Исследование пространственной контрастной чувствительности — МегаЛекции

Стереопсис — один из механизмов пространственного зрения. Он выра-жается в субъективном ощущении глу­бины пространства при бинокулярном зрении вследствие сетчаточной гори-

зонтальной диспаратности. В процессе эволюции зрительного анализатора стереопсис как бинокулярный меха-низм развился существенно позже, чем, например, стереокинетический механизм, использующий монокуляр-ные динамические признаки — двига-тельный параллакс и изменение разме­ров [Рычков И.Л., 1990]. Стереопсис обеспечивает наиболее точную оценку расстояния, до 2″, причем до непод-вижных объектов и с фиксированного положения наблюдения. Однако мно-гие заболевания и даже некоторые не-большие аномалии зрительной систе­мы способны отрицательно повлиять на стереопсис [Barlow H.B. et al., 1967], так же, впрочем, как тренировки могут значительно его улучшить.

Традиционне остроту стереозрения измеряют с помощью трехпалочкового прибора Говарда—Долмана, флай-тес-та, теста Ланга, Титмус-стереотеста или таблиц Пульфриха для линзового стереоскопа. Вее эти методы в качест-ве стимулов используют некие узна-ваемые фигуры и основываются на представлении о стереопсисе как о ме­ханизме сопоставления диспаратно-стей изображений одинаковых объек­тов. Следствие такого упрощенного понимания — отсутствие стандартных стимулов (по форме, размерам и про­странственному расположению) и раз­личие величин пороговых диспаратно-стей, измеренных с помощью этих ме­тодов.

Появление случайно-точечных сте-реограмм [Julesz В., 1960] открыло воз-можность так называемого глобально­го стереопсиса без наличня в изобра-жениях монокулярно узнаваемых дета-лей. В практику вошел Randot Е-сте-реотест — знак Пфлюгера, «спрятан-ный» в случайно-точечной стерео-грамме. Развивая это направление, В. Julesz показал, что в случайно-то-• чечных изображениях зрительный ана-[ лизатор соотносит не отдельные эле-| менты и не случайные контуры, a | пространственно-частотные составля-I ющие. В результате в исследованиях I стереопсиса начали применять, с од-

нои стороны, полосы разнои ширины или стимулы в виде разности гауссоид (DOG — difference of Gaussian), c дру-гой — отфильтрованные случайно-то-чечные стереограммы. Таким образом, возникла своеобразная «конверген-ция» методов: и те, и другие стимулы стали делать достаточно узкополосны-ми с точки зрения их пространствен-но-частотного спектра.

Исследования стереопсиса в облас­ти пространственных частот были на-чаты С. Schor и I. Wood (1983). Резуль­таты многочисленных экспериментов по измерению пространственно-вре­менных параметров стереопсиса, верх­них пределов диспаратности и по ис-следованию частотной зависимости порога стереозрения от различий мо-нокулярных контрастов и пространст­венных частот изображений в стерео­паре [Halpern D.L., Blake R.R., 1988; Legge G.E., Gu Y.C., 1989; Schor C, Heckmann T., 1989; Patterson R., 1990; Kontsevich L.L., Tyler C.W., 1994; Cormack L.K. et al., 1997] свидетельст-вовали о том, что стереоскопическое восприятие на низких и высоких про­странственных частотах обеспечивают разные по природе механизмы. Порог стереоскопического зрения на низких пространственных частотах обратно пропорционалей частоте, эту законо-мерность называют «корреляция раз­мера и диспаратности». На низких час­тотах при уменьшении контраста од­ного из изображений порог стереозре­ния увеличивается в большей степени, чем при одинаковом снижении кон­траста обоих изображений («парадокс стереоконтраста»). На высоких часто­тах этот эффект почти не проявляется: стереопороги определяются наимень-шим из контрастов. На низких часто­тах инверсия стимулов повышает чув-ствительность к диспаратности, а на высоких — понижает ее. Кратковре­меннее предъявление стимулов в меньшей степени увеличивает стерео-порог для низких пространственных частот, чем для высоких. Морфологи­ческое и физиологическое обоснова­ние данное направление исследования

стереопсиса получило в работах G.C. DeAngelis и соавт. (1995), I. Ohzawa и соавт. (1997), где рассмат-ривались механизмы выделения ин-формации о глубине бинокулярными нейронами зрительной коры с просты­ми и сложными рецептивными поля­ми. Позже было показано [Anzai A. et al., 1997, 1999], что в зрительной систе­ме действительно наличествуют два дополняющих друг друга механизма чувствительности нейронов стриарной коры к диспаратности: по взаимному расположению рецептивных полей одинакового профиля, относящихся к правому и левому глазу, и по фазовому сдвигу между полями с одинаковым пространственным расположением. При этом позиционные сдвиги рецеп­тивных полей не велики и соответству-ют лишь неболыиим бинокулярным диспаратностям. Они не коррелируют с ориентацией и пространственной частотой рецептивных полей. Фазовые же сдвиги имеют ориентационную анизотропию в пользу вертикальной ориентации по сравнению с горизон­тальной и на низких пространствен­ных частотах охватывают большой диапазон бинокулярных диспаратно­стеи. Таким образом, на низких про­странственных частотах верхний пре-дел восприятия диспаратности лими-тируется фазовым механизмом, а на

Рис. 16.11. Оценка коли-чества нейронов, обла-дающих селективностью к бинокулярной диспарат­ности, в различных облас-тях зрительной коры [Len-nie P., 1998].

По оси абсцисс — зрительное поле; по оси ординат — ней­роны, селективные к диспа­ратности, %.

высоких — позицион-ным. Граница между низкими и высокими пространственными час-тотами в стереопсисе проходит в интервале 2— 3 цикл/град. К настоящему времени нейроны, обладающие селективностью к диспа-ратности, обнаружены во многих зонах зрительной коры приматов (рис. 16.11): VI, V2, V3, МТ (middle tempo­ral), MST (medial superior temporal) и IT (inferotemporal); при этом парвоцел-люлярная система отвечает за статиче­ский стереопсис, а магноцеллюляр-ная — за динамический. Однако ней­роны поля VI чувствительны лишь к абсолютной диспаратности, т.е. к от­носительному положению изображе-ний одного объекта на двух сетчатках [Cumming B.G., Parker A.J., 1999]. Сте­реоскопическое же восприятие опре-деляется главным образом относитель­ной диспаратностью, т.е. разницей аб-солютных диспаратностей двух или не-скольких объектов. Чувствительность к относительной диспаратности появ-ляется на более высоких уровнях, на-пример у некоторых нейронов поля V2 [Thomas O.M. et al., 1999] и латераль-ной части MST [Eifuku S., Wurtz R.H., 1999].

