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运动视觉(动态视力和深度知觉的评估与提升)(Sports Vision and Visual Performance)

运动视觉是与运动和体育表现相关的视觉功能的总称1)。与常规眼科检查中测量的静态视力(识别静止目标的能力)不同,它涵盖了动态和复杂的视觉处理能力。

即使静态视力达到1.2,如果追踪移动球的动态视力或准确感知深度的深度知觉不足,运动表现也会受到限制。当运动员感觉“应该能看到但反应慢”或“距离感不对”时,可能静态视力以外的视觉功能存在问题。

运动视觉的主要构成要素如下:

  • 动态视力(DVA):识别移动目标的能力
  • 深度知觉(立体视觉:准确感知深度和距离的能力
  • 眼球运动扫视(快速眼球运动)和追随运动
  • 周边视野:利用中心视野以外的视觉信息的能力
  • 视觉反应时间:从视觉刺激到运动反应的时间
  • 对比敏感度:在低对比度和低照度下的辨别能力

有报告称,职业运动员的动态视力显著优于普通人3)。针对职业棒球选手的研究显示,眼优势对击球率和防御率没有显著影响2)

Q 动态视力和静态视力有什么区别?
A

静态视力(静态视力)是指对静止的视标(如兰多尔特环)能分辨多细小的细节。相比之下,动态视力(DVA)是衡量能识别移动目标的最小尺寸的指标。看清高速移动的物体(如棒球或网球发球)的能力依赖于与静态视力不同的神经机制,即使静态视力正常,动态视力也可能下降。

动态视力(DVA)

定义:识别移动目标的能力

对水平或垂直移动的目标,识别兰多尔特环缺口的方向1)。是球类运动中最重要的指标之一。

深度视力(立体视觉)

定义:深度和距离的感知精度

依赖于双眼立体视觉,通过左右眼的视差计算距离4)。大型驾照和第二种驾照的适应性检查中,三杆法误差在2厘米以内为合格标准。

眼球运动

定义:将视线对准并追随目标的能力

它由扫视(冲动性眼球运动:目标之间的瞬间视线移动)和平滑追踪(追随运动:平滑地跟踪移动物体)组成1)

周边视野和视觉反应时间

周边视野:利用中心视野以外的视觉信息的能力。在球类运动中的情况判断中很重要5)

视觉反应时间:从视觉刺激到运动反应的时间为100–250毫秒。足球运动员比非运动员更短6)

对比敏感度反映了在低对比度条件或低照度下识别目标的能力7)。在夜间、雨天、清晨等视觉环境变化的条件下进行运动时尤其重要。即使静态视力正常,对比敏感度下降也会影响功能性视力

辐辏/散开能力负责近距离双眼视觉的准确性。参与需要近距离对抗的运动(如格斗技、乒乓球)中的距离判断。

视觉功能要素特别重要的运动评估指标参考
动态视力(DVA)棒球、网球、羽毛球、乒乓球DVA测试值(约0.1–0.8)
深度知觉棒球、篮球、高尔夫、赛车三杆法误差(驾照标准:2厘米以内)
眼球追踪运动网球、足球、球拍类运动追踪精度、偏离频率
周边视野足球、篮球、冰球视野角度(度)
视觉反应时间格斗、短跑、壁球反应潜伏期(毫秒)
对比敏感度高尔夫、射击、射箭、夜间运动CSV-1000评分
Q 深度视觉差会影响哪些运动?
A

深度视觉(立体视觉)依赖于双眼立体视,因此单眼视觉障碍或立体视觉弱的人距离判断的准确性会降低。在棒球击球中影响球与球棒的距离感,在网球接发中影响弹道的深度,在篮球传球中影响与对手的距离判断。深度视觉下降也会影响驾驶,大型驾照和第二种驾照采用三杆法深度视觉检查(误差2厘米以内)作为法定适性标准。

3. 运动项目与所需视觉功能特征

Section titled “3. 运动项目与所需视觉功能特征”

