儿童青少年双眼跳跃功能的发展特性
【摘要】 目的 了解儿童双眼视觉诱导性眼跳跃（VGS）和记忆诱导性眼跳跃（MGS）随年龄发展的特性。方法 采用组合式眼动仪附加多视角定位测试法，对5～19岁健康男性儿童青少年按年龄分为8组，每组8人进行双眼跳跃功能测定。二极管红色闪烁点（LED）定位于中央点、水平方向、垂直方向和斜方向，各方向视角分别有5、10、15、20、30、40度6个点，共计49个闪烁点，指标包括潜伏期、振幅准确率以及最大角速度。结果 VGS和MGS潜伏期均随年龄增长而缩短，5～13岁儿童期VGS潜伏期在200～400 ms范围内，15～19岁以后稳定于200 ms；MGS潜伏期9岁以下平均为461 ms，11～15岁为381 ms，17～19岁为272 ms。VGS和MGS振幅准确度均随年龄而呈递增趋势，MGS更加明显。VGS和MGS最大角速度亦随年龄增长而呈缩短趋势，表明随年龄递增，眼动稳定性增强，振幅准确率提高；比较而言，MGS较VGS发展特性与年龄相关更密切，提示MGS与阅读时的眼动和大脑基底核功能相关，可作为临床检测指标。结论 儿童双眼跳跃功能随年龄增长而提高，阅读时的双眼跳跃主要受MGS作用影响。
【关键词】 儿童; 眼扫视; 视觉，双眼; 记忆
Development characters of both eyes saccade function in children
JING Jin
（Department of Children and Adolescents Health, Sun Yatsen University of Medical Sciences, Guangzhou 510089, China）
【Abstract】 Objective The aim of the author is to explore the developmental characteristics of both eyes visually guided saccade (VGS) and memory guided saccade (MGS) in children. Methods Combining the electro-oculography with the multiple visual angles oriented test, the authors measured the latency, accuracy of amplitude and peak velocity in healthy boys aged from 5 to 19. The light of electro-diode (LED) was respectively set up in different directions on the screen from central spot to horizontal, vertical and oblique directions. In each direction six spots were selected by different visual angles (5, 10, 15, 20, 30 and 40 degree) and the total points were 49. Results The latencies of VGS and MGS were shorten with the age increasing. The VGS latency of 5 to 13 years children was within the scope of 200 to 400 ms, of 15 to 19 years was 200 ms. The average MGS latency was 461 ms in children under the age of 9, 381 ms in 11 to 15 years, and 272 ms in 17 to 19 years. The amplitude accuracies of VGS and MGS increased with the growth of children, especially for MGS. The peak velocities of VGS and MGS showed a decrease trend with the age increasing. The study showed that the eye movements became more stable with the age growth of children. The development characteristics were correlated more closely with the age for MGS than VGS. The results showed that MGS correlated with the eye movements of reading and the function of brain fundus nucleus, which might be used as one of the clinical indexes of diagnosing reading disability. Conclusion The both eyes saccade in children could improve with the age growth. The both eyes saccade of reading might be affected mainly by MGS.
