王先森日记第65篇：虚拟现实技术在视觉训练领域的应用

提起虚拟现实（VR），你会想起什么呢？

或许是酣畅淋漓的3D好莱坞大片，亦或是身临其境的VR游戏？

如果有人告诉你，通过佩戴VR头显、玩玩游戏，就能够矫正弱视这种严重的视觉功能障碍，甚至有可能恢复正常的视力，你是否会觉得不可思议呢？

这就引出了我们今天的话题，虚拟现实技术在视觉训练领域的应用。

弱视，是一种比近视严重得多的视觉功能异常，危害也要大很多，需要及早发现，及早矫正。学界的主流看法认为，成年以后的弱视几乎是不可矫正的。但现实生活中，确实有人利用VR技术矫正了自己成年后的弱视，不仅如此，他依靠这项技术成立了公司，帮助了很多跟他一样的人，他就是Vivid Vision公司的CEO James Blaha。

James小时候被查出患有斜视，这会阻碍他的双眼同时看空间中的同一点，同时，这种情况会导致弱视，使视觉丧失空间的深度感知。

弱视给James的生活带来诸多不便，他尝试过很多治疗的方法，效果却差强人意，直到VR头显Oculus Rift的出现。

2013年3月29日，Oculus Rift开发者套装1代发布后，James采购了一台来体验游戏效果，意想不到的是，患有弱视的他在人生中第一次感受到了3D的视界。他很快意识到VR技术或许可以被用来矫正弱视。经过不断探索，他开发出了名为Diplopia的VR游戏用于矫正弱视，并于2013年12月在indiegogo网站众筹，超额募集到约为预期10倍的金额。James通过使用自己开发的VR游戏进行视觉训练，使得自己患有斜视性弱视的眼睛恢复到了1.0的正常视力。

在Vivid Vision公司的视觉训练中，训练者需要在VR场景中进行游戏。游戏中可以分别控制进入每只眼睛的图像及其亮度，使得投入弱视眼的光亮度更强，视力正常眼的亮度则降低。这样一来，大脑会更多地利用弱视眼获取图像信息，从而提高弱视眼的使用频率，使其不再继续弱化，甚至可以恢复至正常视力。训练者在游戏的过程中不知不觉就完成了视觉训练，训练效果会比传统的训练方法，如遮住视力正常眼强迫弱视眼看物体更有效。在Vivid Vision公司后续产品的开发中，他们在游戏中添加了Leap motion公司的手势识别设备，使得游戏更加有趣。

从2015年起，Vivid Vision 开发的治疗套件开始面向美国专业眼科诊所出售。治疗套件中包含了6套游戏、6套眼部训练和多种测试模式，并支持 HTC Vive，Samsung Gear VR 等多种设备，未来还计划支持Google Daydream。当前，Vivid Vision已经跟全球92家诊所进行合作。专业版的套件需要专业的眼科医生进行操作，考虑到操作的便捷性和降低治疗费用，Vivid Vision还开发了家用版本，为那些无法经常去诊所的人提供专业的视觉训练。而且，即使是在家中使用，医生依旧能够从后台看见患者每日更新的数据，从而追踪治疗效果。

Vivid Vision抓住了VR民用化的第一波浪潮，2017年5月，Vivid Vision获得了Anorak Ventures、CRCM Ventures、Liquid 2 Ventures、SoftTech VC、SOS Ventures、The Venture Reality Fund等投资机构220万美元的种子轮投资。

VR并不是创造一种新的训练方法，它起到的作用主要是提升现有视觉训练方法的沉浸感和趣味性。在多年的研究和临床实践中，视觉训练已经被普遍试用。研究发现，对眼睛进行特定视觉任务的训练可以提升视觉的表现能力，这种视觉任务的训练被称为感知学习（perceptual learning）。视觉训练中特定的视觉任务可以是不同亮度、不同样式的视觉图样，也可以是不同波长的光点，如红光、绿光等。

传统的视觉训练多采用基于显示屏的视觉任务训练，虽然有很多训练任务采取了游戏化的方式来增加训练的趣味性，但是基于显示屏的训练沉浸感不足，训练过程中很容易出现训练者分心的情况，导致训练效果大打折扣。在实验室中利用昂贵的虚拟现实设备也可以做到有沉浸感的视觉训练，不过成本较高，不容易普及。

这一局面在Oculus Rift发布后得到了扭转，以Oculus Rift为代表的廉价VR头显的出现为视觉训练增添了新的活力，使得民用的沉浸式的视觉训练成为可能。使用VR技术进行视觉训练并非完全取代了传统的视觉训练方法，而是充分发挥了VR技术的优势，在充满沉浸感的虚拟世界中以游戏的方式来训练，克服了传统视觉训练方式枯燥乏味、难以坚持的缺点，以一种非常有吸引力和有趣的方式实现了更好的视觉训练的效果。

那么，感知学习可以提高视觉功能，背后的原理是什么呢？

对于研究结果的解释中，一种假说认为感知学习提高了脑部视觉皮层处理视觉信息时的信噪比。大脑中独立的多个神经元对重复的相同的刺激会有不同的反应，这就导致了噪声水平处在比较高的程度。大脑在处理信息时会对多个细胞中的很多神经元的反应做平均处理，得到想要的信号。信噪比决定了能够检测到的对比灵敏度，提高信噪比就提高了视觉功能（visual performance）。

一些研究结果显示，通过给予刺激可以调控脑部神经元的噪声水平，通过变换不同的刺激参数可以使对比灵敏度在比较低的程度下得到提升。Gabor图样是一种很典型的视觉刺激，通过调整Gabor图样的空间频率、空间位置、对比度、方向，以及刺激任务的顺序、内容、刺激时间等，可以起到提升视觉功能的作用，其关键在于合适的刺激参数的选择。国外有一家公司推出了基于感知学习的弱视矫正的产品，公司名为NeuroVision™，其产品已得到了FDA认证。

（感知学习更重要的意义在于，它暗示了脑可塑性（brain plasticity）的存在，即大脑具有在经验和外界环境如学习、训练的作用下塑造大脑结构和功能的能力。感知学习的方法被用在视觉研究领域已有40多年历史，最近10几年越来越得到关注，因为现在的研究结果认为，不同的视觉训练方法对于不同感知能力的提升是可以互相转换的，而不是只针对于某一种特定感知能力的提升。有多项研究将基于PC端的感知学习应用于眼部异常的视觉功能提升，如弱视、远视（即老花眼）、轻度和中度近视、中心或外周视觉丧失（central or peripheral vision loss）以及脑皮层性视觉失明（cortical blindness）等。

值得一提的是，相对于弱视而言，近视在人群中发生的比例更高。目前，感知学习对于近视的预防和矫正还处于研究初期，值得继续探索。

本篇文章转载自刘祺。