运动视敏度测试：基于运动定义图形的视野敏锐度测量

摘要

本文描述了一种基于运动的新型视敏度检测方法，可用于评估低视力和正常视力个体的中心及周边视觉处理功能，同时介绍了一种与磁共振成像（MRI）协议兼容、可限制周边视野的护目镜。该方法为视觉系统的功能性损伤和功能障碍提供了全面的视力评估手段。

摘要

标准的视力测量依赖于静态刺激，例如字母（Snellen视力表）、垂直线（视锐度）或光栅图，这些刺激由视觉系统中对静态刺激最敏感的区域处理，并接收来自视野中央区域的视觉输入。本文提出一种基于简单形状辨别能力的视力测量方法，这些形状由随机点运动图（RDK）中点的运动所定义，由对运动刺激敏感的视觉区域处理，并同时接收来自周边视野的输入。在运动视锐度测试中，受试者需要区分由RDK构成、面积相等的圆形与椭圆形，这些图形通过点的运动一致性、方向或速度与背景RDK相分离。视锐度测量基于对椭圆的识别：每次正确响应后，椭圆逐渐变得更接近圆形，直至达到视锐度阈值。运动视锐度测试可采用负对比度（白背景上的黑点）或正对比度（黑背景上的白点）呈现。由运动定义的形状位于中心视野8个视觉度范围内，并被RDK背景包围。为了检验周边视觉对中心视锐度测量的影响，本文建议使用带有中央孔洞的不透明护目镜，将视野机械性地限制在10度范围内。这种简单且可重复的视野缩小系统适用于MRI实验流程，有助于进一步研究周边视觉输入的功能。本文提出了一种同时评估形状与运动感知的简易测量方法。这一直接的测试能够根据中央和周边视野输入来评估视觉功能损伤情况。所提出的 运动视锐度测试拓展了传统视力检测的能力，可揭示视觉系统受损患者中尚存甚至增强的视觉功能，而这些功能在此前一直未能被发现。

引言

大多数现有的视觉测试主要针对由中央视觉处理的特征进行检查，依赖于来自中央视网膜的输入¹。中央视网膜拥有最密集的视锥感光细胞群，以实现最高的视觉敏锐度，并且缺乏视杆感光细胞，而视杆细胞在周边视网膜中占主导地位²。感光细胞的高度密集排列也反映在神经节细胞密度的增加上，这意味着有更多轴突投射至视神经，并最终传达到视觉皮层。在中央凹以外向周边区域，视杆细胞的数量超过视锥细胞³。由于视杆细胞具有更宽的细胞体以及感光细胞排列较为稀疏，周边视网膜主要对暗光视觉和运动感知敏感⁴。

传统上认为，视觉处理依赖于视野中心区域的刺激，主要用于对静止物体进行精细分析，而其周边部分则专门用于检测运动，并将物体引导至中心凹视觉进行进一步分析^5,6。然而，目前我们已有越来越多的证据表明，在皮层水平上，静止物体处理通路的精细分析并未完全与运动敏感通路分离^6,7,8。传统上，同时测试形状和运动感知的方法包括使用移动光栅⁹、玻璃图案¹⁰以及同心环运动¹¹。我们的目标是引入一种更贴近视觉障碍患者日常生活的测试方法，以降低他们的挫败感，并通过明确展示其视觉处理中某些功能可能仍然保留甚至增强，给予他们希望。所提出的基于随机点运动图（RDKs）的运动视锐度测试，结合了运动与形状感知分析，可同时评估运动和形状感知功能。在该运动视锐度测试中，存在多种可测试的心理物理学特征，例如RDK的不同速度、方向和对比度。通过改变参数，我们可以调控刺激强度，使其特异性地作用于中心或周边视觉处理。例如，检测快速移动物体是周边视觉处理的一个明确特征¹²，而亮背景上的暗刺激则优先由中心视觉处理¹³。该测试最初应用于光感受器发生视网膜变性的患者，其病变可特异性地位于视网膜中央或周边区域¹⁴。视网膜色素变性（RP）表现为周边损伤，在全球患者中的患病率约为1/5000¹⁵。Stargardt病（STGD）的患病率约为1/10000，是青少年黄斑变性（MD）最常见的病因¹⁶。黄斑变性导致的中央视网膜光感受器损伤，或视网膜色素变性导致的周边视网膜损伤，均会引起相应的视野缺损。这些视野缺损反映为特定视觉系统区域相关功能特征的受损¹⁷。重要的是，接受来自未受损视网膜区域输入的视觉系统区域也会受到影响。先前在黄斑变性的动物模型中已证实¹⁸，双眼中央视网膜损伤后，不仅视锐度恶化，而且作为周边处理特征的运动感知能力反而增强。本文所述的运动视锐度测试为规划视觉康复程序提供了重要见解。全面了解视野中心与周边部分之间的相互作用，对于理解视觉系统中剩余部分如何代偿丧失的功能，以及如何通过视觉训练康复程序支持这一过程具有关键作用。然而，关于区域性视网膜变性如何影响视觉处理，尤其是超出其直接受损区域的影响，目前仍不完全清楚。现有的光学测试主要基于对静止形状特征的测量。例如，视锐度测量依赖于静止刺激，如字母（Snellen视力表）、光栅图或游标视锐度图。