По своей информативности иссле­дование пространственно-частотных составляющих стереопсиса соотносит-ся с обычными методами измерения остроты стереозрения примерно так же, как визоконтрастометрия с визо-метрией. Например, нормальная вели­чина порога стереозрения, полученная

с помощью традиционних методов, на самом деле может обеспечиваться со-хранностью чувствительности нейро­нов к бинокулярной диспаратности лишь в очень ограниченном диапазоне пространственных частот. Диагности­ческая информация может содержать-ся в расположении и ширине про-странственно-частотного диапазона стереопсиса, высоте и форме кривой зависимости порога стереозрения от пространственной частоты. Так как в зрительней системе человека, обработ-ка бинокулярной информации начи-нается только на уровне зрительной коры, наблюдаются качественные раз-личия пространственно-частотных ха­рактеристик стереопсиса при локали-зации поражений в зрительной коре по сравнению с другими отделами зри-тельного анализатора.

В конце 90-х годов нами была разра-ботана и осуществлена компьютерная реализация метода пространственно-частотной стереовизометрии на IBM-совместимом компьютере. Предложе-на оригинальная геометрия стимула, решена проблема визуализации сину-соидальных решеток с высокой точно-стью передачи фазы, многократно пре-восходящей обычный для компьютера предел в 1 пиксел. Совместно с лабо­раторней клинической физиологии зрения им. С.В. Кравкова Московско­го НИЙ глазных болезней им. Гельм-гольца, кафедрой офтальмологии Рос­сийской медицинской академии по-следипломного образования и город-ской клинической больницей № 11 Москвы были проведены исследова-ния стереопсиса в области пространст­венных частот у здоровых и больных людей [Белозеров А.Е., 1999, 2000; Бе-лозеров А.Е., Мосин И.М., 2000; Рома­нова Е.В., Белозеров А.Е., 2001а; Мо­син И.М., 2002; Белозеров А.Е., 2003]. На способ диагностики нарушений стереозрения был получен патент РФ [Белозеров А.Е. и др., 1999].

В программе «Стереопсис» разделе­ние полей зрения правого и левого глаза осуществляется с помощью оч-ков с красным и зеленым фильтрами.

Стимулами служат две расположенные одна над другой вертикальные сину-соидальные решетки, кажущиеся в оч-ках отстоящими друг от друга по глу­бине (рис. 16.12). Измерение проводят с расстояния 1,8—2,4 м в зависимости от размера экрана. Оно заключается в определении минимального различи-мого расстояния между решетками для каждой пространственной частоты в диапазоне 0,35—16(32) цикл/град. Раз­решающая способность метода в пер-вой версии программы составляла 16″, в последней — порядка 1″.

В норме кривая зависимости порога стереоскопического зрения от про­странственной частоты имеет U, V или W-образную форму. Наименьшие зна­чен ия стереопорогов составляли 5″ и наблюдались на частотах вблизи 2 цикл/град (рис. 16.13). Границы нор­мы представлены на рис. 16.14 в виде заштрихованной области.

Исследования показали, что при разных заболеваниях зрительной сис­темы (сильный мышечный дисбаланс, амблиопия, заболевания проводящих путей, поражения зрительной коры) кривые пространственно-частотных стереопорогов имеют характерные особенности. В результате перенесен-ных в подростковом возрасте неболь-ших нарушений бинокулярного зре­ния, например вследствие рефракци-онной амблиопии, пороги стереозре­ния на самых низких пространствен­ных частотах несколько увеличивают-ся, затем проходят в области нормы, на средних частотах резко возрастают, и на более высоких частотах стереозре-ние отсутствует. Зависимость стерео-порога от пространственной частоты остается похожей на норму, но кривая как бы сжимается в сторону низких частот и немного поднимается.

При частичней атрофии зрительно-го нерва после перенесенной инфек-ции, а также при тапеторетинальной абиотрофии наблюдается лишь оста-точное стереозрение на низких и сред­них частотах. Кривые становятся более пологими, а пороги в 5—10 раз превы-шают нормальные значения.

меры, показанные на рис. 16.15, свиде-тельствуют о том, что нарушение взаи-модействия фазового и позиционного механизмов восприятия диспаратно-сти на средних пространственных час-тотах или ухудшение стереопсиса на высоких пространственных частотах может сопровождаться развитием ги-перчувствительности к диспаратности у нейронов, отвечающих за низкие пространственные частоты. При этом острота стереозрения в обычном пони-мании сохраняется, что объясняется наличнем в традиционных стереоско­пических стимулах пространственных частот, на которых стереопороги оста-лись близкими к норме. Примерно в 25—30 % случаев кривые стереопоро-гов у детей с ППГЗП напоминани та-ковые при оптическом неврите в ста­дии ремиссии, когда на низких часто­тах стереопороги в несколько раз пре-вышают норму, на средних — близки к норме, а на высоких можно встретить самые разные варианты — от неболь-шого превышения нормы до полного отсутствия стереозрения. Как отмечает | И.М. Мосин (2002), у 82 % детей с пре-натальными ППГЗП различной этио-| логии имеются атрофия и/или анома-лии развития зрительного нерва. По-i видимому, обусловленное ими ухуд-I шение стереопсиса оказывается преоб-[ ладающим и формируёт картину, по-I лученную нами в этих случаях при

ППГЗП. Характерно также, что при ППГЗП связь результатов пространст-венно-частотного анализа стереопсиса с данными визоконтрастометрии не обнаруживается. Например, при нали­чни изломов на кривой сохранности ПКЧ кривая зависимости порога сте­реозрения от частоты может быть глад­кой П-образной. И наоборот, изломы на кривой стереозрения могут соответ-ствовать гладким участкам ахромати­ческой и хроматических кривых со­хранности контрастной чувствитель-ности. Это согласуется как с данными L.M. Wilcox и R.F. Hess (1998) о слабой зависимости пространственно-частот-ных стереопорогов от контраста сти­мула, так и с обнаруженным I. Ohzawa и R.D. Freeman (1994) свойством би-нокулярных нейронов зрительней ко­ры в значительной степени компенси-ровать разницу монокулярных контра­стов.