不同运动项目对视觉功能的要求优先级不同。在理解运动特性的基础上进行视觉评估和训练是高效的。

运动项目最优先视觉功能次重要视觉功能特别说明
棒球动态视力(DVA)深度视力 / 眼球追踪击球员需要应对150公里/小时以上的球速
网球动态视力 / 眼球追踪视觉反应时间应对超过250公里/小时的发球
足球周边视野眼球运动 / 视觉反应时间掌握整个场地的情况很重要5)
篮球周边视野、深度视力眼球运动高速传球判断需要两者
高尔夫深度视力对比敏感度静态视力距离感和地形的微妙高低差判断
射击、射箭静态视力、眼球稳定性对比敏感度目标的细微位置判断
格斗技视觉反应时间、周边视野动态视力对对手动作的即时反应
汽车比赛动态视力、深度知觉周边视野高速移动中前后左右情况的把握
钝性眼外伤导致的前房积血(外伤性前房积血,约占前房的一半)
钝性眼外伤导致的前房积血(外伤性前房积血,约占前房的一半)
Ahuja R. Hyphema - occupying half of anterior chamber of eye. Wikimedia Commons. 2006. Figure 1. Source ID: File:Hyphema_-_occupying_half_of_anterior_chamber_of_eye.jpg. License: CC BY-SA 2.5.
临床照片显示外伤性前房积血(外伤性前房积血),前房约一半被红细胞充满,可见血液在角膜后面与虹膜之间的前房内形成液平面并积聚。对应本文“3. 运动项目与所需视觉功能特征”一节中讨论的运动眼外伤(钝性眼外伤)。

在足球运动中,眼外伤是一个重要的眼科公共卫生问题。足球在碰撞时会变形,进入眼眶并对眼球施加钝性外力。符合ASTM F803标准的聚碳酸酯防护眼镜被认为可以防止球接触,强烈建议佩戴11)。选择适合运动时佩戴的隐形眼镜并确保合适的贴合度非常重要。

运动视觉的各个要素使用专门的检查设备和方法进行评估。可以在标榜运动眼科的机构、大学的眼科或运动科学研究室等接受检查。

  • 动态视力(DVA)评估:使用DVA测试装置,通过改变旋转或直线移动的兰多尔特环的速度来测量可识别的最小视角1)。一般成人的标准速度约为0.3~0.8。
  • 深度知觉评估:使用三杆法检查装置。三根杆中的中间杆前后移动,判断三根杆何时排成一条直线。也用于大型驾照和特种驾照的适应性检查,误差在2厘米以内为合格标准。
  • 眼球运动评估:使用眼球运动记录装置(眼动追踪仪)测量扫视和平滑追踪8)。量化追踪精度、偏离频率和潜伏期。
  • 周边视野评估:除了使用自动视野计测量外,对于运动用途,还使用结合视野内目标检测和反应的复合任务5)
  • 视觉反应时间评估:基于计算机的光刺激反应时间测量。测量简单反应(出现光时按下按钮)和选择反应(区分左右并按下)6)
  • 对比敏感度评估:使用标准化图表,如Pelli-Robson图表或CSV-1000 7)
  • 辐辏和分开评估:通过近用棱镜棒法测量双眼辐辏和分开的量及速度。
  • 常规眼科检查:同时进行静态视力眼压、眼底和屈光检查,以排除器质性疾病(青光眼白内障视网膜疾病)。
Q 在哪里可以进行运动视觉评估?
A

能够提供专业运动视觉评估的机构包括:专攻运动眼科和运动医学的眼科诊所、大学附属医院眼科(特别是与运动医学部门合作的机构)、以及拥有运动科学研究实验室的体育大学或综合性大学。由于需要DVA测试设备、眼球运动记录设备等专用仪器,不同机构可进行的评估项目有所不同。建议在就诊前确认目标检查项目。

视觉训练是针对性锻炼视觉功能特定要素的训练的总称。从有科学依据的方法到商业普及的方法广泛存在,因此基于证据质量进行使用非常重要。

  • 动态视力训练:追踪移动物体的练习。采用逐步增加速度的渐进法 9)。一项针对青少年曲棍球运动员的研究报告称,运动视觉训练项目改善了多项视觉功能指标 9)
  • 眼球运动训练(扫视训练):在两个特定点之间快速准确地移动视线的练习。它增强了包括额叶眼区和上丘在内的神经回路的效率 8)
  • 周边视野训练:在保持中心注视的同时检测周边视野中目标的练习。旨在提高球类运动中的情境意识能力 5)
  • 视觉反应时间训练:对光刺激尽可能快速地移动按钮或身体的光刺激反应训练 6)
  • 隐形眼镜:与眼镜相比,视野限制和镜框引起的畸变较少,因此在运动时有利于维持视觉功能10)。但需根据运动环境注意干燥、异物混入和卫生管理。
  • 防护眼镜(运动护目镜)
配备聚碳酸酯镜片的运动护目镜(间接通风式防护眼镜)
配备聚碳酸酯镜片的运动护目镜(间接通风式防护眼镜)

