闪烁的正弦波所引起的视觉不适感并不能通过时空对比敏感度函数来预测

《Vision Research》：Visual discomfort for flickering sinusoids is not predicted by the spatio-temporal contrast sensitivity function

视觉不适的spatio-temporal频率调谐及其与对比敏感度函数的偏离。实验采用静态和16Hz flickering正弦波刺激，测试不同空间频率（0.5-8 cycles/degree）和时间频率（1-16 Hz）下的不适程度。结果显示：静态刺激不适随空间频率增加，而16Hz flicker刺激不适随空间频率降低。所有条件下，16Hz均匀flicker刺激不适度最高。这与对比敏感度函数预测的峰值在中间空间频率和低时间频率不符，但与高效编码模型（高对比刺激下空间和时间频率越高越引发超兴奋）及前额叶皮层活动测量结果一致。研究证实视觉不适不能用阈值敏感度函数预测，需考虑高对比刺激下的神经超兴奋机制。

　　视觉不适感是一种由特定视觉刺激引发的不愉快体验，常伴随着眼疲劳、头痛、干涩、复视、幻觉运动（如闪烁和闪烁感）或幻觉颜色等生理或心理反应。这种现象在不同类型的视觉刺激中表现不一，其中以闪烁和空间重复性刺激最为明显。研究者们提出，视觉不适感的程度可能与对比敏感度函数（Contrast Sensitivity Function, CSF）有关，该函数描述了视觉系统对不同空间和时间频率组合的刺激的敏感度，其峰值通常出现在中等空间和时间频率范围内。然而，近期的研究结果与这一传统观点存在明显差异，表明视觉不适感的调节机制可能不同于我们对视觉敏感度的理解。

### 视觉不适感的复杂性与刺激参数的影响

视觉不适感不仅受到刺激类型的影响，还受到刺激的空间频率和时间频率的调节。研究发现，对于静态和缓慢闪烁的刺激，视觉不适感随着空间频率的增加而增强，但在16 Hz的快速闪烁刺激中，这种不适感却随着空间频率的增加而减少。这表明，视觉不适感并不是简单地由对比敏感度决定的，尤其是在高对比度的刺激条件下，其表现可能更复杂。此外，对于空间均匀的闪烁刺激，不适感随着时间频率的增加而增强，且在16 Hz时达到最大值，成为最不舒适的刺激。这些结果与传统的CSF预测不符，后者认为静态刺激的不适感应达到峰值，而快速闪烁刺激则会减弱不适感。

### 对比敏感度函数的局限性

对比敏感度函数（CSF）是研究视觉系统如何检测不同频率的视觉刺激的重要工具，它描述了在不同空间和时间频率下，视觉系统需要多大的对比度才能检测到刺激。通常，CSF在中等空间频率（约2–5个周期/度）和中等时间频率（约8–10 Hz）处达到峰值，且随着频率的增加或减少而下降。然而，本研究的结果表明，对于高对比度的视觉刺激，这种模式并不适用。研究发现，当刺激的对比度较高时，视觉不适感反而在较高的空间和时间频率下达到峰值，这可能是因为视觉系统在高对比度下对这些频率的响应更为强烈，而CSF通常用于描述低对比度下的敏感度。

这一发现挑战了传统观点，即视觉不适感与对比敏感度直接相关。相反，研究结果更符合高效的编码模型（Efficient Coding Model），该模型认为视觉系统通过调节神经活动来优化信息处理。对于高对比度的刺激，视觉系统可能倾向于增强对高频成分的响应，从而导致更高的不适感。这种现象可能与视觉皮层的神经活动有关，因为高对比度的刺激能够引发更大的电生理和血流动力学反应，而这些反应在低对比度条件下则较为温和。

### 个体差异与视觉不适感的关系

除了刺激参数的影响，个体差异也在视觉不适感的体验中扮演重要角色。研究发现，不同个体对视觉不适感的反应存在显著差异，这可能与他们对视觉刺激的敏感性有关。例如，某些人群（如患有偏头痛或肌萎缩性脊髓侧索硬化症的患者）对特定频率的刺激表现出更高的不适感。研究者们通过Leiden视觉敏感度量表（L-VISS）对参与者进行评估，发现该量表得分与平均不适感评分之间存在强正相关。这表明，个体的主观感受与他们对视觉刺激的敏感度密切相关。