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Современные представления о патогене­зе амблиопии.Амблиопия представляет собой оптически не корригируемое снижение остроты зрения, развиваю-щееся в результате ограничения сен-сорного опыта (депривации) в сенси-тивный период развития зрительной системы. Амблиопию можно рассмат-

ривать как синдром, включающий, по-мимо сниженной остроты зрения по одиночным оптотипам или решеткам, еще более сниженную остроту зрения по оптотипам в группе (crowding-эф-фект или трудности раздельного виде-ния), сниженную верньерную остроту зрения, ПКЧ и чувствительность к движению, пространственные искаже-ния и неопределенность в определе-нии положения стимула, нарушенную или неустойчивую монокулярную фиксацию, плохую способность глаза к сопровождающому слежению, нару-шения работы механизма аккомода-ции.

Амблиопия относится к наиболее распространенным патологическим состояниям органа зрения у детей: по разным оценкам, в зависимости от вы-бранного критерия, ею страдают от 2 до 5 % детей. Примерно в 50 % случаев односторонняя амблиопия ассоцииру-ется с косоглазием, немного реже — с анизометропией.

Условия, приводящие к амблиопии, хорошо известны [Von Noorden G.K., Campos E.C., 2001]. Наиболее тяже-лая форма амблиопии — обскурацион-ная — развивается при отсутствии форменного зрения в результате врож­денной или травматической катарак­ты, птоза, длительного односторонне­го блефароспазма и т.д., а также при неконтролируемой окклюзионной те-рапии. В этих случаях зрительная сис­тема практически не получает инфор-мации от одного глаза. Поэтому стра­дают вее уровни зрительного анализа­тора, кроме, быть может, сетчатки. На-рушения возникают как в парво-, так и в магносистеме.

Следующая по тяжести форма амб­лиопии — дисбинокулярная — возни-кает из-за косоглазия. Взаимное несо­ответствие изображений на сетчатках двух глаз препятствует нормальному развитию бинокулярных нейронов на-чиная со стриарной коры. Соперниче-ство глаз часто приводит к подавлению входного сигнала от косящего глаза, если не принимаются специальные меры к переводу монолатерального ко-

соглазия в альтернирующее. Страдает в первую очередь парвоцеллюлярная система начиная с уровня зрительной коры. Однако нарушения движений глаз, восприятия движения и про­странственных отношений свидетель-ствуют о патологии и магноцеллюляр-ной системы [Buckingham T. et al., 1991; Previc F.H., 1989], что объясняют тесным взаимодействием парво- и магносистем, обширными межней-ронными связями дорсального и вен-трального путей.

Амблиопия может развиться и вследствие отсутствия четкого изобра-жения на сетчатке глаза. Гиперметро-пическая (от 1,0 дптр), сильная мио-пическая (от 3,0 дптр) и астигматиче­ская (от 1,5 дптр) анизометропия мо­жет привести к анизометропической амблиопии, более сильная гиперме-тропическая (от 5,0 дптр), миопиче-ская (от 8,0 дптр) и астигматическая (от 2,5 дптр) изоаметропия — к реф-ракционной амблиопии. Для астигма­тизма характерна меридиональная амблиопия. Из-за расфокусировки в изображений на сетчатке пропадают мелкие детали, размываются края объ­ектов. В основном страдает парвоцел­люлярная система, относящаяся в пер­вую очередь к фовеолярному зрению и высоким пространственным частотам [Hess R.F., 2001].

Следует упомянуть и о так называе-мой относительной амблиопии, когда функциональная амблиопия сосущест­вует с врожденной или приобретенной аномалией сетчатки или зрительного нерва. Часто лечение функциональной составляющей относительной амблио­пии также оказывается успешным [Kushner B.J., 1981, 1984, 1985].

Результаты нейрофизиологических исследований зрительной коры при различных формах зрительной депри-вации [Хьюбел Д., 1990; Kiorpes L. et al., 1996, 1998] свидетельствуют о серь-езных нарушениях распределения ней­ронов по глазодоминантности. После полной депривации подавляющее большинство клеток зрительной коры отвечает лишь на стимуляцию интакт-

ного глаза, причем возникшая анома-лия синаптических связей с наружным коленчатым телом приводит к атрофии клеток соответствующих слоев послед­него. При анизометропической амб-лиопии и особенно при амблиопии, обусловленной косоглазием, доля би-нокулярных нейронов в полях VI и V2 зрительной коры снижается в несколь-ко раз по сравнению с нормой. Нару-шения баланса глазодоминантности, сдвиг ее распределения в сторону ин-тактного глаза при этом в большей сте­пени связывают со степенью тяжести амблиопии, нежели с этиологией.

Данные последних лет [Imamura K.
et al., 1997; Kiorpes L. et al., 1998;
Sireteanu R. et al., 1998; Barnes G.R. et
al., 2001], полученные, в частности, с
помощью позитронно-эмиссионной
томографии (PET — positron emission
tomography) и функциональной маг-
нитно-резонансной томографии

(fMRI — functional magnetic resonance imaging), свидетельствуют о снижен-ной функциональной активности стриарной и экстрастриарной коры при стимуляции амблиопичного глаза. Обращает на себя внимание тот факт, что степень снижения психофизиче­ских показателей (пространственное разрешение, контрастная чувствитель-ность, верньерная острота зрения) оказывается выше, чем степень нару-шения пространственных свойств ней­ронов первичной зрительной коры [Kiorpes L. et al., 1993, 1996, 1998]. В частности, значительное количество нейронов способно давать выражен-ный ответ на стимуляцию амблиопич­ного глаза решетками с пространст­венной частотой, превосходящей пре-дел пространственного разрешения для этого глаза. В случае дисбиноку-лярной амблиопии нарушения им-| пульсации нейронов зрительной коры при стимуляции амблиопичного глаза проявляются не в снижении силы от-• клика отдельных нейронов, а в ухуд- шении групповой синхронности [Ro-elfsema P.R. et al., 1994; Fries P. et al., [ 1997]. Эта асинхронность далее отра-[ жается как в сигналах, нисходящих в

