁半,婴儿视力迅速增加,睫状肌亦开始发育,调节与辐辏进入平行发展阶段,建立有机联系,既互相联系又可在一定限度内单独行使。

如在注视远方或一定距离的物体时,在眼前连续增加近视镜片,至其视力不能再看清1.0时,所增加的屈光度就是辐辏固定,即调节力单独行使的限度。如用同视机检查,注视融合画片,不断向集合方向转动镜筒,直至两像分离时,所转角度即为调节固定,即辐辏单独行使之限度。

3.正常的眼球运动功能 为保证双眼中心凹成像,当眼球向各个诊断眼位运动时,必须保持双眼运动的协调一致,视轴始终平行。

4.视网膜上的物像必须相似 注视目标在两眼视网膜上的物像的大小、形状、颜色及亮度都必须相同或近似。

在下列情况下,两只眼视网膜上形成的物像不同。

(1)屈光参差:两眼的屈光状态相差太大,视网膜上的物像大小、清晰度不同,不能融合。

(2)颜色:视神经和黄斑区器质性病变能引起知觉水平上的颜色差异。

(3)亮度:如果发生单眼轻度白内障或其他屈光间质混浊会引起两眼视网膜上物像亮度不同。

(4)斜视:两眼视轴偏斜后,视网膜上接受不同的物像。

5.正常的视网膜对应 只有两眼的视网膜存在正常的对应关系,才能产生正常的双眼单视功能。若对应关系异常,融合功能就不能正常进行。

(三)双眼视觉的生理机制

1.视觉的方向 视网膜成分生来就具有向空间投射的方向性。这里的视网膜指从视网膜感觉细胞到大脑枕叶视中枢作为一个整体来说。外界的影像落在视网膜上,视网膜成分将按照它自己所固有的方向性向空间投射。也就是从主观感觉这个刺激来自空间一定不变的方位。假如不通过视觉,用微小电极从眼后刺激视网膜,所产生的闪亮幻觉,也是根据刺激部位的视觉方向不同出现在空间的一定方向和部位。这些现象所表现的功能称为视网膜成分的视觉方向。这种功能是由高级视觉中枢的结构所决定的。视网膜黄斑中心凹的视觉方向是代表正前方,在它鼻侧的视网膜成分向颞侧空间投射,颞侧的视网膜成分向鼻侧投射,上方的向下投射,下方的向上投射。

2.视网膜的对应成分或对应点 两眼有相同视觉方向的视网膜成分称为视网膜的对应点。一个物体的影像只有同时落在两眼视网膜的对应点上传入大脑始能被感觉为一个印象;落在非对应点上的物像两眼将投射到空间不同部位而被感觉成两个印象。两眼同名部位有共同视觉方向的只有黄斑部,其他部位的视网膜成分则各根据其与黄斑的距离结成对应关系。一眼黄斑部鼻侧的一点必与另一眼黄斑部颞侧等距离的另一点相对应,落于此两点的物像向黄斑部视觉方向之一侧投射,向本身对侧投射,这种关系成为视网膜对应关系。此功能一方面在于联系双眼视觉,另一方面也是作为对客观定位(分辨物与物之间的关系)及主观定位(自身与外界物体的关系)的重要手段,人类视觉器官在定位功能方面代替其他器官而起作用。

图5-1 双眼单视界

3.双眼单视界(图5-1) 一百多年前Vieth和Müller提出双眼单视界的概念。通过注视点和两眼结点所画的圆称为双眼单视界。当两只眼的中心凹注视空间某一点时,由于两眼中心凹是对应点,就产生双眼单视。这时候注视点以外其他的外界刺激如果也落到两眼视网膜对应点上,它们所产生的视觉也是双眼单视。根据同弧上的圆周角相等的原理,说明双眼单视界上的物体将分别成像在两眼视网膜的对应点上。

4.Panum空间 当注视一个目标时,远于或近于注视点的目标,在两眼视网膜所形成的物像没有超出双眼的融合范围,也会产生双眼单视。视网膜附近这个很小的范围称为Panum空间。偏离中心凹越远,Panum空间越大。

5.主导眼和视网膜斗争 人类在视物时两眼所起作用常不相同,其中一眼往往在一定程度上占优势成为定位及引起融合的主要负担者,此眼称为主导眼(ocular dominance)。在试验的情况下很容易发现,例如双眼同时注视一物体,但视觉定位往往偏于主导眼一侧。在进行辐辏已达极限时,则非主导眼往往首先离去注视位。

如果两物像在外形上有极大差异,无法融合成一个时,则将出现两像交互出现的现象称为视网膜斗争。其结果常形成仅接受其中一个物像,而抑制另一个物像,这个最后被选用的眼常是该人的主导眼。在融合时,仿佛是先用主导眼将被注视物盯住,然后非主导眼再凑上来形成同时知觉,当然这种情况一般是不会被察觉的。

