基于VOSviewer的视觉训练研究热点与发展趋势分析

汪 颖 王婉清

(浙江理工大学，浙江 杭州 310016)

视觉(vision)是由光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后产生的。人和动物通过视觉感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，至少有80%以上的外界信息经视觉获得。视觉训练是重新训练大脑和眼睛之间的关系，持续性训练大脑视觉神经认知系统的刺激与训练。对有助于视觉能力提升的视觉训练进行研究有较高的应用价值。

视觉训练相关刊文的检索在Web of Science核心数据库中起始于2007年，2007年至今刊文量总体呈上升趋势。最初视觉训练相关的研究较为单一，主要集中于神经科学、临床神经学、眼科和体育科学领域，研究内容主要聚焦于视神经损伤后的视功能重塑。其中，Dundon等人将视神经康复的神经心理学训练方法分为视觉扫描训练(VST)、视听扫描训练(AViST)和视觉恢复训练(VRT)三类，并讨论了各类方法的基本原理[1]，孙文芳等人通过文献研究验证了运动视觉训练可以提高运动员的视觉技能和运动表现[2]。而近年来随着科学和技术的不断进步，视觉训练研究刊文量不断上升，视觉训练相关研究已延伸至康复医学、心理学、工程生物医学等领域。然而知网检索的EI和CSSCI等高水平中文期刊中有关视觉训练研究的刊文仅10余篇，梳理国际视觉训练的研究现状及未来趋势对我国视觉训练发展有较大的现实意义。

本文将采用知识图谱软件对刊文各要素进行聚类、密度、叠加分析，采用内容分析法提取和归纳刊文的主要内容和方法。旨在了解视觉训练研究的总体概况、研究热点，同时对前沿演进进行分析，进而对未来趋势进行预测。研究结果可为我国视觉训练研究提供理论和实践参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

本研究在Web of Science核心合集中选择“索引=SCI-EXPANDED, SSCI, A&HCI, CPCI-S, CPCI-SSH, ESCI, CCR-EXPANDED，IC时间跨度=2011-2020”的数据库，并将语种和文献类型限制设置为“All languages”和“All document types”。通过题名进行检索，检索到“TI= (Visual training or visual exercises or vision training)”的论文共1231篇。

1.2 数据筛选

为了提高报告质量，本研究将按照《系统综述与荟萃分析优先报告条目：PRISMA声明》[3]( Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses，PRISMA )的标准对数据进行初筛。根据系统综述各阶段信息收集流程剔除已撤销出版物1篇，排除编委会材料、修正、书籍章节、书评、会议摘要、信件、新闻项目类型的文献224篇。最终将符合检索题名的论文、会议论文、综述和提前访问类共1006篇文献纳入分析。

1.3 数据处理

将筛选记录导出至文件，记录内容设置为“全记录与引用的参考文献”、文件格式设置为“制表符分隔(Win，UTF-8)”，采用科学知识图谱软件VOSviewer1.6.15.0版本实现数据共现网络分析和可视化分析。VOSviewer是荷兰莱顿大学科技研究中心(The Centre for Science and Technology Studies, CWTS)的van Eck 和Waltman开发的一款基于JAVA的软件[4]。VOSviewer生成视图包括聚类视图、叠加视图和密度视图，可以通过这三类视图了解目前的研究类型、研究热点和未来趋势。国内基于VOSviewer的研究数量在近两年显著提升，如马续补等人利用VOSviewer对我国政策评估进行了研究现状与演进路径的分析[5]；凡庆涛等人通过软件了解了人工智能在我国图情领域的发展概况，并对应用成熟度研究热点与演化路径进行了归纳[6]。

2 总体概况

本研究从刊文数量、区域分布，研究主体和刊文期刊分布四个方面分析了视觉训练相关研究的总体概况。

2.1 数量分布

为分析视觉训练领域文献数量的变化规律，统计了Web of Science中该领域2011年至2020年的年发文量以及文献被引频次，变化趋势如图1-2所示。视觉训练相关的文献发表数量共1006篇，总体呈上升趋势，两个明显的增长点出现在2015年与2019年(图1)。通过对比高增长点与其他时间段的高频关键词，发现2015年新增高频关键词“model”与“gait”，研究人员开始注重了解视觉训练与平衡能力及步态稳定性的关系，并引入或提出了视觉相关模型以提高视觉训练的有效性。而2019年新增的高频关键词为“education”与“eeg”，表明研究人员开始注重视觉训练在教学培训中的作用与应用，