подкорковые отделы, так и в восходя-щих к более высоким ассоциативным уровням — средневисочной и заднете-менной корковым зонам, связанным с восприятием движения и избиратель­ным вниманием. Последним объясня-ют тот факт, почему пациенты испы-тывают затруднения, пытаясь сосредо-точиться на разглядывании чего-либо амблиопичным глазом [Asper L. et al., 2000]. Нейрофизиологические иссле-дования [Lee T.S. et al., 1997, 1998; Kapadia M.K. et al., 1999] показывают, что первичная зрительная кора не про­сто является модулем для выделения локальных признаков, а участвует в высокоуровневей обработке зритель­ной информации, помогая сочетать выделение глобальных признаков с высоким пространственным разреше­нием. «Пренебрежение» сигналами от амблиопичного глаза в областях V2 и V4/MT за счет нисходящих связей ска-зывается и на первичной зрительной коре, в нейронах которой на более поздних этапах отклика должна проис-ходить перестроика пространственных и ориентационных характеристик ре-цептивных полей. Нарушением соот­ветствующих интеграционных зри-тельных процессов объясняется ухуд­шение стереопсиса, особенно глобаль­ного, снижение способности как к анализу деталей сложного изображе-ния (в частности, различения симво­лов в группе), так и к зрительному синтезу объектов из элементов, ассо-циирующихся по ориентации, направ-лению движения и другим признакам. Патогенез бинокулярных нарушений.Различают 3 типа нарушений соосно­сти глаз, влияющих на бинокулярное зрение: фиксационную диспаратность, гетерофорию (скрытое косоглазие) и гетеротропию (косоглазие). Аномаль­ные значения первых двух из них дают дополнительную нагрузку бинокуляр-ной фузии и вызывают астенопиче-ские явления, однако могут быть скор-ригированы оптическими средствами. Косоглазие же, если оно возникает в критический период, мешаёт развитию нормального бинокулярного зрения.

Страдают косоглазием от 2 до 4 % де­тей. В большинстве случаев оно появ-ляется до 6 лет, пик приходится на 3-й год жизни. Разумеется, косоглазие мо-жет возникнуть и в зрелом возрасте, например при сахарном диабете или после травмы. Причинами косоглазия могут быть аномалии рефракции, сен-сорные и моторные нарушения, анато­мические аномалии и патология ин-нервации. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся виды косоглазия, опи-раясь, в частности, на многочислен­ные обзорные и аналитические публи-кации Американской оптометриче-ской ассоциации.

Врожденная экзотропия составляет половину случаев косоглазия и прояв-ляется примерно после 4—6 мес жизни ребенка, т.е. в возрасте, когда в норме появляется достаточная моторная и сенсорная фузия и устанавливается ортотропия. Наряду с большим углом косоглазия возникают и другие анома­лии: нарушение стереопсиса, асиммет-рия прослеживающих движении глаз, аномалии восприятия движения, ла-тентный нистагм при фиксации не-подвижных объектов, привычка разво-рачивать голову, вертикальная девиа-ция. Стереопсис появляется уже в 3—5 мес, но при возникновении схо-дящегося косоглазия быстро утрачива-ется, так как период его развития про-должается гораздо дольше. Развитие пространственной симметрии просле­живающих движении глаз в норме так-же обязано появлению стереопсиса, и при его нарушении предпочтительны­ми оказываются движения глаз от вис­ка к носу, как у младенцев. Соответст­венно и скорость объектов, движущих-ся от виска к носу, кажется выше, чем при движении в противоположном на-правлении. Когда открыты оба глаза, нистагм отсутствует или проявляется очень незначительно, но возрастает, если прикрыть косящий глаз. Ребенок быстро адаптируется и перестает заме-чать нистагм, но начинает терять ост­роту зрения. Уменьшению нистагма и повышению остроты зрения способст­вует разворот головы в сторону фикси-

рующего глаза. У большинства боль­ных детей наблюдается также диссо-циированная вертикальная девиация: и тот, и другой глаз при прикрывании поднимается, а при открывании снова опускается. У многих имеется гипер-функция одной или обеих нижних ко­сых мышц (либо гипофункция верх­них), что выражается в поднимании глаза при его приведении к носу. Как уже упоминалось выше при описании дисбинокулярной амблиопии, вслед-ствие раннего возникновения косогла­зия нарушаются распределение нейро­нов слоя IVC стриарной коры по гла-зодоминантности, а следовательно, и передача нормального входного сигна­ла в нейроны следующего уровня, об-ладающие чувствительностью к диспа-ратности. Среди этих нейронов оказы­ваются и такие, которые связаны с зо­ной МТ, ответственной за восприятие движения. Соответственно наряду с парвоцеллюлярной страдает и магно-целлюлярная система.

Аккомодационная эзотропия возни-кает в возрасте от 1 года до 8 лет (пик приходится на 2—3 года) у детей с ги-перметропией примерно *от 2 дптр и/или сильной аккомодационной кон-вергенцией (отношение АК/А). По-требность четко видеть вблизи вызы-вает аккомодацию, а чрезмерная акко­модационная конвергенция — эзоде-виацию. Благодаря более позднему возникновению этой формы косогла­зия ей предшествует период нормаль­ного развития бинокулярного зрения. Однако если ребенка не лечить, девиа­ция может стать постоянной, возмож-но развитие функциональной ското­мы, возникновение амблиопии.

Экзотропия чаще всего бывает не-постоянной. Она возникает примерно в 10 раз реже, чем эзотропия, обычно в возрасте от 1 года до 6 лет. До ее появ-ления успевают развиться многие важ-ные зрительные функции, в том числе бинокулярные: стереопсис, воспри­ятие движения, сопровождающее сле­жение и т.д. Непостоянство угла косо­глазия способствует сохранению ост­роты зрения и несколько сниженного

стереопсиса, который проявляется во время фузии. При этом положитель-ные резервы фузии малы или отсутст-вуют. При нарушении фузии может возникать диплопия; ее отсутствие го­ворит о развившемся функциональном подавлении. При экзотропии, вызван-ной недостаточной способностью к конвергенции, часто возникают нару-шения аккомодации.

