视觉电生理基础
1.视觉电生理技术的发展
19世纪开始的对眼电位的探索，是在很简单的条件下进行的，只是用非极性电极加一个电流计和固定动物的装置组成。从在体的眼到离体的蛙眼可以看到光照下电流计有小的偏移，即电反应。1903年Gotch用毛细管电流计终于观察到视网膜电图的图形细节，给光时在角膜侧先有瞬间负电位再有正电位，用记纹鼓记录“撤光”时又有电位偏转。1924年Chaffee等用热电子放大器分析视网膜电图图形。20世纪30年代Granit采用电子放大器，可以很好地记录到人眼视网膜电图图形。1938年Groppel用直流耦合放大器，Bernherd再加以具备摄影装置和时间标志的示波器，可以更好地观察视网膜电图波的各种变化规律。在记录条件不断改进的同时，电极的发展也是重要的环节。从最初的细金属丝电极、棉芯电极，直到1941年Riggs采用巩膜接触镜内附加一银电极，这开创了视网膜电图诱导电位的新纪元。这之后研究人员不断改进和研制不同类型的接触镜电极，相关方法一直沿用至今。刺激范围、刺激效应直接关系到视觉生物电活动的表达。1964年Riggs将直接闪光的刺激改为黑白条纹的图形刺激，抑制了散射光的干扰。这之后刺激逐渐发展为图像视网膜电图。1970年Gouras使用积分球式刺激器取代了闪光灯式刺激器。刺激条件从单纯闪光、单次到多次闪光、间歇到连续闪光、颜色和频率变换、刺激函数、图像表现等逐渐发展，得以有常规闪光视网膜电图和图像视网膜电图等，发挥各自特有的优势。
视觉诱发电位的发展可以概括为以下三个阶段。①动物实验阶段：1857年Canton通过动物实验观察到间歇性闪光刺激可以在动物的枕叶皮质引起生物电活动；1980年Beck用电极插入狗和兔的枕叶皮质，观察到了动物对光的反应。②人头皮记录阶段：1934年Adrian在枕叶皮质上的电极记录到闪光电极诱发的电位；1947年Dawson将叠加技术应用于电生理记录过程；1950年Cobb利用叠加技术，记录到50次高强度闪光刺激的平均反应；1958年Clark设计了平均反应计算机并被应用于视觉诱发电位。③临床应用阶段：1960年闪光视觉诱发电位在临床应用，1972年图像视觉诱发电位应用于临床。
随着计算机技术的发展，视觉电生理技术也得到了极大的发展。目前视觉电生理检查被公认为是一种能够客观反映视网膜与视觉传导通路功能的技术，广泛应用于临床眼科学和眼损伤的法医学鉴定实践中。
2.眼电图检测技术
眼电图（electrooculogram，EOG）记录的是眼的静息电位，不需要额外光的刺激，产生于色素上皮层。暗适应后眼的静息电位下降，此时最低值称为暗谷；转入明适应后，眼的静息电位上升，逐渐达到最大值，即为光峰。产生EOG的前提是光感受器细胞与色素上皮层的接触及离子交换。因此，EOG异常可反映色素上皮层、光感受器细胞的疾病，以及一些中毒性的视网膜疾病。一般情况下，EOG反应与ERG反应较为一致，故可用于某些不接受ERG角膜接触镜电极的儿童被检者。
目前鉴于视网膜电图技术的快速发展，以及其可较为全面地反映视网膜的功能，EOG在法医学鉴定实践中的应用相对较少。
3.视网膜电图检测技术
视网膜电图（electroretinagram，ERG）是短暂闪光刺激诱发的视网膜综合电位，反映了光感受器细胞到无长突细胞的视网膜各层的综合活动，根据光刺激的不同形式分为闪光ERG和图形ERG，实践中以闪光ERG应用更为广泛。
闪光ERG（F-ERG）：刺激模式为单次或多次的闪光刺激视网膜，主要由一个负相的a波和一个正相的b波组成，a波主要反映了视网膜光感受器的电位变化，b波起源于内核层的双极细胞或Müller细胞。另外叠加在b波上的一组小波为振荡电位（oscillatory potentials，OPs）。
