第一章 緒論

1.1研究背景與動機

眼睛為人類的靈魂之窗，生活中大部分的行為都需要使用到視覺，隨著時代逐漸的演進，人們的用眼習慣與需求，也從以往的追捕獵物，到戰爭，最後到現在的學習與工作；隨著城市的興起，科技的發達，人類用眼的環境也開始改變，以前的綠草山林轉為都市叢林，而書本與電腦的發明也讓人們的視覺距離越來越近，使眼睛為了近距離聚焦與長時間固定在一個位置而造成眼睛肌肉疲勞，甚至是疲乏；從此眼睛的疾病便與人類形影不離。視覺與腦部的關聯是形影不離的，人們若是沒有做充分的休息或作息不正常，除了對腦部的健康造成負面問題之外，也會同時對視力產生不良影響。若能發現腦部與視覺之間的關聯，勢必會增加更多的解決辦法與改善方法。

    為解決此棘手問題，本實驗將旋轉稜鏡原理導入人的基礎視覺做為訊號反應的媒介，透過腦波反應直接將視覺生理訊號加以解讀做為視覺破壞與重建的依據。藉由腦部的放鬆與視覺敏銳度和專注力的提升，增加對學習與工作的效率，並減緩腦部與眼睛的負擔。此技術若發展成熟即可往生醫的方向發展，將成為「提升腦部能力、視力保健、腦部健康與視力發展…等」的核心技術之一。此技術完成之後將應用於視力保健及腦部放鬆，可確保身心健康、提高生活品質。由腦波測得使用旋轉稜鏡後人的專注力明顯提升，大腦得到適度的放鬆，腦波使用於視力研究與腦部研究上一重大突破，為人類的生活帶來新的里程。在現今的社會中，腦波已經被廣泛運用在醫療範圍內，尤其是精神科，腦波能夠清楚的量測出該病患在哪一個部分出現問題，以進行不同方式的治療。同時也應用在打警政界與軍事上面，偵測嫌疑犯是否撒謊，或是精神狀況穩定度等。換句話說，目前腦波的學術研究都在身心靈反應與部分的人機介面研究探討【1】【2】【3】。並沒有提到如何將腦波應用到視覺與腦部影響部分，如果能夠成功研究，將能為視光與腦部研究增加新的領域。

1.2研究目的與方法

    本論文研究目的在進行「視覺融像的破壞與重建」來完成腦波專注與放鬆檢查，此系統也可做為視力保健、腦部放鬆及保健之用。結合腦波感測技術，可以建立精神與生理狀態監測，對提升專注力影響與眼睛放鬆之研究具有正面的意義。

傳統用眼習慣不正確導致眼睛疲勞、精神不良、無法專注等缺點。嚴重者更會對眼睛產生各種疾病。視覺融像與腦波反應可協助腦部與眼睛是否有放鬆，藉以提升視覺敏銳度與提升專注力，幫助工作與學習的效率提升。

本論文首創採用腦波量測配合旋轉稜鏡進行視覺融像破壞與重建，藉由大腦在視覺反應瞬間的腦波的演變，發現腦波與視覺系統有密切的關聯，這是之前未曾注意過的領域。當融像破壞後，腦波呈現放鬆的反應，而融像重建後，腦波專注力則呈現上升的狀態，這時的視覺敏銳度與學習專注力將得到提升。

1.3文獻探討

    生理電現象是生命活動的基本特徵之一，各種生物皆有電活動的現像，人體也同樣廣泛地存在著生理電現象，因為人體是由細胞組成的。對腦來說，腦細胞就是大腦的“微小發電站”。

    在十八世紀以前，人們對於腦部機能之研究，僅限於刺激中樞──腦及脊髓，觀察此刺激在神經末梢所產生的反應，進而推想其功能。當然無法窺知瞬息萬變、複雜而神秘的腦部機能，且對於觀察結果之解釋亦含研究者自身之主張，不能站在客觀的立場上來討論。【4】