然而，研究也指出，不同研究中对视觉不适感的测量方法存在差异，这可能导致结果的不一致。例如，一些研究仅关注不适感，而另一些则比较了愉悦感和不愉悦感，或者记录了幻觉和变形现象。这些任务的不同可能影响个体对刺激的主观评价，进而导致结果的多样性。此外，问卷调查与直接刺激评价之间的差异也可能影响结果的可靠性，因为前者更多地关注个体的长期特征，而后者则关注当前刺激的即时反应。

### 空间频率与时间频率的交互作用

研究进一步探讨了空间频率与时间频率之间的交互作用对视觉不适感的影响。对于缓慢闪烁的刺激，视觉不适感随着空间频率的增加而增强，但随着时间频率的增加，这种趋势有所减弱。相反，对于快速闪烁的刺激，不适感不仅随着时间频率的增加而增强，还表现出与空间频率相关的复杂模式。例如，在16 Hz的快速闪烁刺激中，不适感随着空间频率的增加而减少，这与低对比度刺激的模式截然不同。

这种空间和时间频率的交互作用表明，视觉不适感的调节机制可能更加复杂，不能简单地用对比敏感度函数来描述。研究者认为，这种现象可能与视觉系统在处理高对比度刺激时的编码策略有关。在低对比度条件下，视觉系统可能倾向于对中等频率的刺激进行优化处理，而在高对比度条件下，高频成分的处理可能更为突出，从而引发更高的不适感。

### 视觉不适感与神经活动的关系

研究还探讨了视觉不适感与神经活动之间的关系。实验中使用了电生理测量（如SSVEP）和血流动力学反应（如fMRI）来评估视觉刺激对大脑活动的影响。结果表明，高对比度的刺激能够引发更大的神经活动，尤其是在高频空间和时间频率下。这种现象可能与视觉皮层对高频刺激的过度反应有关，而这种反应在低对比度条件下并不明显。

此外，研究者还指出，视觉不适感可能与神经系统的噪声水平有关。例如，某些个体可能因为神经系统的噪声水平较高，而对高频刺激的反应更为敏感。这解释了为什么一些研究发现，视觉不适感的峰值出现在较低的空间频率下，而另一些研究则发现峰值出现在较高的空间频率下。这种个体差异表明，视觉不适感的调节机制可能因人而异，且与个体的神经状态密切相关。

### 实验设计与方法

为了系统地研究视觉不适感的调节机制，研究采用了三种不同的空间刺激模式：圆形、小环形和大环形。每种模式下的刺激都具有不同的空间频率（0, 0.5, 1, 2, 4, 或8个周期/度）和时间频率（0, 1, 2, 4, 8, 或16 Hz）。实验中，参与者被要求使用屏幕上的滑动标尺对每种刺激的不适感进行评分，评分范围从“一点也不不适”到“非常不适”。研究者还通过Leiden视觉敏感度量表对参与者进行评估，以了解他们的主观敏感性。

实验结果显示，对于静态刺激，不适感随着空间频率的增加而增强，而在16 Hz的快速闪烁刺激中，不适感却随着空间频率的增加而减少。这表明，视觉不适感的调节机制可能与刺激的类型和对比度密切相关。此外，对于空间均匀的刺激，不适感随着时间频率的增加而增强，且在16 Hz时达到最大值。这进一步支持了视觉不适感与高对比度刺激之间的关系。

### 研究的意义与未来方向

本研究的结果不仅对理解视觉不适感的调节机制提供了新的视角，也为未来的神经科学研究提供了重要的参考。研究发现，传统的对比敏感度函数并不能完全预测高对比度刺激下的视觉不适感，因此需要重新考虑视觉系统的编码策略。此外，研究还指出，个体差异在视觉不适感的体验中起着重要作用，这可能与神经系统的噪声水平和敏感性有关。

未来的研究可以进一步探讨不同刺激参数对视觉不适感的影响，尤其是高对比度刺激在不同空间和时间频率下的表现。此外，研究还可以结合多种测量方法（如电生理、血流动力学和行为实验）来更全面地理解视觉不适感的神经基础。通过这种方式，研究者可以更准确地预测和干预视觉不适感，为相关疾病的治疗和预防提供理论支持。