Постоянная экзотропия наблюдает-ся очень редко. Экзотропия, возни-кающая в первые полгода жизни, обычно бывает обусловлена невроло­гическими синдромами или дефектами и отличается большой девиацией. По-сле 6-го месяца жизни экзотропия по-является, как правило, при патологии сетчатки, зрительного нерва или еще более высоких уровней зрительной системы.

Микротропией называют девиацию до 10 пр. дптр. Одной из ее причин мо­жет быть гипо- или гиперкоррекция после операции по поводу косоглазия. Небольшая девиация мало влияет на периферическую фузию, но затрудняет бифовеальную фиксацию и не позво-ляет развиться полноценному стерео-псису. Адаптация глаза может пойти по пути развития функционального подавления центрального зрения и увеличения девиации.

Критические периоды.Говоря о функциональных нарушениях, разли-чают 3 периода: период развития зри-тельных функций; период, когда де-привация может вызвать патологию [«критический» период noT. Визелу (Т. Wiesel) и Д. Хьюбелу (D. Hubel), или сенситивный период]; период, ко-• гда зрение может быть восстановлено. При этом критический период начи-нается несколько позже начала разви­тия соответствующей зрительной функций, а период возможного вос-| становления заканчивается позже кри­тического периода. Например, высо-I кая острота зрения для одиночных I стимулов развивается в течение пер-I вых 3—5 лет жизни [Mayer D.L., I Dobson M.V., 1982], но амблиопия I вследствие косоглазия или анизоме-

тропии может возникнуть и в 7—8 лет [VonNoorden G.K., 1985; Harwerth R.S. et al., 1986], вследствие монокулярной депривации из-за травматической ка­таракты — до 12 лет [Vaegan, Taylor D., 1980], а восстановление остроты зре­ния может произойти и в еще более старшем возрасте вплоть до взрослого, по крайней мере в случае анизометро-пической амблиопии [Ciuffreda K.J., 1986; Wick В. et al., 1992].

Для других зрительных функций су-ществуют другие периоды развития. Известно, например, что предпочте­ние наблюдения за движущимся сти­мулом возникает очень рано [Nel­son С.А., Horowitz F.D., 1987], хорошая чувствительность к мельканию — с 2 мес [Regal D., 1981], способность об-рабатывать сложную информацию о движении — в 4 мес [Kellman P., Spelke E., 1983], надежное различение цветов — в 2—3 мес [Teller D.Y., Bornstein M.H., 1986а], а острота зре­ния быстро растет в течение первого года жизни [Teller D.Y. et al., 1986b]. Зачатки стереопсиса появляются в пе­риод с 2 до 5 мес, когда острота стерео-зрения составляет порядка 60′, и в сле-дующий месяц порог стереозрения резко снижается [Braddick O.J. et al., 1980; Held R. et al., 1980]. Между 6 мес и 3 годами происходит медленное улучшение стереопсиса [Birch E.E., Hale L.A., 1996; Ciner E.B. et al., 1996]. Взрослого состояния острота стерео­зрения [Jampolsky A., 1978; Ing M.R., 1983; Ciner E.B. et al., 1996] и острота зрения по решеткам достигают при-мерно в 2 года. Верньерная чувстви­тельность продолжает развиваться по­сле созревания остроты зрения по ре­шеткам [Levi D.M., Carkeet A., 1993] и отличается от взрослой до 5 лет [Zan-kerJ. et al., 1992; Carkeet A. et al., 1997]. Острота зрения no линейке оптотипов также развивается дольше, чем острота зрения по решеткам и одиночным оп-тотипам [Fern K.D. et al., 1986]. Иссле-дования последних лет также указыва-ют на важность временных характери­стик стимулов при определении кри­вых развития [Dobkins K.R. et al., 1999;

Ellemberg D. et al., 1999]. Зрительная сегментация и идентификация формы, основанные на контрасте текстур [Atkinson J., Braddick O., 1992; Sire-teanu R., Rieth C, 1992; Rieth C, Sire-teanu R., 1994], движения [Giaschi D., Regan D., 1997; Hollants-Gilhuijs M.A. et al., 1998b; Schrauf M. et al., 1999], цвета [Hollants-Gilhuijs M.A. et al., 1998a] и мелькания [Barnard N. et al., 1998], являются относительно медлен­но развивающимися функциями. Эти функции возникают довольно поздно и достигают зрелости в возрасте более 2 лет.

В разнице сроков есть свои законо­мерности. Рассмотрим их на примере критического периода [Daw N.W., 1998]. Для более высоких уровней зри-тельной системы критический период длится дольше, чем для более низких. Скажем, глазодоминантность нейро­нов II, III,V и VI слоев первичной зри-тельной коры может измениться из-за монокулярной депривации и после ее установления для нейронов IV слоя [LeVay S. et al., 1980; Daw N.W. et al., 1992], a височная кора дольше подвер-жена влиянию депривации, чем пер-вичная [Rodman H.R., 1994].

Зависимость сроков критического периода от зрительной функции выте-кает из предыдущего принципа: для функции, реализуемой на более высо­ких уровнях зрительной системы, кри­тический период длится дольше, чем для функции, реализуемой на низком уровне. Например, критический пери­од для изменений глазодоминантности заканчивается позже, чем для измене-ний дирекциональной или ориентаци-онной избирательности [Daw N.W., Wyatt H.J., 1976; Chapman В., Stryker М.Р., 1993; Kim D.S., Bonhoeffer T., 1993]. В данном случае дирекциональ-ная чувствительность реализуется во входном слое первичной зрительной коры (слое IV), а бинокулярность в большей степени развивается в выход­ных слоях [Shatz C.J., Stryker M.P., 1978]. Аналогично для случая полной монокулярной депривации в порядке удлинения критического периода идут

абсолютная световая чувствитель­ность, затем чувствительность к длине волны и изменениям уровня освещен-ности, далее контрастная чувствитель­ность на высоких частотах и затем би-нокулярная суммация [Harwerth R.S. et al., 1986].

Зависимость критического периода от степени депривации проста: сильная депривация может оказать воздействие в течение более длительного периода, чем слабая (см. приведенные выше воз-можные сроки развития амблиопии вследствие косоглазия, анизометропии и травматической катаракты).