为了加深对健康眼以及中心/周边视觉功能受损眼的中心与周边视觉动态关系的理解，引入了一种基于运动的视锐度测试方法，可同时测量形状感知与运动感知。该运动视锐度测试基于对位于中央视野、呈负或正对比度（暗点或亮点）的形状的检测，这些形状为面积相等的椭圆和圆形，由随机点运动图（RDK）构成，并通过速度、相干性或运动方向与相同RDK背景相分离。视锐度以受试者可感知的圆形与椭圆尺寸之间的最小差异来衡量，结果以受试者无法再分辨该差异时所对应的视觉角度表示。此外，为检验亮度对比度是否影响所测得的运动视锐度，刺激可呈现为负对比度（白背景上的黑点）或正对比度（黑背景上的白点）。目前关于视觉系统中正对比度（ON型）和负对比度（OFF型）处理的所有信息均来源于对中心视野的静态刺激研究^19,20。然而，周边视觉对运动信号的处理如何依赖于对比度仍知之甚少^14,21。仅有的发现是，对高速运动的敏感性为周边处理所特有，而中心运动处理则在正对比度（ON型）下对较高空间频率的慢速运动更为敏感¹²。运动视锐度刺激的正、负对比度版本，以及调节点阵运动速度、相干性或方向的能力，对于全面描述整个视野功能至关重要。此外，建议使用特制护目镜（镜片被替换为中央带孔的不透明片）将视野机械性地限制在中央10度范围内。这一易于复制的视野缩小系统适用于fMRI和TMS实验方案，有助于进一步研究周边视觉输入的功能，以及周边视野如何影响中心视锐度的测量结果。类似系统已在先前研究中得到初步验证¹⁴，研究发现，在负对比度和快速运动条件下强烈激活视觉周边区域的运动视锐度测试对所有受试者而言最具挑战性，而Stargardt病患者则完全无法完成。重要的是，通过降低RDK点阵的运动速度以减弱周边视觉刺激，可改善所有受试者的视锐度阈值。综上所述，我们提出一种基于简单形状辨别任务的运动视锐度测量方法，其结果直观明确，患者及其照护人员亦易于理解。本文介绍的运动视锐度测试也适用于学术界以外的使用者，任务本身易于向不同年龄层及各类患者群体进行说明。

方案

所有操作均遵循相关指南和法规，并经瓦尔米亚-马祖里大学伦理委员会（WUM）批准（编号：KB/157/2017）。已从所有参与者处获得书面知情同意，确保其了解实验的总体目标以及其数据将被用于统计分析。所有呈现的视觉刺激均使用基于 Java 的桌面应用程序（Viscacha2）生成，该程序专为本实验设计。