图1 文献发表数量

此外，还引入了脑电技术，通过脑电图来分析视觉训练对视觉识别机制的影响。图2显示了2011-2020年间关于视觉训练的文献被引频次，从2011年被引次数13次增至2020年1987次，呈逐年递增趋势且增长幅度较大。大量研究人员进入这一领域，发文量及被引频次快速增长，预示着视觉训练研究从初步期进入了成长期。

图2 文献被引频次

2.2 区域分布

为了解视觉训练领域的区域分布情况，以“国家”为分析单位，以记录数为排序指标选取了发文量排名前十位的国家，表1显示了十个国家的发文记录数、被引量以及占总发文量的比例。其中，美国共发表文献249篇，占比24.75%，排名第一；中国共发表文献138篇，占比13.72%，排名第二。其余八个国家从前至后分别为德国、英国、日本、加拿大、南韩、荷兰、西班牙、意大利，排名前十国家的发文量和占总发文量的84.79%。从视觉训练领域的研究影响力看，美国所发文献共被引3098次，排名第一；德国和英国被引分别为1386次、936次，排名二至三位；中国和加拿大被引分别为882次、659次，排名四至五位。以“组织”为分析单位，最大的一组连接项由100个组织组成(图3)。

图3 发文组织连接聚类图

表1 区域发文量排名

综合发文数量、被引量与组织连接，视觉训练领域研究总体状况如下：

2.2.1 美国视觉训练研究数量和影响力居世界首位

美国的发文量与被引量远高于其他国家，在视觉训练领域处于主导地位。美国地区发文数量较大的两个研究机构为杜克大学和伊利诺伊大学，前者主要聚焦于运动视觉训练、频闪视觉训练及先进的数字技术在视觉训练中的应用；后者则研究了视觉工作记忆训练及视力障碍领域的干预需求。

2.2.2 中国视觉训练研究数量居世界第二，研究影响力仍有待提升

中国发文量居第2位，被引频次居第4位。中国地区发文数量较多的研究机构有中国科学院、香港理工大学、北京大学、北京交通大学、北京师范大学等，组织间合作交流密切，组成了国内视觉训练领域的核心队伍。国内关于视觉训练的研究主要包括视觉皮层的可塑性、针对阅读障碍儿童的视觉训练、针对弱视儿童的视觉功能改善训练与偏盲患者的视觉康复训练。

2.2.3 德国、英国视觉训练研究数量居世界3～4位

德国与英国发文量居第3～4位，影响力居第2～3位。从组织连接强度看，诺丁汉大学位列第一，萨尔大学位列第二，总连接强度为分别为15、12。前者主要聚焦于针对中风患者、偏盲患者、部分视功能丧失患者的视觉搜索训练与视力训练；后者则集中于针对中风患者视野缺损和视觉空间障碍的训练，以及视觉工作记忆训练的内在机制与应用。

2.3 期刊分布

视觉训练领域的文献主要来源于Web of Science的十个学科类别，分别为神经科学(135)、工程电气电子(111)、康复(110)、计算机科学人工智能(73)、体育科学(70)、教育研究(61)、眼科学(58)、心理学实验(52)、心理学(45)以及工程生物医学(41)。以“来源”为分析单位，限制期刊的最低文献数量为5篇，在656个期刊中共有22个达到了临界值，截取发文量前十的期刊(表2)，其中《心理学前沿》(frontiers in psychology)发文21篇，排名第一。影响力方面，《公共科学图书馆》(plos one)共被引360次，位列第一；《心理学前沿》(frontiers in psychology)及《理疗科学杂志》(journal of physical therapy science)分别被引237次与170次，位列第二至三。

表2 期刊记录数及文献共被引量

3 研究热点

以“关键词”为分析单位，限制关键词出现的最低数量为10次，在4646个关键词中共有116个达到了临界值。出现频次最高的十个关键词分别为：“表现”97次、“康复”92次、“注意”66次、“中风”63次、“训练”63次、“感知”60次、“视野”54次、“儿童”49次、“可塑性”43次、“恢复”41次。设定共现关系强度规范化方式、分辨参数、聚类成员最少数目为(Association strength、1、5)，得到如图4所示的关键词聚类图。

图4 关键词聚类图

由图可见，视觉训练领域共分为五个研究主题，进一步统计各聚类排名前七的高频关键词，统计结果见表3。结合关键词及高被引、高相关性的引文分析，形成视觉皮层可塑性与视觉训练策略研究，视觉与步态的相互关系及运动视觉训练研究，视觉技能培训及脑电技术在视觉训练中的运用，以儿童为中心的视觉能力训练研究，针对视觉障碍和认知障碍患者的视觉康复训练研究5个研究热点。

表3 各类热点高频关键词

3.1 视觉皮层可塑性与视觉训练策略研究

聚类一中频次前7位的共现关键词为“注意”、“感知”、“可塑性”、“皮层”、“知觉训练”、“脑”、“辨别”，表示视觉皮层的可塑性，视觉皮层可塑性与视觉感知训练、视觉注意训练的关系，以及视觉注意训练策略是研究热点之一。

先前的研究已经证实了视觉皮层的可塑性及其对视觉训练的潜在影响。Bueichekú等人研究了视觉搜索注意过程中的大脑激活，他们观察到视觉搜索任务训练组的被试在训练后减少了后顶叶皮层的激活，并认为结果可能与任务执行关键区域的神经效率增加有关[7]。Hadid与Lepore回顾了由于知觉、注意力和意识网络效率低下而导致的全局工作空间改变的神经元框架中盲视现象，指出可以针对已有的和新的神经机制，重建潜在功能的框架[8]。在对视觉感知与视觉注意的进一步研究中，Yan等人指出知觉学习大大改善视觉辨别和检测能力的潜在机制与视觉皮层可塑性有关，知觉训练不断地完善了初级视觉皮层中的神经元种群代码[9]。Rodrigues等人将接受了可以导致大脑结构和功能的神经可塑性过程的长期音乐训练的交响乐团作为控制组，调查了长期音乐练习对选择性注意、分散注意和持续注意的影响，结果显示控制组在不同形式的视觉注意测试中表现更好[10]。此外，还有一些研究集中于比较视觉注意训练在不同形式和环境下的训练效率，以期获得更有效的结果[11,12]。研究表明了视觉皮层的可塑性及视觉感知与注意潜在机制表明多感官自下而上的补偿与自上而下的恢复培训相结合的训练可能是最佳干预措施。

3.2 视觉与步态的相互关系及运动视觉训练研究

聚类二中频次前7位的共现关键词为“运动”、“视觉反馈”、“平衡”、“可靠性”、“治疗”、“步态”、“生物反馈”，表明视觉能力训练与步态的关系、平衡训练与视觉能力的关系以及视觉能力训练与运动状态的关系是视觉训练领域的研究热点之一。

Handsaker等人研究了高负荷抵抗运动和视觉凝视训练相结合对患有糖尿病和糖尿病性周围神经病变的患者步进准确性的影响，结果显示干预提高了步进准确性，可能有助于降低跌倒风险[13]。Lee等人探究了老年人预防视知觉能力下降的干预措施，结果显示计算机辅助认知康复训练与平衡训练效果相近，都是预防老年人视知觉能力下降的可行治疗方法[14]。这部分研究显示视觉能力与平衡能力及步态之间可能存在相关关系，并采用视觉反馈与生物反馈强化训练效果。随着老龄化程度的加深，将视觉能力训练引入步态提升系统的研究在近两年逐渐增多。在视觉能力训练与运动状态的研究中，研究者认为运动视觉训练是在要求苛刻的视觉感知的情况下进行的练习，可以提高处理能力和对所见事物的反应能力[15]。Clark等人将传统的视觉训练添加到棒球运动员的训练时间标准进行对比观察，结果显示视觉训练可以与技术方法相结合，作为适应训练或预防伤害的一部分，以训练运动员的眼睛并改善击球效率[16]。Nimmerichter等人发现基于视频的视觉训练可以缩短青少年足球运动员做出决策的时间以及提高他们的反应敏捷性[17]。以上研究表明视觉训练可有效提升运动员运动状态。

3.3 视觉技能培训及脑电技术在视觉训练中的运用

聚类三中频次前7位的共现关键词为“表现”、“训练”、“培训”、“技能”、“体系”、“脑电”、“模拟”，表明有用视野、视觉搜索技能、视觉工作记忆等各项视觉技能的训练和培训是视觉训练领域的研究热点之一，且脑电技术、模拟技术在视觉训练中的运用逐渐成为了研究趋势。

视觉技能培训可分为两个类别，一是驾驶中的视觉技能训练，二是日常生活中的视觉能力训练。视觉能力在驾驶中的运用率较高，与驾驶行为存在着显著相关性。因此，驾驶领域对视觉技能的掌握要求极高，研究者对这一方向的研究热情持续较高。Sullivan等人通过模拟任务分析了飞行专业知识对视觉扫描模式的影响，结果显示专业知识水平可以预测凝视参数和扫描管理技能，这一研究结果可用于指导视觉训练系统的设置[18]。Koglbauer和Braunstingl设计了一种模拟器训练方法，评估其在模拟自然环境中，对提高态势感知、执行机场程序性能，目视飞行规则(VFR)飞行中的飞机分离问题表现的作用，结果显示模拟器训练对空中观察能力有显著的提升[19]。Rogé等人检查了老年汽车驾驶员在模拟器驾驶任务中的驾驶行为，对一组被试进行专门的培训，结果显示培训显著增加了驾驶员的可用视野，对驾驶具有有益的影响[20]。这些研究显示了培训的积极作用，研究结果可能会应用于视觉技能干预计划与驾驶培训。

视觉功能在非驾驶领域的运用同样重要，Krzepota等人调查视觉功能培训计划是否可以改善视觉搜索的时间，持续时间和程度，结果显示对视觉功能进行为期8周的训练可以改善视觉搜索性能[21]。同时，研究人员采用脑电技术对视觉工作记忆以及视觉注意能力进行了探究，研究通过脑电检测发现有氧运动和直立姿势对并发视觉工作记忆性能有重要影响，从而加快了后提示任务的处理速度[22]。以及通过脑电测量和眼动追踪探索了一种新型的注视训练如何缓解假手控制给使用者带来的认知负担，结果显示注视训练减少T7-Fz连接性，是加速假体学习，优化视觉注意力和降低意识控制的更有效方法[23]。脑电技术在视觉训练领域的运用在2019年以来直线上升，视觉与认知关系的研究在未来可能有较好的发展。

3.4 以儿童为中心的视觉能力训练研究

聚类四中频次前7位的共现关键词为“儿童”、“信息”、“专业知识”、“任务”、“行为”、“获得”、“技能”，这表明以儿童为中心开展的视觉能力训练是视觉领域的研究热点之一。

以儿童为中心的视觉能力训练可分别两个类别，一是积极的训练以提升学龄前儿童的视觉感知能力，研究显示基于视觉感知的游戏可以提升视觉形态感知能力，使婴儿在发现异常形状方面变得更好[24]；基于视觉和言语提示的实验性视觉空间干预程序显著提高了儿童视觉空间处理技能[25]。二是辅助训练以改善儿童的视觉功能障碍，研究显示短时的视觉注意力训练可以通过改变其动眼特性来改善阅读障碍儿童的阅读能力[26]；基于游戏的辅助训练系统(GBATS)可以改善发育障碍儿童的视觉感知功能障碍[27]；基于计算机的视觉搜索培训(VST)可以改善偏盲儿童的视觉搜索策略[28]。关键词“儿童”共出现49次，以提升和改善儿童视觉能力为目标的视觉训练得到了研究人员的持续关注，发展训练可能成为未来研究的一大趋势。

3.5 针对视觉障碍和认知障碍患者的视觉康复训练研究

聚类五中频次前7位的共现关键词为“康复”、“中风”、“视觉”、“恢复”、“损伤”、“偏盲”、“生活质量”。其中“康复”一词共出现92次，“中风”、“恢复”分别出现63次和41次，这表明针对视觉障碍和认知障碍患者的视觉康复训练是研究人员最为关注的问题。

在针对偏盲患者的视觉能力改善研究中，最为常用的方法为视觉恢复训练(VRT)。 VRT旨在通过训练神经元相关的残余视觉区域来改善视力丧失，研究人员发现与单独的视觉康复相比，经颅直流电刺激(tDCS)与视野康复相结合可以增强视觉功能训练结果[29]。还有研究者在VRT之前和之后应用了功能磁共振成像(fMRI)，结果显示视觉康复训练可以部分恢复视野不足的视野，并可以改善偏盲患者的注意力网络功能[30]。在针对认知障碍患者的视觉能力改善研究中，研究者比较了基于听觉或视觉的计算机培训对认知障碍患者认知、症状和生活质量的影响，结果显示接受视觉训练的参与者在整体认知上表现出显著改善，且注意力和症状改善之间存在显著正相关[2]。此外，研究还显示在常规康复治疗基础上增加视觉训练可以有效提升中风患者的注意力，执行功能，记忆力，视觉技能等[31]。以上研究结果显示了视觉恢复训练对改善偏盲患者视觉能力的有效性，视觉训练对改善认知障碍患者整体认知水平的有效性。降低患者障碍程度，提升他们的生活质量，是视觉训练最重要的目标之一。

4 未来趋势

以“关键词”为分析单位，限制关键词出现的最低数量为15次，在4646个关键词中共有63个达到了临界值。按时间顺序的叠加可视化图见图5，颜色表示各关键词的平均出现年份。视觉训练领域的研究热点关键词内容上按照“康复”、“感知”、“注意”、“中风”、“运动”、“功能缺失”演进；方法上按照“训练”、“表现”、“培训”、“脑电”、“虚拟现实”演进。研究内容表现出关注运动或体育锻炼与视觉能力的相互影响、关注脑电技术及生物反馈技术在视觉训练领域的应用、重视虚拟技术在视觉训练领域的应用等发展趋势。

