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在视觉研究领域，光学离焦（Optical defocus）影响视觉通路发育。为探究其对 ON 和 OFF 通路的影响，研究人员开展相关研究。结果发现，光学离焦和放大对 ON 和 OFF 通路影响不同，该成果有助于理解视觉疾病机制。
在人类视觉系统中，眼睛的晶状体如同精密的 “调焦器”，帮助我们在不同距离看清物体。然而，当眼睛的光学能力与眼轴长度不匹配时，就会出现光学离焦现象，导致近视或远视。这不仅影响视力，还可能干扰大脑中视觉神经元的连接，破坏 ON 和 OFF 视觉通路对光暗刺激的正常处理。此前，虽然知道 ON 和 OFF 通路在空间分辨率、对比度敏感性等方面存在差异，但光学离焦对它们的具体影响尚不明确。为了深入了解这一问题，美国纽约州立大学视光学院（SUNY Optometry）的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《iScience》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，对 12 只成年雄性猫进行电生理记录，通过在猫的初级视觉皮层植入多电极阵列，记录多单元活动来测量 ON 和 OFF 通路的感受野大小和视觉反应强度。在人体实验中，对 23 名人类观察者进行脑电图（EEG）记录，测量他们对不同大小和对比度的光暗棋盘格刺激的反应。同时，研究人员还使用了接触镜和眼镜来诱导光学离焦，并通过计算模型模拟眼轴长度的调整机制。
下面来看具体的研究结果：
- 光学离焦改变感受野大小：研究发现，光学离焦会使 ON 感受野扩大，OFF 感受野缩小。使用接触镜诱导离焦时，这种变化几乎与离焦极性无关；而使用眼镜时，只有正离焦会使 OFF 感受野缩小。在多个皮层神经元和不同离焦程度下，ON 感受野显著大于 OFF 感受野，且两者的大小差异随屈光度数绝对值的增加而增大12。
- 眼镜图像放大影响感受野和反应：正眼镜的图像放大作用使 OFF 感受野大小与屈光度数密切相关，随着眼镜度数增加，OFF 感受野变小。此外，光学离焦和图像放大都会削弱视觉反应，眼镜的屈光力与反应强度、OFF 感受野大小都有很强的相关性，同时正眼镜还会缩短视觉反应潜伏期34。
- ON 和 OFF 通路的空间分辨率差异：在人类视觉皮层中，ON 和 OFF 通路对刺激大小有不同偏好。小刺激能引发 OFF 通路更强的反应，大刺激则使 ON 通路反应更强。这表明 ON 和 OFF 通路在空间分辨率上存在差异，与之前在其他哺乳动物中的研究结果一致56。
- ON 和 OFF 通路对光学离焦的不同调谐：光学离焦对 ON 和 OFF 通路的皮层反应强度有相反影响，它会削弱对暗刺激的皮层反应，增强对光刺激的反应，减少 OFF 通路的优势。而且，ON 通路的离焦调谐与反应强度和最佳刺激大小相关78。
研究结论和讨论部分指出，光学离焦对 ON 和 OFF 视觉通路的感受野特性和反应有不同影响，破坏了两者之间的反应平衡，且眼镜矫正屈光不正并不能完全恢复这种平衡。这一研究揭示了 ON 和 OFF 通路在信号传递光学离焦和屈光不正方面的新作用，为理解眼轴长度的调节机制提供了重要线索。研究提出，眼轴长度可能通过优化图像亮度和大小来调节，使 ON 和 OFF 通路的反应最大化。当视网膜反应较弱且以 OFF 为主时，眼睛会生长；当反应较强且以 ON 为主时，眼睛停止生长。这一机制在不同物种中可能具有普遍性，为研究近视等视觉疾病的发病机制和防治提供了新的思路。不过，该研究也存在一定局限性，其提出的机制无法精确调整焦平面，还需要额外的精细调节来实现图像聚焦。但总体而言，这项研究在视觉神经科学领域取得了重要进展，为后续的研究和临床应用奠定了基础。