1. 设置

1. 准备一个安静且光线较暗的房间。搭建一套设备，包括一台计算机、一个键盘、一块平面显示器、一个眼动仪（可选，视具体研究问题和目的而定；参见材料表）、一张桌子、一个下颌托架和一把椅子。布置设备时，应使受试者能够坐在下颌托架上，双眼正对显示器上半部分中心位置，双手可触及键盘上的方向键。显示器与眼睛之间的水平距离应为 85 cm。
   注意：尽管受试者在实验过程中已接受训练，并被明确要求始终注视中央的注视十字，但使用眼动仪进行测试可在数据分析阶段额外控制并筛选出那些注视波动过多的受试者。此外，根据研究目的的不同，眼动仪结果可能为不同受试者群体的注视模式、瞳孔大小或兴趣区域提供有价值的见解。
2. 访问 https://github.com/grimwj/Viscacha2，点击Code按钮下载 ZIP 文件并解压缩，将其保存至工作目录中。
3. 按照 README.txt 文件中的说明完成安装步骤。若使用眼动仪进行测试，还需按照说明完成眼动仪软件的安装并正确安装眼动仪硬件。
4. 通过双击 Viscacha2.jar 文件运行程序，以进行初步检查。初始界面显示后，按键盘上的ESC键退出程序。
5. 浏览新创建的文件夹——experiment_data、TestPatient、Shape_Brt。使用电子表格编辑器打开 .csv 文件（设置分号作为字段分隔符），核对屏幕尺寸、屏幕距离等参数是否正确。
   注意：本方案后续步骤均基于以下假设：使用分辨率为 1920 x 1080、尺寸为 31.5 英寸的显示器，受试者与屏幕之间的距离为 85 cm。这意味着屏幕在水平方向上占据 44.6° 的视觉空间。若无法满足上述参数，可参考第 5 步重新配置程序。

2. 确定测试的初始难度

1. 打开 config.txt 文件，找到包含 patient_name=TestPatient 的行，将 TestPatient 替换为用于标识受试者的文本。
2. 在 config.txt 文件中，找到 filename=Shape_Brt.txt 这一行，确保该行不以井号符号 # 开头（即该行为未注释状态）。
3. 请受试者坐在显示器前方，下巴置于下颌托上，双眼正对显示器上半部分的中心位置。确认其与屏幕的距离正确，并确保受试者能够方便地使用键盘按键。
4. 进入 Viscacha2.jar 所在目录并运行程序。指导受试者在整个实验过程中始终将视线聚焦于屏幕中央的注视十字。
5. 屏幕两侧将分别呈现一个圆形或椭圆形，二者与中央注视十字的距离相等。受试者的任务是使用键盘上的左右箭头键从中选择圆形。向受试者说明任务要求，待其准备就绪后，按下 s 键开始实验。实验将持续进行，直至受试者按下其中一个箭头键为止。
6. 当出现四次方向反转或达到最大试验次数时，程序自动结束。方向反转是指受试者在前一次正确选择后做出错误选择，或在前一次错误选择后做出正确选择的情况。
   注：本实验采用阶梯式（staircase-type）程序。每次正确反应后，下一次试验的难度增加；每次错误反应后，难度降低。图 1 展示了一位代表性受试者在多次试验中阶梯水平的变化过程。
7. 记录任务结束时的四次方向反转，并确定检测阈值。打开相应的 .csv 结果文件，在文件末尾附近找到 THRESHOLD 列，利用该列中的数值计算后续任务的初始难度。
   注：本实验也可采用恒定范式（constant paradigm），即难度水平固定不变。实现方式为：在 init.txt 文件中，将 Experiment_Type=Constant 所在行前的井号符号 # 删除（即取消注释），并在 Experiment_Type=Staircase 所在行前添加井号符号 # 进行注释。

图 1：Shape_Brt 实验过程中（后续试验）阶梯水平的变化。 红色曲线表示阶梯水平，对应于 S- 刺激（椭圆）的长宽比。当出现 4 次反转（蓝色条）后，受试者的检测阈值即已确定，任务结束。 请点击此处查看该图的放大版本。

8. 将新获得的阈值作为下一次刺激呈现的基线（步骤 2.3–2.5）。要将新阈值替换到所有刺激定义文件中，请使用 replacer 文件夹内的 Python 脚本，并按照屏幕上的说明操作。

