视觉指导行动——虚拟技术结合双视觉通路理论

视觉提供了我们对身体以外世界的最直接体验，我们通过视觉观察外在世界。视觉不仅使我们能够感知这个世界，而且还提供了对我们在那个世界中所做的动作的精确控制——例如早上拿起喝咖啡的杯子，进行球类运动等，视觉系统都在指导着我们。然而，除了眼球运动（通常被认为是视觉感知的信息寻求辅助手段）之外，人们很少关注视觉用于规划和控制我们的行为的方式，特别是我们的四肢运动。

这些对视觉的相互竞争的需求塑造了灵长类大脑中视觉通路的组织，特别是在大脑皮层的视觉区域内。一个是腹侧的“知觉”流，从早期的视觉区域投射到下颞叶皮层，有助于构建丰富而详细的世界视觉表征，使我们能够识别物体和事件，赋予它们意义，并建立它们的因果关系。相比之下，从初级视觉区域投射到后顶叶皮层的背侧“动作”流在动作的实时控制中起着关键作用，将有关目标物体的位置和处置的信息转换为目标物体的坐标系，进行空间定位，输出运动控制。

在 1980 年代，对健康人类观察者视觉能力的研究揭示了熟练动作的视觉控制与心理物理学报告之间似乎存在显着的分离。到 1990 年代初期，已经有研究表明，视觉对行动和视觉对感知之间的这些分离可以映射到来自初级视觉皮层的两个突出的视觉投射流：背侧视觉流投射到顶叶后皮层，腹侧流投射到颞下皮层。

根据双视觉系统理论，背流在动作的实时控制中起着至关重要的作用，将有关物体位置和处置的即时信息转换为用于执行动作的效应器的坐标系。腹侧流（连同相关的认知网络）构建了丰富而详细的世界视觉表征，使我们能够识别物体和事件，赋予它们意义，并建立它们的因果关系。

腹侧流为离线控制动作提供了感知基础，将计划的动作投射到未来并将过去存储的信息整合到当前动作的控制中。相比之下，背流中的处理不会产生视觉感知；它产生熟练的动作。正如人们所预料的那样，这两个流是高度相互关联的——但同时，它们在适应性行为的产生中扮演着互补的角色。当然，背侧和腹侧流也有其他作用。例如，背流和腹流中的区域在空间导航中发挥作用——背流中的区域似乎与工作记忆的某些方面有关。

为什么视觉感知背后的视觉处理与调节动作的视觉控制的过程分开呢？这个问题的答案一方面在于视觉对感知的计算要求的差异，另一方面在于视觉对行动的计算要求。例如，为了能够成功地抓住一个物体，视觉运动系统必须处理物体的实际大小，以及它相对于用来拿起它的手的方向和位置。这些计算需要反映世界的真实指标，将编码一组特定感觉输入的神经元与编码肢体所需状态的神经元联系起来。执行这些计算的时间同样重要。当我们四处走动时，目标对象的以自我为中心的位置每时每刻都在变化——因此，需要在执行运动的那一刻计算出动作所需的坐标。

背流和腹流在日常生活中必须密切交互。理解腹侧和背侧流之间相互作用的一个有用比喻是“远程协助”，这是一个来自工程和机器人技术的概念。腹侧流中的感知系统，以其对世界的丰富和详细的表示，识别特定目标并标记场景中的相关对象。一旦标记了特定的目标对象，就可以激活背流中的专用视觉运动网络（与运动系统相结合）以执行所需的运动动作。因此，该物体将由腹侧和背侧流机制并行处理。当然，这种同时激活将在执行熟练动作（由背流介导）期间为我们提供视觉体验（通过腹流）。

这两个流也以其他方式交互。例如，某些物体（例如工具）要求我们以特定的方式抓住物体，以便一旦它在我们手中就可以正确使用。腹侧流中的感知机制对于识别工具至关重要，大概能够选择合适的手部姿势以使用该工具，而背侧流中的视觉运动机制执行必要的现实世界度量计算，以确保最终的掌握是良好的和有效的。在这种情况下，两个流在调节最终运动输出时必须相当密切地相互作用。因此，尽管腹侧和背侧流之间有明确的分工，但这两个系统在产生适应性行为时协同工作。

元宇宙中的虚拟环境技术被引入到视觉治疗中时，我们会发现，它们比自然环境提供了更多的灵活性和控制自由度，能够使数字视觉疗法在功能视觉训练中发挥更大的作用。

元宇宙中的虚拟世界是一个沉浸式体验，在这个虚拟空间中，人们主要通过视觉系统进行信息采集，然后根据视觉信息作出交互行为。当虚拟技术与视觉功能治疗结合时，虚拟空间中的视觉刺激的特征检测和计算需要反映世界的真实指标，调动相关腹流通路神经元的视觉处理，然后通过背流定位空间信息，输出动作指令，完成交互动作。

虚拟现实技术可以投射到背流与腹流的交互关系中——通过虚拟的视觉环境和特定任务，来指引用户作出行动反应，从而强化背流腹流之间的连接，进而修复相关视觉通路缺损，提升视觉功能，加强手眼协调和运动控制能力，以及其他高级视觉功能，例如立体视觉。