国际临床视觉电生理协会（International Society for Clinical Electrophysiology of Vision，ISCEV）规定的常规ERG检查项目包括暗适应0.01ERG（视杆细胞反应）、暗适应3.0ERG（最大混合反应）、振荡电位反应、明适应3.0ERG（视锥细胞反应）、明适应3.0闪烁（30 Hz闪烁光反应）（图2-3）。
图2-3 视网膜电图波形
视杆细胞反应反映的主要是视杆细胞功能，故需要在暗适应以后进行，其b波较大，峰时在80～90 ms出现，振幅在200～250 μV，并且主要是通过观察b波形态、峰时和振幅是否异常来作为诊断的客观依据。最大混合反应反映的是视杆细胞和视锥细胞综合的功能，a波峰时在20～30 ms，振幅在300～350 μV，b波峰时在40～50 ms，振幅约在600 μV，以观察a波和b波的峰时、潜伏期作为评价光感受器细胞功能的指标。OPs由一系列低频、快节律的小波组成，其中第2、第3个波即OS2、OS3较为稳定，反映了无长突细胞的功能。视锥细胞反应反映的主要为视锥细胞的功能，a波峰时约20 ms，振幅约70 μV，b波峰时约70 ms，振幅约300 μV。30 Hz闪烁光反应反映的是外周视锥细胞功能，由一系列的正弦波组成，其中正波P1的振幅是主要的观察指标，一般在170 μV。
F-ERG采用积分球式刺激器刺激，记录电极使用角膜接触镜电极，参考电极固定在同侧眼眶缘颞侧皮肤上，接地电极放在前额正中或耳垂上。检查前需要用散瞳剂充分散大瞳孔，然后暗适应至少20 min，电极的安放需要在红光下进行。在完成视杆细胞反应、最大混合反应和振荡电位记录后再明适应10 min，之后记录视锥细胞反应和30 Hz闪烁光反应。
ERG的测量包括振幅和峰时：a波振幅是从基线测到a波的波谷，b波振幅是从a波的波谷测到b波的波峰，a波和b波的峰时值是从闪光刺激开始到波谷或波峰出现的时间。OPs除了各小波的振幅和峰时外，可以计算能稳定引出的各小波的振幅之和作为总振幅，各相邻小波波峰的峰间隔以及引出波的总时程作为OPs的评价指标。一般认为，ERG的潜伏期延迟30%和/或振幅下降25%以上，具有临床意义，提示视网膜功能受到一定损害。
总而言之，ERG反映的主要是视网膜的功能，从结构上包括了内、外层视网膜，从功能上又涵盖了明视和暗视功能。故对于视网膜的损伤，如视网膜出血、视网膜脱离、黄斑裂孔、视网膜缺血，甚至脉络膜损伤等而言，ERG检查可以较好地反映视网膜的功能损害情况。
4.视觉诱发电位检测技术
视觉诱发电位（visual evoked potential，VEP）是视网膜受闪光或图形刺激后，在枕叶视皮质产生的电活动。完整的过程包括视网膜接收到光或图像刺激后，在视细胞内引起光化学和光电反应，产生电位改变，形成神经冲动，传递至双极细胞、神经节细胞，经视路传送并终止于视皮质，该过程通过电生理学的方法记录了下来。从视网膜到视皮质任何部位的神经纤维病变都可产生异常的VEP，这是对视路的客观检测方法。由于视皮质外侧纤维主要来自黄斑，因此VEP也是判断黄斑功能的一种有效方法，即可以有效地反应中心视力情况。
VEP按照刺激方式的不同，可以分为闪光VEP（flash VEP，F-VEP）和图像VEP（pattern VEP，P-VEP）两大类。两种不同刺激模式的VEP在诊断方面各有特点，其中P-VEP主要反映黄斑的形觉功能，对视力≥0.1者能提供有效的视信息；F-VEP主要反映的是视路的光觉功能，能提供视路的传导信息。故而在实践中，两种刺激模式存在不同的应用场景，可相互补充。