3. 刺激程序

注意：共进行 10 次实验：5 次使用黑色背景上的白色圆点，5 次使用白色背景上的黑色圆点。

1. 相干性任务
   1. 当受试者准备就绪后，打开 config.txt 文件，注释（即插入井号符号）行 filename=Shape_Brt.txt，并取消注释下一行，包括 shape_dotsB_C.txt 任务。在此任务中，圆形和椭圆形由以 10°/s 速度随机运动的点组成。背景由以与圆形和椭圆形中相同的速度一致向上运动的点构成。
      注意：通过编辑每个任务定义文件中的 Direction 参数，可以设定背景点的不同运动方向。
   2. 运行 Viscacha2.jar。用简单的语言向受试者说明任务内容，例如：“请始终指向圆形。”当参与者准备就绪后，按下 s 键以开始实验。等待实验完成。
   3. 打开 config.txt 文件，注释行 filename=shape_dotsB_C.txt，并取消注释下一行，包括 shape_dotsW_C.txt 任务。重复步骤 3.1.2。
2. 方向任务
   1. 当受试者准备就绪后，打开 config.txt 文件，注释先前选定的文件名。取消注释包含 filename=shape_dotsB_D.txt 任务的行。在此任务中，圆形和椭圆形由以 10°/s 速度一致向上运动的点组成。背景由以与圆形和椭圆形中相同速度一致向左运动的点组成。
   2. 运行 Viscacha2.jar。向受试者说明任务内容。当参与者准备就绪后，按下 s 键以开始实验。等待实验完成。
   3. 打开 config.txt 文件，注释行 filename=shape_dotsB_D.txt，并取消注释下一行，包括 shape_dotsW_D.txt 任务。重复步骤 3.2.2。
3. 速度任务
   1. 当受试者准备就绪后，打开 config.txt 文件，注释先前选定的文件名。取消注释包含 filename=shape_dotsB_V10_20.txt 任务的行。该任务包含三种条件。圆形、椭圆形和背景均由一致向上运动的点构成，且圆形和椭圆形内的点始终比背景点运动得更慢：i) 10°/s 对比 20°/s；ii) 5°/s 对比 10°/s；iii) 1°/s 对比 2°/s。
   2. 运行 Viscacha2.jar。向受试者说明任务内容。当参与者准备就绪后，按下 s 键以开始实验。等待实验完成。
   3. 打开 config.txt 文件，注释行 shape_dotsB_V10_20.txt，并取消注释下一行，包括 shape_dotsW_V10_20.txt 任务。重复步骤 3.2.2。
   4. 重复步骤 3.3.1 至 3.3.3 两次，分别用于任务 shape_dotsB_V5_10.txt 和 shape_dotsW_V5_10.txt，以及 shape_dotsB_V1_2.txt 和 shape_dotsW_V1_2.txt。
      1. 为避免每次任务完成后手动更改文件名，可使用 sweep_file 选项。在 config.txt 文件中，将 sweep_files 字段设置为 0，以在每个任务过程结束后终止程序。
      2. 使用此设置运行 Shape_Brt.txt 任务，以确定初始基线阈值。一旦设定基线，在连续运行多个任务时，将 sweep_file 设置为 1 至 9 之间的整数。该整数决定连续任务之间的切换次数（例如，若设置为 1 且 shape_dotsB_D.txt 被取消注释，则程序将运行此任务及其下一个任务；若设置为 9，则所有任务都将依次运行）。程序内部将在每次实验完成后重新生成一个新的配置文件，将先前选定的文件名注释，并选择下一个文件名用于后续实验。

4. 限制视野的护目镜

1. 为了暂时去除周边视野，可使用游泳镜（图2），将透明镜片替换为不透明的白色镜片。镜片中央设有直径为1.4 mm的孔径，使视野限制在中央10°范围内。为了使游泳镜适用于每位受试者，并尽可能匹配个体间的自然眼距，制作14副不同孔距的游泳镜，孔距范围从58 mm到72 mm（每副之间间隔1 mm）。

图 2：窄孔护目镜。 中央孔径的直径为 1.4 mm。我们共有 14 对护目镜，孔间距从 58 mm 到 72 mm 不等。请点击此处查看此图的放大版本。

2. 使用直尺确定受试者两眼之间的距离。将直尺置于双眼正上方，与眉毛齐平，使“0”刻度对准一只眼睛的中心。通过查看第二只眼睛上方对应的刻度值，计算第二只瞳孔的距离（单位为 mm）。在操作过程中，要求受试者尽可能保持目光稳定。
3. 选定最合适的镜片组合后，给予 15 分钟的休息时间。在此期间，让受试者在房间内自由活动、使用手机或阅读，以帮助眼睛适应新的视觉条件。
4. 从第 3 步重新开始实验流程。

