视觉科学早已表明,立体深度感知(立体视觉能力)在中央凹处最强,并且随着从该中心注视点向外偏心的距离增加而减弱(Blakemore, 1970; Fendick and Westheimer, 1983; McKee, 1983; Rawlings and Shipley, 1969; Wardle et al., 2012; Schor and Badcock, 1985; Siderov and Harwerth, 1995),许多其他视觉功能也是如此。例如,在低噪声水平下,中央凹与9度偏心距离之间的立体视觉阈值增加了3到8倍(Wardle et al., 2012)。然而,以往的研究存在局限性。一些实验(Schor and Badcock, 1985; McKee, 1983)使用的中央凹偏心距离范围非常有限,难以将结果推广到更大的偏心距离。其他实验(Wardle et al., 2012; Blakemore, 1970)使用的刺激物足够大,导致中央凹与周围偏心位置之间存在一定重叠。Rawlings and Shipley(1969)使用了较小的刺激物(1度),但没有考虑到视网膜上视觉处理的空间尺度变化,这使靠近中央凹的位置具有优势。
尽管如此,这种功能性的离中心距离梯度在神经生理学上也有体现;特别是神经元的感受野(RF)大小随着离中心距离的增加而增大,这主要是由于在视觉层次结构较高时感受野的合并现象(Freeman & Simoncelli, 2011)。中央凹的优势在处理较高空间频率的视觉信息时尤为明显,但在处理较低空间频率的视觉信息时,中央凹的优势就不那么明显了(Siderov & Harwerth, 1995)。
然而,关于中央凹在立体视觉中具有绝对优势的传统观点可能并不普遍适用,特别是在那些有视觉发育障碍的个体中,例如由于屈光不正(双眼屈光误差差异显著)、斜视(眼球错位)或两者兼有的弱视患者。大规模的弱视视觉功能研究表明,相当比例(>70%)的屈光不正弱视患者仍具有残余的立体视觉能力(Levi et al., 2011, 2015, McKee et al., 2003),而在斜视患者中这一比例要低得多(Birch & Wang, 2009),尤其是在婴儿斜视患者中(<40%)。然而,屈光不正和斜视引起的弱视患者的立体视觉能力通常低于100弧秒(Birch and Wang, 2009, Levi et al., 2011),而这一数值对应于没有视觉发育异常史的对照组中离中心距离为5°或更大的情况(Siderov and Harwerth, 1995, Wardle et al., 2012)。这表明在弱视中介导立体视觉的能力可能位于非中央凹区域。
在这里,我们假设在弱视中,中央凹的立体视觉能力可能比周边区域的立体视觉能力受到更严重的损害。这种差异性可能是因为中央凹较小的、密度更高的感受野更容易受到双眼模糊或轻微错位的不利影响(Verghese, 2023)。相比之下,周边视觉区域较大的感受野在这些不利双眼条件下可能为立体视觉处理提供更稳定的基础,因为它们处理的空间频率较粗,因此对屈光不正引起的模糊不太敏感;或者因为它们较大的感受野允许在双眼轻微错位的情况下部分重叠信息。
为了验证这一假设,我们测量了整个视野范围内的立体视觉能力。具体来说,我们在十三个不同位置测量了立体视觉阈值:中央凹(0°偏心距离)以及水平线和垂直线上2.5°、5°和10°的偏心距离。我们在中央凹使用了较小的刺激物,以避免与附近位置的重叠。为了考虑视网膜上视觉处理的空间尺度变化,我们根据Rovamo and Virsu(1979)的方法调整了所有刺激物的大小,使可见性相等,即每增加3°的偏心距离,刺激物大小增加1°。关键的是,我们不仅测量了具有正常视觉能力的对照组的立体视觉能力,还测量了被诊断为弱视的个体的立体视觉能力。我们预期对照组在中央凹处表现出最佳立体视觉能力,而弱视患者则可能在非中央凹位置表现出最佳立体视觉能力。