首先在動物的腦部記錄其電氣活動的為英國人凱頓（Caton,R.1875)，他利用家兔及猿猴的大腦皮質，記錄其直流電位，認為它與腦機能有密切的關係。十五年後，白克（Beck, A.1890）發見狗的大腦皮質之視覺區電位對於外來之光線有變化。就是說，狗面對光線時，其視覺區所發生之電位變化之差異很大，而沒有光線刺激狗眼睛時，其差異很小。同時除白克發表上述結果外，弗列克‧汎‧馬爾克夫（Fleischl von Marxow E）亦發表同樣事實，而認為這電位變動，不但在視覺區可以記錄，其他的腦硬膜，或甚至於在頭蓋骨上亦可以記錄。其他很多腦研究者亦對於大腦皮質本身的電氣活動及末梢神經刺激的反應結果發表許多論文。惟當時的研究技術受到各種限制，還不能達到圓滿的結果。

至 1899 年，荷蘭生理學家恩特霍文（Eintho-ven   曾獲諾貝爾醫藥獎）發明高感度的線弦電流計（Stringgalvanometer），在利用心電圖獲得了很大的成果後，曾有人利用它來測定腦部的電位變化。惟心臟收縮時所發生的電位為一亳伏特（1mV）以上，因此不必使用放大器（Amplifier）而直接可以使用線弦電流計測定心臟電位之變化，而腦部所發生的電位，通常僅為 0.02～0.03 毫伏特（20～30μV），此微弱之電流無法用線弦電流計計測之。因此線弦電流計被應用在測定腦波是在真空管放大器發明以後的事。

在二十世紀，一個很正確地記載人類腦部電氣活動的學者為德國 Jena大學精神科教授柏爾格（Berger, H, 1924）博士。他於 1924年起著手人類腦部電氣活動之研究。首先他以二支白金針電極從頭部外傷患者的頭蓋骨破損部位插入於大腦皮質內，記錄了很有規律的腦部電氣活動。然後他又確認記錄這些腦電氣活動不必把電極插在大腦皮質，放在頭皮上的電極亦可以記錄同樣的腦部電氣活動。換句話說，他發現了一般人不必經過開刀露出大腦皮質亦可以記錄腦部電氣的活動。他將一般人在安靜閉目之狀態下，在後頭部，頭頂部所發生的10c/sec，振幅為 50μV 前後之有規則性波動稱為「α波」，安靜開（睜）眼，注視某種物件時所發生的18～20c/sec，20～30μV 之波動為「β波」，而這些腦電氣活動，總稱為「腦波」或「腦電圖」（Electroencephalogram,EEG）。其後到1939年止，他陸續發表正常人之腦波、癲癇、腦腫瘍及其他精神神經疾患者之腦波等14篇論文。惟這些偉大的業蹟，不能馬上被當時的生理學者，神經學者所採信。因為不僅當時的大多數生理學者正忙於末梢神經電氣活動之研究，對中樞神經的電氣活動所知甚少。

但在 1934 年，亞德連博士（曾獲1932年諾貝爾醫藥獎）在英國劍橋大學生理學研究室內，與馬休茲（Mathews）氏做追蹤實驗，並確認了柏爾格氏之論文後，事態即時改變，而所有神經學者，精神科醫學者及生理學者都承認柏爾格氏所做之研究之正確性。於是腦波研究即時擴展，同時腦波記錄技術、裝置亦經屢次改良，其正確性亦急速增加，終使腦波之研究成為研究腦生理學、藥理學、神經學、精神科學成不可或缺，且極為普遍的一門學問。

1.4 論文架構

　　本論文共分為五章節，第一章緒論包括研究背景與動機、研究目的與方法、文獻探討及論文架構，第二章AC/A比值與腦波包括眼球曲折狀況、AC/A比值及腦電波的產生與分類，第三章稜鏡與視覺包括稜鏡基本符號定義、稜鏡基本原理、視覺錯覺及眼球運動，第四章系統架構與實驗流程包括系統架構、實驗流程及實驗結果與分析，第五章結論與未來展望。