5. 重构

1. 屏幕尺寸与距离校准
   1. 若使用不同的显示器，请将屏幕尺寸（分辨率和对角线长度）输入配置文件中（resolution_v 表示垂直分辨率，resolution_h 表示水平分辨率，diagonal_inch 表示屏幕对角线长度，单位为英寸）。
   2. 运行 Viscacha2.jar。初始屏幕显示后，按 ESC 键终止程序。打开包含结果的 .csv 文件。
   3. 查找包含 Distance mm 字样的行，并记录该数值。
   4. 重新调整实验装置，使受试者能够坐在新计算出的距离位置上。计算时应确保屏幕宽度在水平方向上占据 44.6° 的视觉空间。该角度由 full_angle_h 参数定义，也可在 config.txt 文件中进行修改。
      注意：也可使用 full_angle_v 参数对屏幕高度进行校准。请注意，这两个参数只能设置其中一个，另一个必须以 # 开头注释掉。
2. 刺激定义
   1. 在单独的文件中定义刺激参数（例如 shape_dotsB_C.txt）。某些值（如 S- 的尺寸 Ellipse_X、Ellipse_Y）以像素为单位。若需将像素转换为视觉角度，请将该数值乘以从结果 .csv 文件中提取的“像素到角度”乘数。
      注意：刺激参数（如点的相干性）已预先定义，并可针对每一层（背景、形状 S+、形状 S-、噪声）进行调整。例如，在相干性任务中，圆形和椭圆形由以 10°/s 速度随机移动的点构成（coherence = 0.0）；背景则由以相同速度一致向上移动的点构成（coherence = 1.0）。Viscacha2 目前尚无正式的用户手册。有关刺激定义的更多信息，请参阅 Viscacha2 代码仓库中的 stimuli_description.ods 文件。

结果

运动视敏度任务会为每位参与者针对每种刺激程序生成一个结果文件。在文档文件夹内的代码仓库中，已包含一名测试参与者的示例日志文件。第1行至第31行报告了多种设置信息，例如受试者姓名和配置参数。任务区块从第34行开始，记录了进一步分析所需的重要信息：事件时间、事件类型、试验编号、持续时间、选择、正确性、成功与否、实验者、外部刺激、反转次数以及阶梯水平。需要特别注意的是，“选择”和“成功”两列不应为空；若为空，则可能表明响应工具（键盘或反应板）出现故障。从第170行起，阈值结果在“threshold”（阈值）一列中报告。请注意，步骤1.2中提到的关联代码仓库包含一个用于清理日志文件的日志预处理脚本。该日志文件可用于分析响应准确性，方法是比较“selection”（选择）列与“correct”（正确）列，或直接查看名为“success”（成功）的列。另一个有用的报告值是持续时间，可用于反应时间的分析。

对于关于运动视敏度阈值的研究而言，关键变量是低于列阈值的数值。每位参与者在每次刺激呈现时都会有一个阈值，可以比较来自不同对比度和/或不同任务的阈值。

在图3中，展示了一组对照组的代表性图示，该组在完整视野条件下（即未佩戴视野限制护目镜；图3A、B）和受限视野条件下（佩戴视野限制护目镜；图3C、D）进行了测试。纳入的对照组参与者具有正常视力或矫正至正常的视力。

图3：对照组的代表性结果。（A, B）全视野条件下的测试结果，以及（C, D）使用遮挡周边视野的护目镜进行的有限视野条件下的测试结果。从高速度（10/20 度）到相干性任务的运动视敏度阈值分别显示在（A, C）右侧的负对比图和（B, D）右侧的正对比图中。纵轴表示运动视敏度阈值，即以视觉角度表示的最小可感知差异。个体阈值以圆圈表示，同时展示了均值与标准误。请点击此处查看此图的放大版本。

在图4中，对两组患者进行了测试：患有周边光感受器退化的患者（视网膜色素变性，RP；图4A、B）和患有中心光感受器退化的患者（Stargardt病，STGD；图4C、D）。为了正确纳入患者，最终诊断是在典型的眼科检查以及辅助检查（如光学相干断层扫描（OCT）、荧光素血管造影（FA）和电生理检测（闪光视网膜电图，FERG））之后确定的。此外，如果患者无法看见或完成用于确定测试初始难度的基线任务（Shape_Brt.txt），则自动将其排除在实验程序之外。

图4：视网膜色素变性（RP）和Stargardt病（STGD）患者的代表性结果。（A, B）周边视力丧失的RP患者结果；（C, D）中心视力丧失的STGD患者结果。从高速度（10/20度）到相干性任务的运动视锐度阈值显示于（A, C）右侧的负对比度图（左图）和（B, D）正对比度图（右图）。纵轴表示运动视锐度阈值，即视觉角度上可感知的最小差异。个体阈值以圆圈表示，同时显示均值和标准误。请点击此处查看该图的放大版本。

在图3和图4中，纵轴表示为可感知的最小差异的敏锐度阈值；横轴将结果按任务分为：快速10/20、中速5/10和慢速1/2，对应于快速运动方向和一致性的条件。任务在两种对比条件下呈现（即a和c为负性，b和d为正性）。每位参与者的数据以单个点表示，误差线代表标准误。

这些代表性结果表明，在全视野对照组中（图3A），各任务之间的运动视敏度阈值相似，其中负对比度下最困难的任务速度为10/20，正对比度下最简单的慢速任务为1/2。需要注意的是，佩戴遮挡周边视野的护目镜后（如视野受限条件所示），受试者间结果的离散程度降低，表明成功实现了对中心视野与周边视野视觉刺激的测量（图3B）。对于患者群体（图4），通过速度任务也可观察到视觉损伤对运动视敏度阈值的影响。对于中心视野尚存的视网膜色素变性（RP）患者（图4A、B），最慢的任务最容易完成；而对于周边视野尚存的Stargardt病（STGD）患者（图4C、D），其表现趋势相反，表现为速度1/2（慢速）时阈值更高，而速度10/20（快速）时阈值更低。相比之下，方向辨别与相干运动任务未能区分这两类患者群体。

刺激材料的代表性视频以 .mp4 格式提供，详见补充文件1、补充文件2、补充文件3、补充文件4、补充文件5、补充文件6、补充文件7、补充文件8、补充文件9、补充文件10、补充文件11。请注意，在这些录像中，白色光标表示圆圈（刺激S+）的位置，正确选择应针对该位置。在实际实验过程中，此光标不可见。这些录像是在基线任务（Shape_Brt）、一致性任务（shape_dotsB_C 和 shape_dotsW_C）、方向任务（shape_dotsB_D 和 shape_dotsW_D）以及速度任务（快速 10/20 度：shape_dotsB_V10_20、shape_dotsW_V10_20；中速 5/10 度：shape_dotsB_V5_10、shape_dotsW_V5_10；慢速 1/2 度：shape_dotsB_V1_2、shape_dotsW_V1_2）条件下，分别在正对比度和负对比度下采集的。