Wishofflying. Empiral Vision Grey goggles. Wikimedia Commons. 2021. Figure 2. Source ID: File:Empiral_Vision_Grey_goggles.jpg. License: CC BY-SA 4.0.
一张正面拍摄的灰色镜片间接通风式聚碳酸酯防护护目镜照片,可见侧面通风孔和处方镜片容纳设计。对应本文“5. 视觉训练与视觉功能提升”一节中讨论的防护眼镜(运动护目镜)。
:聚碳酸酯镜片比玻璃或普通塑料具有更高的抗冲击性,可大幅降低眼外伤风险。符合ASTM F803标准(美国材料与试验协会)是安全性的参考指标11)

  • 屈光手术(如LASIK:通过永久性矫正角膜形状,无需佩戴隐形眼镜或眼镜。已有应用于视觉功能稳定的成年运动员的案例报告12)。美国陆军屈光手术数据(2000-2003年)证实了PRK和LASIK的安全性和有效性12)

视觉训练的效果存在个体差异,且不同研究的目标运动、测量指标和训练内容各不相同,因此证据质量被认为是中等水平9)。视觉功能指标(如动态视力值、反应时间)的改善是否直接导致运动表现提升,尚需进一步验证。一些商业广告中的视觉训练设备缺乏充分的科学依据,建议在采用前核实证据。

Q 视觉训练能改善动态视力吗?
A

部分研究报告称,训练可改善动态视力和眼球运动9)。一项针对青少年曲棍球运动员的研究表明,运动视觉训练项目改善了多项视觉功能指标9)。然而,改善程度存在个体差异,对运动表现直接影响的证据有限。持续、系统的训练和专业反馈被认为对提高效果很重要。

运动视觉的各个组成部分由不同的神经回路处理。

动态视力和运动知觉的神经基础

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运动物体的知觉由从初级视觉皮层(V1)到视觉区V5/MT(中颞区)的背侧通路(where/how通路)介导13)。V5/MT区的神经元对运动方向选择性反应,参与判断运动场景中的球轨迹和对手运动方向。该通路与腹侧通路(what通路:负责物体识别)整合,整体处理“什么在移动、在哪里、如何移动”13)

深度知觉(立体视觉)的神经基础

Section titled “深度知觉(立体视觉)的神经基础”

立体视觉是通过V1和V2区的双眼视差检测神经元检测左右视网膜图像的微小差异,并将其转换为深度信息而建立的4)。双眼立体视觉比单眼深度线索更精确,尤其在近距离(约2至6米)的距离判断中精度更高。

扫视主要由额叶眼区(FEF)和上丘控制,通过基底节和小脑的协调调整精度和速度8)。平滑追踪涉及V5/MT区和前庭眼反射通路,决定跟踪目标速度的准确性8)。眼球运动的控制可通过练习优化,这被认为是训练效果的一部分。

动态视力在20至30岁达到峰值,随后随年龄增长而下降14)。V5/MT区运动知觉处理速度的下降被认为是主要因素14)。与年龄相关的核硬化(晶状体变化)、对比敏感度下降和眼球运动速度减慢也导致动态视力下降。对于大师级运动员,这些变化尤其影响运动表现,因此定期评估视觉功能是有益的。

利用VR(虚拟现实)和AR(增强现实)技术的运动视觉训练正处于研究和开发阶段15)。其特点是在虚拟环境中再现运动专项的视觉场景,同时训练动态视力、周边视野和反应时间。一项关于数字训练技术的综述(Appelbaum & Erickson, 2018)表明,包括VR在内的数字技术可能比传统的纸质和基于设备的训练更有效15)

随着游戏竞技(电子竞技)的普及,电子竞技运动员的视觉功能特征越来越受到关注。高分辨率显示器近距离长时间使用导致的调节疲劳和眼疲劳问题,以及反应时间和眼球运动的优越性,已成为运动视觉研究的新课题。

研究正在推进在比赛中佩戴小型化、轻量化的眼动追踪器,实时测量实际比赛场景中的眼球运动。通过分析比赛中的视线模式,有望阐明专家与新手技能差异的视觉基础,并将其应用于有效的训练设计。

通过神经反馈缩短视觉反应时间

Section titled “通过神经反馈缩短视觉反应时间”

利用VR/AR、数字训练和神经反馈等技术改善视觉注意力和反应时间的研究正在进行中。然而,对竞技成绩的直接效果仍处于验证阶段1)15)

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