И наконец, пример зависимости от предыдущего зрительного опыта: со­держание новорожденного животного в темноте задерживает как начало, так и конец критического периода для из­менений глазодоминантности [Супа-der M.S., Mitchell D.E., 1980; Mo­wer G.D., 1991].

Таким образом, каждый из перио­дов (период развития, критический пе­риод и период возможного восстанов-ления) относится не просто к зритель­ной системе в целом, а к конкретной зрительной функции, реализующейся на конкретных анатомических уровнях зрительной системы, после определен-ной формы зрительной депривации у пациента со специфическим зритель-ным опытом.

Стратегия лечения.Вее сказанное в предыдущем разделе позволяет сделать вывод, который в том или ином виде вее чаще встречается в литературе [Daw N.W., 1998; Mitchell D.E., Mac­Kinnon S., 2002]: реабилитационний куре должен быть направлен на вос­становление всех зрительных функ­ции, с критическим периодом которых совпало начало заболевания, и при вы­боре временной последовательности проведения активных восстановитель-ных курсов следует учитывать разли­чие критических периодов для разных зрительных функции, восстанавливая их в логической последовательности. Функции с ранним критическим пе­риодом следует восстанавливать до функции с более поздним критиче-

ским периодом и желательно до его окончания. Скажем, нельзя развить нормальный стереопсис, если вовремя не достичь высокой остроты зрения, не получить ортофории и не добиться бинокулярной фузии. Конечно, не вее и не всегда легко применимо в клини­ческой практике — отчасти по клини­ческим соображениям, отчасти из-за неполноты наших знаний. Бесспорно только, что функциональное лечение оказывается тем эффективнее, чем раньше оно начато. И, возможно, бу­дущие научные исследования подтвер-дят необходимость раннего интенсив-ного лечения такого вида косоглазия, как эзотропия, возникшая в младенче­ском возрасте, так же как сейчас стала понятиой необходимость раннего ле­чения монолатеральной катаракты [Gregg F.M., Parks M.M., 1992; Mau-rer D., Lewis T.L., 1993].

На практике лечение в общем слу­чае должно проходить в 4 этапа: хирур­гическая, оптическая и/или медика-ментозная коррекция причины зри-тельной депривации (оперативное ле­чение катаракты, назначение очков и т.п.); восстановление основных зри-тельных функций (фиксации, остроты зрения, аккомодации, бинокулярной фузии) с помощью окклюзии, методов плеоптики и ортоптики; по показани-ям — хирургическое вмешательство в глазодвигательный аппарат; реабили-тация основных и развитие высших зрительных функций. Действительно, многие страбологи считают, что остро­ту зрения амблиопичного глаза следует повышать с помощью окклюзии или другими способами до выравнивания осёй глаз, иначе пациент не будет удерживать соосность глаз после их выравнивания. А такие виды дефици­та, как crowding-эффект, затрудняю-щий чтение, или сниженная верньер-ная острота зрения, могут сохраняться и после восстановления остроты зре­ния по одиночным оптотипам и окон-чании ее критического периода. Вме-| сте с тем имеются данные о том, что верньерная чувствительность может за счет лечения быть повышена и у

взрослых с амблиопией [Levi D.M., Polat U., 1996]. Самостоятельное вос­становление зрительных функций даже при условии безукоризненного проведения первого и третьего этапов лечения происходит довольно редко. Использование же на втором и четвер-том этапах методов активной зрителfa-ной стимуляции в дополнение к пас-сивным (окклюзии, пенализации, но-шению призм) повышает эффектив-ность лечения и существенно, до 2 раз, сокращает его сроки [Von Noor-den G.K. et al., 1970]. Именно на этих этапах, при восстановлении остроты зрения по одиночным оптотипам, кон-трастной чувствительности, биноку-лярного зрения, стереопсиса, верньер-ной чувствительности, остроты зрения по линейке оптотипов и т.д., и находят применение компьютерные методы лечения амблиопии и косоглазия.

Основные принципы построения ком-пьютерных стимуляторов.Чтобы вос-становить какую-либо зрительную функцию, необходимо восстановить функций определенной нейронной структуры, реализующей эту зритель­ную функцию. Соответственно прин­ципиально важными в методах зри-тельной стимуляции при лечении амб­лиопии (а равно и косоглазия) нам ка-жутся следующие принципы [Белозе-ров А.Е., 2003]:

♦ Зрительная составляющая стимула должна быть специфичной, соот-ветствующей патологии той струк­туры в зрительной системе, функ­ций которой предполагается восста-навливать. Адекватный стимул об-ладает большей потенциальной си­лой воздействия, при его выборе можно использовать знания, полу-ченные с помощью методов иссле­дования активности отдельных об-ластей мозга, таких как картирова­ние зрительных вызванных потен­циалов или функциональная маг-нитно-резонансная томография. Приведем очевидный пример ран-жирования зрительных стимулов в порядке увеличения их специфич-

19-972

ности при стимуляции области фо-веальной проекции в стриарной коре: общее равномерное освеще­ние — пятно и вспышка — медлен­но движущаяся или реверсивная ре-шетка.

♦ Стимул должен быть актуальным
для субъекта. Высокий мотивацион-
ный потенциал стимула нужен для
возникновения и поддержания из­
бирательного внимания, особенно у
детей. За счет этого реализуется
нисходящее воздействие от ассо-
циативных областей на участки
стриарной и экстрастриарной коры,
являющиеся ретинотопической
проекцией зоны, занимаемой сти­
мулом. Направление внимания на
стимулы существенно, на 25—50 %,
повышает активность этих участков
[Luck S.J. et al., 1997; Watanabe T. et
al., 1998a,b; Brefczynski J.A., De-
Yoe E.A., 1999; Gandhi S.P. et al.,
1999; Martinez A. et al., 1999; So-
mers D.C. et al., 1999; Reynolds J.H.
et al., 2000]. И наоборот, активность
подавляется, если стимул восприни-
мается как помеха, что происходит,
в частности, при бинокулярном на-
блюдении в случае расфокусировки
или отклонения зрительной оси од­
ного из глаз.