(四)双眼视觉的临床分级

双眼视觉在临床上分为3级:同时视、融和视和立体视。

1.同时视定义 双眼能同时见到两个不同画面的图像,并被大脑综合成一个物像,称为同时视。所用的检查画片完全不同。

(1)正常情况:汽车在房子里,狮子在笼里。

(2)异常情况:

①单眼抑制——只能看到一个画面;②交叉抑制——从笼子的一侧跳到另一侧,或者有时丢失一个物象;③异常视网膜对应——狮子也能进笼子,但看不到某些细节,例如笼子上的铁栏杆;④主客观斜视角不等——患儿说狮子进笼子时,交替点、灭同视机的一个灯,患儿眼球发生转动。

2.融合视定义 双眼能将部分相同、部分不同的图像看成一个图像,称为融合。两张画片大部分相同,只有小部分差异,不同的部分称为控制点。融合为一种通过大脑高级中枢的反射活动,引起反射的条件刺激是落于非对应点上的两个物像,此知觉传入枕叶视中枢引起的兴奋到达眼外肌以协调两眼球的位置。融合的含义不仅是指能把两个物像联合起来,还必须能在两眼物像偏离正位的情况下有足够的能力反射性地保证两像合为一个知觉印象,能引起融合反射的视网膜物像移位幅度称为融合范围。融合范围一般作为双眼视正常与否的标志。分开范围约为4°,辐辏范围则差别很大,一般可在35°以上。

3.立体视觉 是一种高级的双眼单视功能。在同时视和融合功能的基础上形成的独立的双眼视功能,是三维空间的深度知觉。由于人类两只眼睛相距约60mm,因此在观察立体目标的时候,两只眼是从不同角度观察的,左眼看到目标的左侧部分多一些,右眼看到右侧的部分多一些。这样左右眼视网膜上的物像存在一定的差异,造成两只眼视觉上的差异,即双眼视差。两眼视网膜非对应部位的视觉刺激,以神经兴奋的形式传到大脑皮质,便产生了立体视觉。

当头位正直,双眼注视一个目标的时候,远于或近于注视点的物体,在视网膜上形成的物像存在水平方向的差异,称为水平视差。近于注视点的物体,即位于双眼单视圆以内的物体,形成的水平视差称为交叉视差。远于注视点的物体,即位于双眼单视圆以外的物体形成的水平视差称为非交叉视差。位于双眼单视圆周上的物体的水平视差为零,称为零视差。

立体视力又称立体视锐度,是人类视觉系统对视差刺激反应的极限,超出此阈值以后不产生立体视觉。立体视力的高低受许多因素的影响,同时受各种检查方法的影响。临床双眼视觉的检查方法分远、近距离两种,远距离的主要有同视机、Dollman深径计,近距离的有随机点立体图、Titmus偏振光立体图(图5-2)、Frisby立体板等。一般认为立体视力低于或等于40或60为正常范围。

图5-2 Titmus偏振光立体图

(五)干扰双眼视觉的因素

1.光学障碍 由于高度屈光不正或屈光参差使两眼视网膜上的物像明显差异,无法将两眼映像综合成单一的脑内知觉,在此情况下只能抑制一眼的物像(往往为不清晰的像)来解决。光学障碍可能会使一眼脱离固视位置而呈斜视,此种斜视称为目的性斜视。因其运动机制无障碍,其斜视为共同性。此病由病理性的多因外伤或眼疾所引起,如角膜白斑、玻璃体出血、白内障等。上述情况均使一眼视网膜上的物像模糊,妨碍正常双眼视反射的建立。如为双眼将引起眼球震颤,如为单眼则产生共同性斜视。

2.感觉障碍 由于黄斑发育异常、黄斑疾患、视路至视觉中枢的疾患均能引起双眼视觉异常,产生斜视。先天性双侧视觉障碍多产生眼球震颤,如果注视反射已建立,就会产生共同性斜视。幼年时不能形成双眼视者多产生内斜。因其调节力极强,调节会引起过度集合形成内斜。成人双眼视失调后多产生外斜。成人调节辐辏减弱,外斜、上斜多为休息眼位。

3.运动障碍

(1)静力性障碍:眼球位置异常,如颅骨和眼眶发育不对称或眼球本身形状异常等,导致肌肉牵引力异常,辐辏发生困难,属肌肉性的较重要。中胚叶发育分离不充分,附着点、肌力不足等,常为隐斜的常见原因。较大的异常多不能被代偿,严重的异常缺如将引起先天性非共同性斜视。

(2)动力性障碍:调节与辐辏功能之间的比率异常所产生的眼位分离。1864年由Donders提出用以解释各种屈光不正所致的调节性斜视。

4.精神变态性障碍 双眼视在形成过程中,很不稳定,表现脆弱,外界因素的刺激和患儿本身体质下降,都可能阻碍和破坏双眼视的建立。例如:摔伤、惊吓、高热等。许多斜视儿童,常发病于体质不佳时期如麻疹等,有的儿童其斜视是因为模仿别人引起父母对他的注意等精神因素而产生的。但也应明确在这种情况下一定有先已存在的双眼视反射负担过重的情况,因而在神经系统有较大的波动时,使已形成但不够巩固的反射遭到破坏。所以可以考虑这种情况是内外因素相互作用的结果而不是形成斜视的唯一原因。