【Key words】 Child; Saccade; Vision, binocular; Memory
眼跳跃（saccade）是指阅读时眼球从一个注视点到另一注视点的跳动，其目的在于不断将信号投射到视网膜中央凹处，是阅读眼动的重要指标。此功能的神经基础包括额叶前区、额叶视觉区以及大脑基底核、中脑、小脑、脑干等［1］，这些区域出现损害或功能障碍时，会引起异常的眼跳跃。眼跳跃为揭示阅读障碍神经机制的重要指标之一［2，3］。有报道称表音文字为母语的阅读障碍（reading disabilities, RD）儿童阅读时有错误的眼动，从而视觉不能有效分析符号，导致阅读发生困难。RD儿童阅读时眼跳跃时相延迟和眼动轨迹异常，其神经机理迄今尚不清楚［2,4］。我国汉族儿童母语为表意文字——汉字，其语言神经心理加工机理有别于西方儿童［2］，阅读时双眼跳跃功能的发展特性还不清楚，尤其是不同年龄儿童的视觉诱导性眼跳跃（visually guided saccade ,VGS）和记忆诱导性眼跳跃（memory guided saccade, MGS）有何不同？这种差别的眼动神经机理是什么? 阐明这一点，对进一步揭示RD儿童眼动特性和神经机理具有重要的意义［2,3］。为此，本研究对5～19岁8组正常儿童青少年进行了以下研究分析。
对象与方法
一、 对象
5、7、9、11、13、15、17、19岁健康男性儿童青少年共64人，每年龄组8人。全体右利手和右利眼。视力检测左右单眼裸视视力均在1.0以上，无显隐斜视及屈光不正。选择年龄、一般条件和人数满足项目反应理论要求［5］。
二、 仪器和方法
组合式眼动测定仪［2］（图1）。测试房间隔音，光亮度0.15 cd/m2 ，被测者面对暗色显示幕平坐平视，头部由下颌架固定，双目距显示幕中央注视点85 cm，左或右手操纵控制键。二极管红色闪烁灯（LED）分别位于显示幕中央点、水平方向、垂直方向和斜方向（各方向视角分别有5、10、15、20、30、40度6个点）等49个位点上。光闪位点和反应记录均由电脑控制，闪现时间500～1 000 ms，警示音发出50 ms后LED随机闪烁，要求被试在LED闪现瞬时作眼跟随移动，同时手指脱键，并以悦耳音作奖励。眼动电图描记法（electrooculography）记录水平和垂直眼动，直流增幅器作描记，并用20 Hz高频滤光箔消除干扰，在中央位点及左右20～30度作眼动描记校正。分析指标包括VGS和MGS两项，分2次测试，各系列做25次测试，左右手交替按键。程序和指标依Hikosaka等［5］的标准进行，用眼动仪对眼跳跃最大角速度、加速度以及持续时间阈值进行记录，眼跳跃起止点由电脑筛检定位。结果采用与年龄递增的回归相关分析。
结果
一、 VGS和MGS特性
从校正后的眼动描记图来看，5～13岁儿童VGS潜伏期约在200～400 ms范围内，表现不稳定，年龄越小，稳定性越差，振幅伸展不足。至15岁以后，潜伏期稳定于200 ms左右，振幅伸展饱和，至19岁时，振幅相当稳定。同样，5～13岁儿童期MGS潜伏期在200～600 ms范围内，时限明显延迟，振幅不稳定，年龄越小，稳定性越差，振幅延伸不足，比VGS更加明显。而至15岁以后，在潜伏期600 ms内振幅相当平稳，扫描基线平滑。
图1 人眼球运动测试记录系统
二、 眼跳跃潜伏期、振幅精确度和最大角速度变化趋势
由图2可见，VGS潜伏期具有随年龄增加而缩短的趋势(矫正相关值 b=0.887，P<0.01),通过标准差分析发现，年龄越小潜伏期反应离散度越大。MGS潜伏期在9岁以下平均为461 ms，11～15岁为381 ms，17～19岁为272 ms。同样显示，潜伏期随年龄增加而缩短，反应离散度亦缩短。比较而言，MGS与年龄发育的相关更为明显。无论VGS还是MGS振幅准确度均呈随年龄增长而逐渐递增的趋势，离散度亦趋集中，但VGS准确度递增趋势不及MGS明显，19岁组的准确率较17岁组略显下降(图3)。最大角速度变化趋势分析，VGS和MGS均有随年龄增长而缩短趋势（图4），但VGS的缩短趋势不太明显，尤其在7～13岁组变化不大。MSG时限缩短比较明显，即与年龄递增的反相关性更显著(矫正相关值 b=0.978，P<0.01)。
讨论
一、MGS发展特性和可能的机理