补充文件1：用于计算初始阈值的基础任务。 圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。每次选择后，椭圆形会改变其形状：如果回答正确（参与者选择了圆形），椭圆形的形状会变得更接近圆形；如果回答错误（参与者选择了椭圆形），椭圆形的形状会变得更加明显，遵循阶梯法程序。在整个过程中，要求参与者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件2：负对比条件下的相干性任务。 随机点运动（RDK）由在白色背景上移动的黑色点构成。两个位于中央的形状由RDK运动定义：在形状内部，点随机移动，而背景中的点以10°/s的速度向上移动。任务难度由基线任务设定。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求参与者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件3：正性对比中的相干性任务。 随机点运动（RDK）由黑色背景上的白色点构成。两个位于中心区域的形状由RDK的运动定义：在形状内部，点随机移动，而背景中的点以10°/s的速度向上移动。任务难度由基线任务设定。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求参与者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件4：负对比度下的方向任务。 随机点运动（RDK）由在白色背景上移动的黑点构成。两个位于中心区域的形状由RDK的运动定义：在形状内部，点向上以10°/s的速度运动，而背景则向左以10°/s的速度运动。初始难度水平设置同补充文件2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件5：正对比度下的方向任务。 随机点运动（RDK）由在黑色背景上移动的白色点构成。两个位于中心区域的形状由RDK的运动定义：在形状内部，点以10°/s的速度向上移动，而背景则以10°/s的速度向左移动。初始难度水平设置同补充文件2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件6：负对比度下的快速速度任务。 随机点运动（RDK）由白色背景上的黑色点构成。两个位于中心区域的形状由RDK的运动定义：在形状内部，点以10°/s的速度向上移动，而背景中的点以20°/s的速度向上移动。初始难度水平设置同补充文件2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件 7：正对比度下的快速速度任务。 随机点运动（RDK）由在黑色背景上移动的白色点构成。两个位于中心区域的形状由 RDK 的运动定义：在形状内部，点以 10°/s 的速度向上移动，而背景则以 20°/s 的速度向上移动。初始难度水平设置同 补充文件 2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件 8：负对比度下的中等速度任务。 随机点运动（RDK）由白色背景上的黑色点构成。两个位于中心区域的形状由 RDK 的运动定义：在形状内部，点以 5°/s 的速度向上移动，而背景中的点以 10°/s 的速度向上移动。初始难度设置与补充文件 2相同。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件 9：正对比度下的中等速度任务。 随机点运动（RDK）由在黑色背景上移动的白点构成。两个位于中心区域的形状由 RDK 的运动定义：在形状内部，点向上以 5°/s 的速度运动，而背景中的点向上以 10°/s 的速度运动。初始难度水平设置同 补充文件 2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件 10：负对比度下的慢速任务。 随机点运动（RDK）由白色背景上的黑色点构成。两个位于中央的形状由 RDK 的运动定义：在形状内部，点以 1°/s 的速度向上移动，而背景中的点以 2°/s 的速度向上移动。初始难度水平设置同 补充文件 2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

补充文件 11：正对比度下的慢速任务。 随机点运动（RDK）由在黑色背景上移动的白点构成。两个位于中心区域的形状由 RDK 的运动定义：在形状内部，点向上以 1°/s 的速度移动，而背景中的点向上以 2°/s 的速度移动。初始难度水平设置同 补充文件 2。圆形和椭圆形显示在注视十字的一侧。在整个实验过程中，要求受试者始终注视注视十字。请点击此处下载该文件。

讨论

本文介绍了一种基于随机点运动图的新方法，用于测量视觉运动视敏度。结果以圆与椭圆之间的最小可感知差异表示，可用来判断受试者何时开始无法区分不同形状。差异越小，视敏度越高：这意味着即使圆与椭圆几乎完全相同，受试者仍能辨别出圆的位置。本文所呈现的运动视敏度测试结果以视觉角度表示，可与基于识别视敏度的常规临床测量进行关联，后者需要识别不同大小的高对比度字母²²。 

实验装置的准备至关重要。如步骤1.1所述，光线较暗的房间是进行该操作的最佳选择。必须遮蔽所有额外的光源（例如显示器、反应盒、眼动仪或房间内其他设备上的指示灯）。同样，建议在声学隔离的房间内进行操作，以避免任何可能的干扰。由于点阵的生成依赖于显示器的距离和尺寸，因此必须明确定义被试与显示器之间的距离以及显示器的大小。

此外，如步骤1.1的注释中所述，强烈建议使用眼动仪来监测受试者的注视情况。在实验过程中，受试者在接受指导后独自坐在一个小房间内，而实验人员则坐在实验室外的相邻空间，通过眼动仪摄像头监测其注视方向和头部运动。当无法使用眼动仪时，实验人员可通过安装在测试显示器上方的摄像头，并在另一个屏幕上查看实时图像，以控制受试者的头部位置。先前一项针对视网膜色素变性（RP）和Stargardt病（STGD）患者的研究已证实，无论是否使用眼动仪，这两种设置均具有良好的效果¹⁴。然而，使用眼动仪不仅能够实时监测注视点，还可用于后续的数据分析。