F-VEP是由一系列的闪光信号刺激视网膜，通过置于枕区头皮的表面电极记录到的神经生物电位变化。F-VEP波形包括5～7个正相波与负相波，个体差异较大，潜伏期和波幅都不够稳定（图2-4）。在鉴定实践中，F-VEP检查多用于：①对P-VEP检查不能合作的被鉴定人，如婴幼儿等；②被鉴定人主诉或鉴定人怀疑其视力减退至光感或无光感时，用来判断有无光感；③P-VEP不能引出有效波形。
图2-4 闪光VEP
实施F-VEP检查时，作用电极置于枕骨粗隆上方2 cm处，参考电极置于额部正中，接地电极置于耳垂。安置电极前需要清除皮肤油脂。另外，需要注意的是进行F-VEP检查不需要矫正视力。F-VEP的测量包括P1波的潜伏期和振幅，其中从刺激开始到引出P1反应波峰的时间间隔即为P1波潜伏期，而N1波谷到P1波峰的电位差即为P1波的振幅。(https://www.daowen.com)
VEP是确诊视神经损伤的有效方法，P1波潜伏期延长和/或振幅下降，提示视路传导异常。一般，P1潜伏期延长达30%以上，提示视神经传导功能障碍；振幅显著下降达50%以上，提示神经轴索数量减少；若波形呈熄灭型改变，则提示神经传导中断。由于F-VEP存在较大的个体差异，检测时需要自身双眼对照评价。
目前在临床及法医学鉴定实践中应用最为广泛的是图像翻转视觉诱发电位（pattern reversal visual evoked potential，PR-VEP），其是通过图像的翻转来刺激视网膜的，目前最常用的刺激图形是黑白棋盘格，通过电极来记录视中枢的生物电活动。P-VEP反映的主要是后极部及视路的功能。其波形主要由N75、P100和N135的三相波组成，其中N75起源于Brodmman 17区，N135起源于Brodmman 18区，P100以后的成分起源于Brodmman 17区的第五层以上及Brodmman 18、19区（图2-5）。在临床上，P-VEP主要被应用于：①判断视神经和视路疾病，常表现为P100潜伏期延长、振幅下降；②继发于脱髓鞘疾患的视神经炎，P100振幅多为正常，而潜伏期延长；③鉴别伪盲，主观视力下降而VEP正常；④检测弱视治疗效果；⑤判断婴儿和无语言能力儿童的视力；⑥预测屈光介质混浊患者术后视功能等。由于枕叶皮质对线条鲜明的轮廓刺激及轮廓的变化极其敏感，故而P-VEP的结果较F-VEP而言更为稳定和可靠；但对于视力低于0.1者，P-VEP往往不能引出有效波形，使得其在推断重度以上视力损害方面存在一定的局限。
图2-5 图像VEP
实施P-VEP检查时，其电极安置方法与部位同F-VEP相似，不同之处在于进行P-VEP检查需要矫正双眼的屈光状态，并且检测全程需要保持注意力集中及良好的固视。
P100的潜伏期和振幅是临床及司法鉴定最为关注的指标。从刺激开始到P100波峰的时间即为P100的潜伏期，正常情况下P100的潜伏期在100 ms左右，P100的振幅即为峰谷电位高度。
Wanger就正常P-VEP检查判断视功能提出三条标准：①两眼VEP振幅之差小于30%；②同时刺激双眼引出的VEP振幅比刺激单眼增高25%以上；③两眼潜伏期之差小于5 ms。
目前在鉴定实践中，对于异常P-VEP的判断标准，我们常采用以下原则：①均须采用双眼对照比较进行判定，仅在无法进行双眼对照的情况下参考正常参考值；②P100的振幅较健眼下降30%以上和/或潜伏期延迟10%以上认定为轻度异常；③P100的振幅较健眼下降50%以上和/或潜伏期延迟30%以上认定为显著异常。
目前在法医学的鉴定实践中，多年的经验及研究提示P-VEP与视力之间存在明显的相关性，可以帮助推断客观视力，有效鉴别伪盲及伪装视力下降，故而目前P-VEP已成为法医学客观评定视功能不可或缺的方法之一。
虽然VEP已被当作一种客观评定视功能的方法，但在法医学鉴定中还存在以下问题：①VEP属于皮质电位，精神状态对其结果有一定影响，因此测试过程需要被检者保持清醒、安静的状态；②要特别注意被检者的注视程度，注视不良可以造成潜伏期延长和振幅下降；③个别视野严重损伤的被检者，即使其中心远视力或旁中心视力较好，也可能造成VEP的波幅低平，因此分析VEP结果时需要注意中心视功能和周边视功能。
5.多焦视觉电生理技术
多焦视觉电生理技术主要包括多焦视网膜电图（multifocal electroretinagrams，mfERG）和多焦视觉诱发电位（multifocal visual evoked potential，mfVEP）两大类。传统意义上的ERG是记录视网膜较大面积上视细胞的总和电反应，反映的也是大面积的视网膜功能信息。1992年Sutter和Tran发明了一种mfERG系统，可同时刺激视网膜的多个部位，独立采集每一处的反应情况，用地形图的形式直观显示视网膜各个部位的反应情况。mfERG可同时记录到大量的局部视网膜信息，为分析细微的视网膜异常提供了有效的手段。
mfERG测试时，一般在视网膜后极可选取61个、103个、241个或更多六边形，通过多部位的刺激图形，实现对视网膜后极部多个小区域的功能测试。典型的mfERG结果包括以下几个部分：①mfERG波描记阵列（图2-6）；②mfERG 6环各环的平均波形（图2-7）；③mfERG波描记阵列三维图（图2-8）。每个mfERG波形包括N1、P1、N2等成分，对于波形的分析包括振幅密度和潜伏期。
mfVEP是从多通道输入的ERG衍生而来的一种客观视野检查方法。它可以同时分别刺激视网膜的多个不同区域，通过数字信号处理，计算刺激信号与反应信号之间的相关函数，从而把相对应于视野各小区的电信号提取出来，通过一次短时间的记录得到视野各小区的反应，将视野客观地图形化。目前mfVEP刺激范围为20°～25°，具有随离心度增大的弯梯形刺激模式，刺激野内选取16个或60个弯梯形。由中心最小的弯梯形向周边逐渐扩大，构成飞镖式的棋盘。每个弯梯形内由黑白棋盘格组成，这类刺激模式符合人眼视野的特点。mfVEP能发现中央及周边视野的微小异常视野，与mfERG联合应用可以更客观地显示视路的病变。但目前由于mfVEP技术发展的时间还不长、个体变异较大等，临床上还未广泛应用该技术，使得其在法医学鉴定实践中的应用也受到了限制。
图2-6 mfERG波描记阵列
图2-7 mfERG 6环各环的平均波形
图2-8 mfERG波描记阵列三维图
6.事件相关电位技术
随着脑电技术的发展以及脑神经科学研究的深入，应用事件相关电位（eventrelated potential，ERP）技术研究视觉信息的脑加工特征取得了一定进展。ERP由Sutton于20世纪70年代提出，是指给予一种特定的刺激作用于神经系统特定部位时，在脑区所记录到的电位变化，其成分主要包括易受刺激物理特性影响的外源性成分和不受刺激物理特性影响的内源性成分。外源性成分主要包括P1、N1、P2等，内源性成分主要包括N2、P3等。P3是在研究ERP和认知过程中应用最为广泛的成分。目前对于不同视角、不同视敏度水平的大脑认知ERP特征的研究较少。2010年，Heinrich等研究发现可视光栅可以引起稳定的P3成分，而P3成分不会被模糊光栅诱发，同时P3成分振幅与不可视和可视光栅分别有和无的关系。这提示P3成分与视觉分辨阈值具有相关性，故而ERP可作为一种电生理学技术应用于视敏度的评估。
ERP技术可以反映大脑中、晚期的电活动，即可评价枕叶初级视皮质的功能，也可反映大脑联合区的电位变化，可对视觉传导通路以及大脑认知整体过程进行检测。另外，ERP的P3成分不受刺激图像物理属性的影响，检测结果相对稳定。同时，在进行ERP检测时要求被检者按键，通过是否引出P3波以及对行为数据进行分析还可以判断其配合程度。