♦ Стимул при своей узкой зрительной
специфичности должен быть поли-
модальным, как болыпинство окру-
жающих нас объектов. Вместе поли-
модальность и актуальность стимула
создают условия для дополнитель­
ного неспецифического воздейст-
вия на зрительный анализатор. Во-
первых, благодаря вовлечению ас-
социативных зон полимодальный
стимул может усилить внимание
(см. предыдущий принцип). Во-
вторых, он необходим для восста-
новления взаимосвязей с остальны-
ми сенсорными и моторными сис-
темами. Зрительная система не су­
ществует изолированно, и структура
этих взаимосвязей развивается, от-
ражая полимодальность восприятия
и взаимодействия субъекта с окру-
жающим миром. Благодаря сочета-

нию зрительной специфичности, актуальное™ и полимодальности воздействие будет идти разными пу­тями, но всегда замыкаться на пора-женной нейронной структуре. ♦ Субъект должен быть включен в цепь внешней обратной связи со стимулятором, причем ключевым звеном этой обратной связи должна выступать восстанавливаемая зри­тельная функция, т.е. не только зри­тельный компонент стимула, но и обратная связь также должна быть специфической по отношению к аномально функционирующей ней­ронной структуре. Таким образом, во время стимуляции должна непре-рывно извлекаться информация о состоянии и степени «включения» нарушен ной зрительной функци и. Следует отметить, что этот принцип, упомянутый последним, по своей важности и практической значимо-сти [Letourneau J.E., 1976; For­rest Е.В., 1981; North R.V., Hen-son D.B., 1982] не уступает первому.

Перечисленные принципы по от-дельности или в разных сочетаниях применяются во всех методиках сти­муляции при амблиопии и косоглазии, однако ни в одной из известных нам методик они не используются одно­временно.

Рассмотрим теперь возможности реализации этих общих принципов в компьютерной программе-стимулято­ре. Актуальность стимула достигается следующим приемом: он должен быть ключевым элементом компьютерной игры — именно игры, а не пассивного наблюдения изображения на экране. Использование для этого стимулов специфического вида — нелегкая творческая задача. Другой вопрос, ко-торый приходится решать: что в каж­дом случае считать наиболее специфи­ческим стимулом. Представления об этом время от времени корректируют-ся. Для разных зрительных функций специфические стимулы также будут различными. Для амблиопии специ-фичность зрительных стимулов обыч-

но заключается в их пространственных свойствах, одновременном и последо­вательном контрасте и т.п. Специфика стимулов для лечения бинокулярных нарушен ий состоит в характере и сте­пени диссоциации изображений, предъявляемых тому и другому глазу. И как необходимое условие такой дис­социации должно осуществляться раз­деление полей зрения глаз.

Обратная связь от человека к компь­ютеру реализуется через устройства ввода, которыми обычно являются клавиатура и мышь. При этом мышь для ребенка предпочтительнее как бо-лее простой и естественный манипуля-тор, а свободную клавиатуру врач в принципе может использовать для ма-нипуляций с параметрами стимула, не прерывая игры ребенка. Использова­ние специфического зрительного сти­мула в качестве главного элемента компьютерной игры автоматически делаёт восстанавливаемую функцию ключевой в цепи обратной связи, если сенсомоторная реакция мотивирован­ного игрока-пациента прямо связана с работой этой функции. В методически продуманной игре отклик программы на действия пациента, кроме имита-ции непосредственного физического взаимодействия с объектами на экра­не, может содержать еще две состав­ляющие. Во-первых, с помощью сиг­налов другого вида или другой модаль­ности программа может передавать субъекту информацию о текущем со-стоянии стимулируемой функции, чтобы он пытался как-то «воспроизве-сти» то свое состояние, когда эта функция лучше проявляется. Такого рода обратную связь можно назвать информационной. Во-вторых, про­грамма может сама анализировать за-висимость сенсомоторной реакции па­циента, отражающей состояние вос-станавливаемой функции, от стимула и использовать полученную информа­цию для поддержания специфичности стимула, настройки параметров стиму-ляции на характер и степень пораже-ния. Обратную связь этого вида можно назвать управляющей.

19*

Стимул приобретает новую модаль-ность, если на него можно «подейство-вать» компьютерным «продолжением» руки — объектом, заменяющим курсор мыши на экране компьютера (либо стимул сам является этим объектом). Кроме того, к зрительнему стимулу можно добавить и звуковую состав-ляющую. Звук вместе с неспецифиче-скими параметрами изображения на экране может передавать субъекту ин­формацию для самоконтроля. A no ре­зультатам заложенного в алгоритм программы анализа сенсомоторной реакции пациента на стимул может производиться соответствующая кор-ректировка параметров этого стимула.

Таким образом, замыкание цепи специфической биомеханической об­ратной связи между полимодальным стимулом со специфической зритель-ной составляющей и аномально функ-ционирующим отделом зрительного анализатора создаёт условия для уста-новки и структурирования межней-ронных связей как в этом отделе, так иво веем комплексе задействованных в игровом процессе сенсорных и мотор-ных систем [Белозеров А.Е., 2003].

Зрительние стимуляторы для лечения амблиопии.Для лечения амблиопии нами были разработаны 3 группы иг­ровых компьютерных программ: моно-кулярные локальные стимуляторы, монокулярные паттерн-стимуляторы и бинокулярные стимуляторы. Развитие программ идет по пути усиления акту­альное™ за счет внешней привлека­тельное™ игры, повышения специ­фичности зрительней стимуляции, расширения модальности стимулов, повышения селективности обратной связи по отношению к восстанавли-ваемой функции, повышения «интел­лекта» программы в части анализа сен-сомоторного отклика игрока-пациента и использования этой информации для подстройки параметров стимуля­ции.

В настоящём разделе будут описаны игровые программы, которые могут быть использованы для монокулярной стимуляции при амблиопии. Конечно,

если амблиопия проявляется на обоих глазах в приблизительно одинаковой степени, монокулярные тренировки чередуют с бинокулярными. Для бино-кулярной стимуляции при амблиопии применяют те же программы, что и при бинокулярных нарушениях (см. следующий раздел). В них используют-ся разделение полей зрения и объекты на совмещение или слияние, так что ребенок не сможет выполнить задание, используя только один глаз. Для пре­имущественной стимуляции амблио-пичного глаза в условиях бинокуляр-ного наблюдения применяют те же приемы усиления стимула для амблио-пичного глаза и своеобразной «пена-лизации» лучше видящего глаза, что и при устранении скотомы: в изображе-ния объектов для одного и другого гла­за вносится разница яркостей, контра­стов, размеров, включаются разные виды мигания.