图5 关键词叠加图

4.1 关注运动或体育锻炼与视觉能力的相互影响

运动视觉能力训练在3.2节中已经进行了部分阐述，由于运动的感知要求，视觉和视觉运动技能经常成为运动训练项目的目标，研究者们将视觉能力训练加入到运动员的专业训练中加以辅助，结果展示了视觉能力训练对运动员运动状态提升的效果。要求高视觉感知、认知或动眼神经任务的实践可以提高处理和响应所见事物的能力，从而提高运动成绩。同时，运动也能诱导神经的可塑性，如平衡训练可以增加视觉和前庭皮质区域的皮质厚度，有氧运动可以改善视觉工作记忆性能、增强视觉注意力控制等。不同类别的运动与体育锻炼与各类视觉能力训练的动态影响机制将是未来的一大研究热点，年龄与视觉水平的调节作用同样至关重要。

4.2 关注脑电技术及生物反馈在视觉训练领域的应用

脑电图(EEG)是一种使用附着在头皮上的小金属圆盘(电极)检测大脑中电活动的测试，脑电技术在视觉训练中的运用在3.1节中已经进行了部分阐述，其主要作用是探究视觉能力提升的内在机制，以更好地通过内在运行机制作用改良相应的视觉训练方案[32]。生物反馈训练是一种在世界范围内越来越流行的新疗法，研究人员发现生物反馈训练(BT)是利用显微视野仪进行优先视网膜位置(PRL)康复的一种有效方法[33]，基于听觉刺激的声生物反馈训练可改善中心暗点患者的注视行为、视力及视网膜敏感性[34]。对于这种新疗法的最佳方法和适应症尚没有共识，因此未来的研究可能会集中于了解用于视力康复的生物反馈训练所面临的复杂性、问题和可能解决的方案。

4.3 重视虚拟技术技术在视觉训练领域的应用

虚拟现实技术是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、传感技术等多种技术的集合，具有多感知性、存在感、交互性、自主性的特征，已应用于医学、娱乐、军事航天、工业仿真、应急推演等领域。在视觉训练领域，了解训练仿真的真实性如何影响训练效果是非常重要的。研究者通过一组对照试验为虚拟现实技术提供了具有相似的视觉复杂性的证据[35]。还有研究者检查了在VR超市环境中的认知训练的有效性，结果显示VR训练不仅可以改善中风患者的视觉空间记忆能力，而且可以改善特定的神经心理学功能[36]。VR技术在视觉训练领域的运用是一种有趣和新颖的治疗方法，给视觉训练带来了更多可能性，VR环境中的视觉训练很可能将成为新的研究趋势。

5 结论

视觉训练是使受训者增强视觉感知、获得专项技能的必要条件。本文以Web of Science核心数据库中收录的2011-2020年视觉训练研究的文献为研究对象，采用知识图谱分析软件VOSviewer和内容分析法对视觉训练研究的总体概况、研究热点进行了回顾，对前沿演进、发展趋势进行了分析和预测，证实了视觉训练对改善视功能、促进步态稳定、提升运动状态、提高视觉技能有较显著的作用。

研究主要得到以下结论：1)视觉训练研究的总体发展前景较好。根据年发文量和被引频次的快速增长得出视觉训练研究已从初步期进入了成长期；从研究主体连接程度看出组织间合作交流非常密切，且国内也已经组成了以中国科学院为首的核心队伍；从期刊分布看，共656个期刊曾刊出视觉训练研究的文献，且研究领域分布于各个学科。2)视觉训练研究在保持研究稳定性的基础上不断创新。视觉训练研究的五大研究热点包括视觉皮层可塑性与视觉训练策略研究、视觉与步态的相互关系及运动视觉训练研究、视觉技能培训及脑电技术在视觉训练中的运用、以儿童为中心的视觉能力训练研究、针对视觉障碍和认知障碍患者的视觉康复训练研究；从前沿演进分析可以看出研究人员对以上五大研究热点有持续的热情，同时随着科学与技术的进步不断引入新的研究与训练方法，保证视觉训练研究的现实性。

研究得到以下启示：1)根据社会发展、政策与要求的改变确定用户视觉能力新需求，视觉训练的目的应以人为本。2)加强对视觉皮层可塑性的研究，结合内部运行机制设计补偿与恢复相结合的训练。3)推进创新技术在视觉训练研究的运用。4)重视对虚拟现实环境与视觉训练交互作用的研究，消除视觉训练的空间限制。