本实验体系最初由Kato等［1］为探索猴的大脑基底神经节能而设计研制的，后来Hikosaka等［5］沿用于成人眼动实验。眼跳跃实验在揭示某些神经功能障碍的机理方面极有价值，目前已有学者通过本实验在相当大的程度上阐明了震颤性麻痹、先天性进行性肌萎缩和亨廷顿舞蹈病等的异常眼动机理［6，7］。本研究在此基础上附加了不同视角指标，以期从多视角层次反映儿童青少年双眼跳跃特性。实验结果表明，MGS潜伏期具有明显的随年龄增长而缩短，振幅随年龄增长而趋于平滑、整合趋势，最大角速度参数也表现此趋势，即MGS功能发展与年龄发育明显相关。本实验曾穿插测试每年龄组1人(共8例)的眼动延迟跳跃反应，结果在位置记忆（操作记忆）上没有一例表现出反向眼跳跃。似乎提示空间记忆相关中枢——额叶区（46区）功能也有随年龄增加而呈加强的趋势［1，6］。从神经解剖学而言，应该是该联合区将位置记忆信号传导至中脑、脑干的跳跃功能的皮层下中枢［1，5］，其主要通道是尾状核-黑质网状结构-上丘脑，该通道有双重抑制作用［6］。近年通过MGS的研究发现，对猴大脑基底核区域多巴胺神经系进行选择性破坏，MGS功能受损程度较VGS更严重。这种损害同样见于震颤性麻痹、先天性进行性肌萎缩和亨廷顿舞蹈病患者［6，7］。因此，推测本实验所见随年龄增长而出现的MGS变化，反映的可能是大脑基底神经节功能的变化。我们附加的延迟跳跃实验也间接支持上述推论。大脑基底神经节功能不仅限于MGS，还与运动抑制有关，如对猴的黑质网状结构及上丘脑部的持续性抑制做注入药物阻滞时，发现实验猴无法注视固定点，而反复出现随意眼跳跃［7］，这同样见于基底神经节功能损害患者的临床表现。亨廷顿舞蹈病患者有凝视困难现象［6］，说明基底神经节具有控制眼运动的功能。而额叶-基底神经节-纹状体被视为是最主要的注意执行环路［8］。我们获得启示，阅读障碍儿童的错误眼动可能与此环路功能紊乱有关，其中基底神经节起着关键作用，它可能导致主司眼动和选择注意的功能出现障碍，从而发生阅读困难，对此拟进一步探索。至少，标准化后的MGS指标可以成为对RD的诊断参考。
图2 不同年龄组VGS与MGS潜伏期变化趋势
图3 不同年龄组VGS与MGS振幅准确率变化趋势
图4 不同年龄组最大角速度变化趋势
二、VGS发展特性
VGS随年龄而出现的变化没有MGS明显，振幅改变也很小，只是潜伏期的改变相对明显，各年龄组潜伏期均值离散度差异比较明显。一些神经电生理实验多报告潜伏期随年龄增长而缩短，进入高龄期后又会延长［1，3，4］。本实验所设诱导条件各异，但潜伏期表现趋势基本相同。至于VGS振幅准确率则在20～30 deg范围内各年龄组间的差异并不明显，若增大视角，可能会使振幅降低［7］。最大角速度测定显示，VGS平均角速度变化虽不明显，但也有随年龄增长而略有缩短。此结果与Kato 等［1］的实验结果有所不同。他们报道11～13岁儿童的平均角速度短于成人组。这可能与设置的条件不同(视角、移动视标、时限、测试次数等)有关，有待进一步探讨。
总的来看，在各实验条件下MGS与年龄发育的相关性比VGS更明显，单从VGS潜伏期递增现象还很难确定VGS有随年龄增长的趋势。此结果表明VGS是较为恒定的眼运动，推测VGS对阅读障碍者产生的眼跳跃影响可能不及MGS明显。不过，当破坏猴的顶叶联合区或人的该区受损时，VGS潜伏期也会延长［1，6］，提示探索阅读时的眼动不应忽视顶叶联合区的功能。
（本文编辑：魏均民）
基金项目：国家自然科学基金（39770266）和日本白百合大学研究基金资助
作者单位：静进（510089 广州，中山http://www.youerw.com/医科大学儿童少年卫生学教研室）
张小庄（广东省妇幼保健院）
森永良子（日本白百合大学发育儿科研究所）
参考文献
1，Kato M, Miyashita N, Hikosaka O ,et al . Eye movements in monkeys with local dopamine depletion in the caudate nucleus1. Deficits in spontaneous saccades. J Neurosci, 1995,15:912-927.
2，静进. 儿童阅读能力障碍. 国外医学妇幼保健分册, 1993,4:101-104.
3，Kowler E, Martins AJ. Eye movements of preschool children. Science, 1982,215:997-999.
4，李雅林,陈俊,沈家鲜.阅读无能研究的近况. 心理科学, 1992,12:41-45.
5，Hikosaka O, Fukuda H, Kato M,et al. Deficits in saccadic eye movements in hereditary progressive dystonia with marked diurnal fluctuation. In: Segawa M, ed. Hereditary progressive dystonia with marked diurnal fluctuation. Lancs, New York: Parthenon publishing, 1993.159-177.
6，Kiro A, Miyashita N, Kato M, et al . Eye movements in monkeys with local dopamine in the caudate nucleusⅡ.Deficts in voluntary saccades. J Neurosci, 1995,15:928-941.
7，加藤诚. 大脑基底核による运动抑制の机构.神经学进步,1995,39:233-245.
8，Posner MI, Petersen SE . The attention system of the human brain. Annual Review of Neuroscience, 1990,13:25-42.