Характерной особенностью игровых программ-стимуляторов «Тир», «Пого­ня» («Льдинка») является использова­ние в качестве стимула двух локальных объектов на черном фоне экрана. Ис-следования показывают, что необхо-димость переключения внимания с од­ного объекта на другой при выполне-нии зрительной задачи существенно повышает активность нейронов в со-ответствующих участках зрительной коры [Luck S.J. et al., 1997]. Объекты — простые геометрические фигуры (круг, квадрат, прямоугольная рамка), яркие, цветные, неподвижные и подвижные. Стимуляцию проводят монокулярно, a при небольшой разнице в остроте зре­ния глаз — также и бинокулярне

Во время игры в «Тир» глаз занят обнаружением одного появляющегося на черном фоне объекта и задачей на-ложения на него объекта тех же разме­ров, но другой формы и цвета (рис. 16.16, слева). Размеры стимулов меня-ются примерно от 5° на первом уровне до 0,4° на последнем (эти цифры соот-ветствуют 15-дюймовому монитору при расстоянии до экрана 60 см; со-гласно методике, упражнения можно выполнять с расстоянии 0,3—2 м).

Обычный зрительный стереотип та-ков. Сначала взгляд переводится на появившийся квадрат-«мишень». Сле­жение за передвижением «прицела» осуществляется обычно при фиксации глазом «мишени», так как подвижный объект легко воспринимается и пери­ферическим зрением, тем более что при амблиопии оно страдает значи­тельно меныие. Перемещение «прице­ла» в сторону «мишени» требуёт адек-ватной работы механизма локализации направления. Дальнейшее более точ-ное совмещение двух объектов на эк­ране требуёт наличня центральной фиксации в тем большей степени, чем меньше размеры этих объектов. Взаи­модействие сенсорной и моторной систем обеспечивается тем, что движе­ние «прицела» на экране синхронно с движением руки с мышью. Несколько коротких красных вспышек экрана по-сле «попадания» растормаживают зри-тельную систему перед следующим иг­ровым циклом. Во время игры пациент быстро достигает уровня, на котором его зрительные функции с трудом справляются с задачей, и до конца игры тренируёт их при этих условиях. Игра может использоваться уже в на-чальном периоде восстановления ос­новных зрительных функций: цен­тральной фиксации, пространствен­ной локализации и остроты зрения.

В последней версии программы «Тир» в полной мере используются мультимедийные возможности ны-нешнего поколення персональных компьютеров, что повышает привлека-тельность игры для пациента. Растор-маживающие вспышки экрана при «попадании» стали желтыми (смесь красного и зеленого также в большей степени действует на центральное зре­ние) и соответственно более яркими. Игра значительно «поумнела» с точки зрения реализованной в ней методики. Даже если пациент случайно «забрал-ся» в слишком мелкие объекты или на-чал игру со слишком высокого уровня, игра быстро отыщет нужный размер стимулов и будет около него баланси-ровать. При этом размеры стимулов

меняются плавно, с появлением каж-дой новой «мишени». В зависимости от заданной продолжительности игры программа определяет скорость изме-нения размеров стимулов при появле-нии новых «мишеней». При этом счет в игре ведется так, что он зависит не от ее продолжительности, а лишь от чет-кости действий игрока, определяю-щихся главным образом состоянием его основных зрительных функций. Появилась возможность задавать ско­рость и сложность траектории движе-ния «мишеней». Причем с уменьшени­ем размера стимулов скорость движе-ния тоже уменьшается по определен-ному закону, так что сложность мотор-ного компонента игры сохраняется примерно на одном уровне и сигнал обратней связи зависит главным обра­зом от сенсорного компонента. Про­грамма «следит» за игровым процес­сом, и не только сама подстраивается под игрока, но и по окончании может дать рекомендаци и усложнить или уп-ростить начальные параметры. Реко-мендации даются для того, чтобы в следующую игру меньше времени ухо-дило на ее самонастройку и моторный компонент не главенствовал над сен-сорным.

В игре «Погоня» акцент перемеща-ется на такую зрительную функцию, как сопровождающее слежение, а так-же на координацию движений глаза и руки. Здесь на экране также два объек­та: ребенок должен перемещать один из них с помощью мыши, отслеживая передвижения второго объекта. Разме­ры стимулов и уровни игры — такие же, как и в игре «Тир». Баллы зависят от размеров объектов, скорости и сложности траектории автоматически движущегося объекта, и начисляются так, чтобы счет игры зависел не от ее продолжительности, а от способностей игрока. В более позднем варианте этой игры, получившем название «Льдин-ка», цвета объектов меняются уже не дискретно, а плавно, оставаясь оппо-нентными друг другу и за 1 с делая полный цикл по границам цветового треугольника. Как и в случае «Тира»,

можно задавать продолжительность игры. Также программа не только бы-стро находит и поддерживает необхо-димый баланс параметров стимула с состоянием зрительных и сенсомотор-ных способностей пациента, но и ана-лизирует игру в целом, и при необхо-димости в конце игры даёт рекоменда-ции по усложнению или упрощению начальных параметров.

В играх «Крестики» и «Паучок» сти­мулом является паттерн, который за-нимает вею площадь экрана, но имеет две выделенные локальные области, связанные сюжетом игры со зритель-ной задачей. Такое построение стиму­ла перемещает акцент на способность выделения неоднородности в регуляр-ном паттерне, напоминающем тексту­ру, и на развитие способности тормо-жения, подавления зрительных впе-чатлений от участков изображения, находящихся вне зоны внимания, т.е. на взаимодействие центрального зре-ния с периферическим в пользу перво-го. Исследования D.C. Somers и соавт. (1999) с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии подтверждают, что переключение вни­мания при наблюдении действительно не только усиливает отклик областей зрительной коры, соответствующих проекции притягивающего внимание стимула, но и подавляет отклик облас­тей, на которые проецируется помеха.

Воспользуйтесь поиском по сайту: