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多感官技术助力视觉康复 认知神经科学学会

据世界卫生组织公布的数据,全世界有将近22亿视障人。目前,有神经科学家正在研发尖端科技和大脑科学,试图以全新的办法来帮助视障人行走导航。在认知神经科学学会的年会上,研究人员展示了一项整合了数字触觉和声音技术的新科技,研究人员希望借助这一新科技改变视障儿童和成年人的视觉康复。


“视觉康复需要将基础科研和建模及神经成像技术联系起来。”主持认知神经科学学会2021年在线年会视觉康复研讨会的来自洛桑大学的Benedetta Franceschiello说。新一代的助盲设备结合了这些领域,在技术方面提供了个性化、多样化的解决方案。“我们拥有尖端的分析技术,超级计算机强大的计算能力,超越以往的详细记录数据的能力,并且能够制造越来越精密的便携式康复设备。”Benedetta Franceschiello说。


同时,神经科学家对大脑的可塑性,以及大脑整合多感官信息的方式有着深刻的认识。“这一领域正在高速发展,这是至关重要的。”伯尔尼大学的Ruxandra Tivadar说:“感官功能减退或缺失是足以影响日常生活,导致生活质量下降的及其严重的损伤。”Tivadar介绍了一项新研究,及利用数字触觉(结合触摸和运动)的反馈,来帮助视障人士轻松地了解物体和空间。这只是研究人员利用人类所有感官研发视觉康复新技术的方式之一。


发现问题


指导视障人认识新环境是个漫长单调的过程,Tivadar说。“我们需要专业治疗师,需要用不同的纹路制作可触摸地图,在视障人上路钱,还要训练他们如何利用触觉感知周围的环境。”Tivadar说:“你们可以想想一下,将来视障人士仅凭手机的数字触觉反馈就能马上了解所处的新环境。”这就是Tivadar工作的目标。在这次年会上,Tivadar和她的同事们展示了最新的研究成果,这些成果使人们相信,数字触觉技术将很快成为现实。在一项未发表的研究中,Tivadar的团队利用数字触摸技术展示了一所公寓的二维布局。健视参与者被蒙上眼睛,通过数字触摸反馈,摸到了公寓布局的渲染图。之后,这些参与者要在他们未知的实际空间中导航并完成任务。“我们的数据显示,这些参与者经过45分钟的培训就能很好的识别这些渲染图,”Tivadar说:“此外,我们还发现,参与者可以顺利的掌握布局中的线路。无论之前是否接受过培训,我们所有的参与者在这次体验活动中都成功的完成了任务。”

数据还显示,接受过高难度导航培训的参与者比只接受过简单线路培训的参与者做得更好。“这一结果意味着人们只要接受最基本的培训就能想象出简单的布局,并顺利的在其中导航。”Tivadar说。

大数据分析的进步使这一工作成为可能。研究人员拍摄了25名参与者触摸触觉平板电脑时的手,每次8到10分钟。随后,Tivadar的团队利用深层神经网络分析了拍摄的大约200个视频,利用一种算法追踪了参与者每根手指的运动。“这让我们更好的了解了参与者与触觉的交互,有助于对这一技术应用的进一步开发。”Tivadar说:“想想看,如果我们用一根手指就能‘看到’物体和空间,那么我们用十根手指或整个手掌又能感觉到多少东西啊!”


Tivadar整合触觉数据的工作源于多年来对感官感知的研究。多年来,Tivadar不仅关注触感,还研究听觉信息。“我们研究了人们利用其他感官所获取的信息更好的发展视觉的方式” Tivadar说:“在神经科学中,这意味着研究大脑如何构建视觉图像,并试图通过增大或补充构建这些视觉图像的信息来帮助大脑。目前,这一研究已经取得了巨大的进展,而且我相信,研究成果必将给视障康复带来裨益。”


适合儿童的声音解决方案


全世界有几百万视障儿童,视力损伤会给他们的运动、感知和社会参与带来挑战。“盲童在感知和社会性方面都会出现延迟。”意大利理工学院的Monica Gori说:“比如,健视儿童在五个月时就会学着够东西,而盲童则要到一岁时才会形成并发展这一能力。这一延迟又会导致视障儿童其他日常运动能力和社交能力的延迟。”而被称为“ABBI”的多感官康复设备则可以解决这一问题。在认知神经科学学会年会上,Gori和colleagues展示了他们的新成果。针对一岁以前的视障儿童,他们试图确定最适合使用这一设备进行干预的关键期。


以往的研究认为,多感官整合出现的比较晚,大约在8——10岁之后。“我们的发现改变了人们对多感官技能发展的传统认识。”Gori说。这为Gori的团队提供了实施干预的机会,这样的干预可以通过整合听觉和运动信息的方式帮助视障儿童和成年人。名为ABBI的设备是个手环,这一设备可以在缺失视觉数据的情况下,利用声音数据,帮助使用者建立空间感。在一项为期三个月的培训中,使用这一手环的6到15岁的视障儿童在空间感和社会技能两方面都有了很大的进步。这些结果促成了对低龄儿童的后续研究。


“实施早期干预和帮助视障儿童提升感知觉和社会技能是完全可能的。”Gori说:“我相信,多感官技术再结合感官替代设备,必将给视障人士带来巨大的好处。”


Gori和Tivadar的技术以及在认知神经科学学会研讨会上呈现的其他技术让人们看到了视觉康复的光明前景。这些技术不仅体现了神经科学的前沿成果,同时对低成本解决方案的广泛需求也是催生这些技术的最强动力。


Tivadar说:“借助多感官整合等新技术和大脑的资源,我们可以做更好的视觉康复。为了找到可应用于视觉康复的低成本解决方案,我们需要进一步了解我们的感官是如何相互补充的。”


译者:YZJ

译自:EurekaAlert

16th March 2021

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/cns-nnm031221.php

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