通过添加操作说明屏幕或加入声音指令（针对视力障碍的参与者），可对实验流程进行改进。口头讲解实验步骤可能导致每次解释存在差异，从而引起参与者表现不一致。此外，基线任务（Shape_Brt）与其他任务在视觉呈现上的不同，有时会使部分参与者感到繁琐和困惑；因此，强烈建议明确告知参与者后续刺激与初始任务相比将有何种差异。如果某位参与者无法完成特定任务或表现出操作困难，建议更改 sweep_file 参数的数值（步骤 3.3.4 的注释），以实现每次仅测试一个任务。这样，实验者可以更好地控制实验流程，手动决定是否退出当前任务并进入下一个任务。使用视野狭窄护目镜的实验步骤有时可能难以适应每个人。选择合适护目镜的一个建议方法是：要求参与者固定注视前方某一物体，头部保持不动，先遮住一只眼睛，再遮住另一只眼睛。如果参与者能够分别用每只眼睛清晰地看到该物体，则其所佩戴的护目镜是合适的。

众所周知，对于静止刺激，明暗信息的处理在视网膜和皮层水平上是分离的，其中暗刺激的处理占主导地位¹²。在此，通过使用运动刺激，本方案提供了一个独特的机会，可同时研究在负对比度或正对比度下，视野特定区域的缺失如何影响运动和形状的加工。参与者报告称，在负对比度下以10/20°的快速速度进行任务时，对中心位置形状的辨别受到严重干扰。这与负对比度下快速移动刺激激活外周视野皮层表征的结果一致²³。在对照组中，通过使用视野狭窄护目镜在实验前遮蔽外周视觉输入15分钟，结果并未影响运动敏锐度。然而，我们观察到个体结果的离散程度较小，这很可能揭示了中心与外周视觉处理之间相互作用的个体差异。在缺乏运动敏感性外周区域的情况下，运动检测是如何运作的？我们能否观察到受损区域功能向残余区域的代偿性接管²⁴？其程度如何？得益于这一易于编辑的测试组合，可以检验刺激特征的变化如何影响视觉加工过程。所有可能影响视觉处理的参数均可调整：运动点的颜色、速度、大小等。这一灵活性为使用者提供了广泛的测试选择，可用于在不同实验操控条件下全面评估整个视野及视觉功能。我们选择在中心8°范围内测试运动敏锐度，以区分中心精细加工与外周运动刺激⁵。然而，未来的使用者可根据需要调整刺激在视野中的大小和位置。

如先前研究所示，中央视网膜病灶增强了对运动刺激的感知能力，这是周边视觉的特征¹⁸。此外，一项针对患有中央视网膜损伤的MD患者的fMRI研究²³显示，视觉皮层中包括V1在内的某些区域原本对中央视觉刺激无反应，但在接受周边视觉刺激时被激活，这反映了视觉系统可能对长期中央视力丧失所做出的适应性调整。RP患者组中较高的变异性可能源于个体间在疾病进展和症状表现上的显著差异。此外，RP患者通常难以适应视力丧失，表现出不规则的眼跳模式^25,26，这或许可以解释他们行为差异较大的原因；因此，如步骤1中所述，建议使用眼动仪，尤其是在对患者进行测试时。

该方案并非没有困难和局限性。每次实验会话的日志文件可能难以阅读和清理。因此，在步骤1.2中，已通过提供的链接开放了包含日志清理代码的代码仓库。此外，招募高度近视程度较高的受试者进行测试可能存在困难。该任务要求受试者能够清晰地看到随机点阵图（RDK），并至少能够在给定的显示器距离下区分前景与背景。

 所提出的基于运动的视锐度测试使我们能够评估不仅依赖于中心视野输入、同时也依赖于周边视野输入的视觉功能¹⁴。运动感知与精细静态细节的感知并非完全分离，最近一项研究显示，适应同心环运动后视锐度提高，即证明了这一点¹¹。该视野缩窄系统可在磁共振成像（MRI）扫描仪内使用，且符合安全指南²⁷，也可在经颅磁刺激（TMS）或经颅随机噪声刺激（tRNS）过程中使用^28,29，从而有助于追踪在健康对照者及患者中因视觉视野受限所引发的皮层动态潜在机制。 

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
颏托			定制
计算机			Windows 10 或更高版本
显示器			1920 × 1080，31 英寸
EyeLink 1000 Plus	SR Research		桌面安装
USB 键盘
USB 鼠标