(六)异常双眼视

如果产生双眼单视的基本条件受到破坏,则会干扰双眼单视的健全发育或者使健全的双眼单视功能发生失调。例如双眼知觉功能或运动功能发生障碍,随之会产生一系列的视觉和运动方面及心理状态的变化。

1.复视或混淆视 一个双眼视正常的人,因疾病或外伤的因素突然导致眼部肌肉平衡失调,双眼运动不能一致或一眼偏斜,空间中不同的物体成像在两眼视网膜的对应点上,即两眼中心凹接受不同方向上的不同物体的刺激,在主观视觉空间中,两个不同的物体位于同一个视觉方向,即不同的物体互相重叠。这种视觉分辨困难现象称为混淆视。

在眼位偏斜时,同一物体成像在两只眼视网膜的非对应点上,注视眼的中心凹接受正前方物体的刺激,而偏斜眼的周边视网膜接受同一个物体的刺激,两个视网膜成分的视觉方向不同,感觉一个物体来自不同的视觉方向,把同一物体看成两个物体,称为复视。

严重的病人主述眩晕,地面高低不平、倾斜,物体位置混乱,不能睁眼,呕吐。不能分辨前后左右,不敢走路,闭上一只眼情况好转。大多数病人主述中经常没有混淆的症状,多有复视症状。知觉系统和运动系统会采取各种代偿机制避免出现视觉的困扰,有些病人可能采取特殊的异常头位,使复像距离缩小或消失,恢复融合功能,或加大复像之间的距离以减轻困扰。年幼的儿童很快出现偏斜眼视网膜抑制。

2.抑制 抑制是指在双眼状态下,一只眼的视觉印象消失,目的是消除复视和混淆的困扰。多数学者认为其发生机制是皮质水平的主动抑制。也有人认为抑制发生在视网膜水平。斜视病人的偏斜眼的抑制范围、深浅变异很大,但是不累及整个视网膜。

3.异常视网膜对应 是一种感受器的适应。斜视者在双眼视的情况下,通过一眼的中心凹与另一眼中心凹以外的点建立点点对应关系,以消除复视现象。这种点点对应关系称为异常视网膜对应。这种斜视患者在斜视矫正术以后,又可能出现新的复视现象,原因就是患者双眼视网膜发生异常对应关系。

4.旁中心注视 在偏斜眼的视网膜上有一点与注视眼的黄斑相对应,这一点叫假黄斑。其定位功能代替了黄斑的定位功能,久之逐渐巩固,甚至在遮挡健眼,偏斜眼变成注视眼时,仍然用“假黄斑”取代中心凹的注视功能,中心凹的注视功能丧失。这种状态称为旁中心注视或旁黄斑注视。

5.弱视 斜视后引起的视觉困扰,复视或混淆视,患者必然抑制非注视眼,若斜视发生在视觉发育的敏感期,斜视眼日久产生弱视;弱视的程度与患者发生弱视的年龄有关系,发病越早,弱视越重,视觉系统发育的可塑期(9~12岁)过后不容易发生弱视。弱视的程度与双眼的屈光状态与斜视的类型有关系。例如,屈光参差的病人当中,有些人一只眼近视度数较大,而另一只眼是低度近视或低度远视,他们看近时用近视度数较大的眼,看远时用另一只屈光不正较轻的眼;又如,固定性内斜视患者,有时候用右眼看左侧物体,用左眼看右侧的物体。这些病人,间歇地应用或交替地应用两只眼,单眼视力可能正常或者弱视程度较轻。

内斜视的弱视程度较外斜视者重,一般来说,外斜视发病比内斜视晚,而且多有间歇期,所以外斜视患者双眼视觉发育较好,而且有一定的融合功能。外斜视患者的眼位及时矫正以后,重建双眼单视的可能性较大。

6.目的性斜视 双眼视觉反射径路上任何之障碍均可能诱发眼位分离。所以在一开始产生的斜视可以认为是被动的。但眼位一旦分离,则机体往往使眼球更主动地趋于倾斜。这种倾斜称为目的性斜视。造成此种变化之原因可能为知觉障碍或运动障碍。总的原因是为了避免复视或视觉混淆,因为两眼物像越远则混淆现象越轻。

在远视眼发生目的性斜视时,可以迫使辐辏达到或超过与调节相适应的程度,在近视眼可使辐辏减少到超过近视允许之限度。上述情况均在于使眼位做最大限度之分离,以减少两物像的混淆,日久逐渐达到其所需要之限度。在儿童时期造成辐辏与调节之主动分离比较容易,尤其是在远视已有与远视程度相适应之辐辏过强,在近视时已有辐辏减弱的基础。

在麻痹性斜视时,常用麻痹眼固视。这样做的原因之一是可令其复像的距离增大,减少扰乱,因为第二斜视角常大于第一斜视角。这也是属于目的性斜视的一种类型。