Структурно-функціональна організація зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Міністерство освіти і науки України

Міжнародний науково-навчальний центр

інформаційних технологій і систем

УДК 617.7-001.2-053.6:004.67 (043.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук

структурно-функціональна організація зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації

14.03.11 - медична і біологічна інформатика та кібернетика

Яворський Олександр Васильович

Київ - 2015

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському національному медичному університеті МОЗ України

Науковий консультант:доктор біологічних наук, професор

Кочина Марина Леонідівна,

Харківська медична академія післядипломної

освіти МОЗ України, професор кафедри клінічної інформатики та інформаційних технологій в

управлінні охороною здоров'я.

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор

Риков Сергій Олександрович,

Національна медична академія післядипломної освіти

ім. П.Л. Шупика МОЗ України,

завідувач кафедри офтальмології;

доктор медичних наук, старший науковий співробітник

Даниленко Георгій Миколайович,

ДУ «Інститут гігієни дітей та підлітків» НАМН України, завідувач відділу гігієни дітей шкільного віку та підлітків;

доктор медичних наук

Азархов Олександр Юрійович,

Приазовський технічній державний університет

МОН України, завідувач кафедри біомедичної інженерії.

Захист відбудеться «1» липня 2015 р. о 11-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.171.03 в Міжнародному науково-навчальному центрі інформаційних технологій і систем НАН і МОН України за адресою: м. Київ, 03680 МСП, пр. Академіка Глушкова, 40, корпус № 11.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Міжнародного науково-навчального центру інформаційних технологій і систем НАН і МОН України за адресою: пр. Академіка Глушкова, 40, корпус № 11, м. Київ, 03680 МСП, Україна.

Автореферат розісланий «28» травня 2015 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.171.03 Т.М. Гонтар

АНОТАЦІЯ

Яворський О.В. Структурно-функціональна організація зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації. - На правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук за спеціальністю 14.03.11 - медична і біологічна інформатика та кібернетика. Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України і МОН України, Київ, 2015.

На основі аналізу особливостей функціонування зорової системи на етапі прийому і первинної обробки візуальної інформації у віковому аспекті та при різних видах зорового навантаження сформульовано спеціалізовані принципи формування та корекції зорової системи. Сформовано концепцію формування зорової системи в дітей та підлітків, яка враховує її початкову структурно-функціональну організацію, умови становлення, вплив різних видів візуального навантаження, що може служити методичним підґрунтям для розроблення інформаційного забезпечення корекції та профілактики зорових розладів.

На основі аналізу факторних моделей взаємозв'язків функціональних показників зорової системи виявлено відносну автономію механізмів сприйняття близько розташованих і видалених об'єктів, зменшення та зникнення взаємозв'язку механізмів фузії з акомодацією та конвергенцією зі збільшенням віку дітей та підлітків, показано поступове формування спеціалізованих механізмів забезпечення сприйняття об'єктів на близький відстані.

Розроблено метод визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації у дітей та підлітків, який положено в основу інформаційного забезпечення, реалізованого в інформаційній системі, яка дозволяє формувати індивідуальні програми корекції і профілактики зорових розладів.

Ключові слова: зорова система, структурно-функціональна організація, одержання та первинна обробка візуальної інформації, факторні та регресійні моделі, інформаційна система, корекція та профілактика зорових розладів.

АННОТАЦИЯ

Яворский А.В. Структурно-функциональная организация зрительной системы на этапе приема и первичной обработки информации. - На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук по специальности 14.03.11 - медицинская и биологическая информатика и кибернетика. Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины и МОН Украины, Киев, 2015.

Диссертационная работа посвящена актуальной научной проблеме - определению принципов, механизмов и особенностей формирования и функционирования зрительной на этапе приема и первичной обработки информации у детей, подростков и лиц молодого возраста с использованием разработанных моделей и метода определения структурно-функциональной организации этой системы, что служит основой для разработки информационного обеспечения индивидуализированной коррекции и профилактики зрительных расстройств для повышения эффективности реабилитационных мероприятий.

На основании 98818 исследований зрительных функций (аккомодации, конвергенции, фузии, контрастной чувствительности) у 2746 испытуемых в возрасте от 6 до 29 лет, а также у 685 испытуемых в динамике зрительной деятельности с визуальной нагрузкой разного вида (тексты на бумажном и электронном носителе информации, компьютерные игры, миниатюрные электронные развлечения и игры на мобильном телефоне) получены значения функциональных показателей современных детей и подростков, а также определены их изменения в процессе зрительного восприятия, выявлены характеристики визуальной нагрузки, влияющие на процесс формирования зрительной системы.

На основании анализа особенностей функционирования зрительной системы на этапе приема и первичной обработки визуальной информации в возрастном аспекте и при контактах с разными видами зрительной нагрузки сформулированы специализированные принципы формирования зрительной системы у детей и подростков. Эти принципы обусловливают гетерохронные, компенсаторные и структурно-функциональные особенности организации зрительной системы системы при формировании специализированных механизмов зрительного восприятия, стратегическую стабильность и тактическую пластичность этих механизмов, создание условий и уменьшение расхода резерва компенсации для наилучшего виденья. Сформулированные принципы регламентируют формирование бинокулярного зрения при асимметрии монокулярных подсистем, относительную автономность и адаптивность организации зрительных функций, необходимость опережающей их коррекции, а также учета особенностей структурно-функциональной организации компонентов зрительной системы и ее монокулярных подсистем при подборе индивидуальных средств коррекции зрительных расстройств.

Сформулированная концепция формирования зрительной системы детей и подростков основана на выявленных принципах и механизмах, учитывает начальную структурно-функциональную организацию системы, условия ее формирования, наличие наследственных заболеваний и предрасположенности к зрительной патологии, соматическое состояние, условия жизни и визуальную среду, влияние разных видов зрительной нагрузки и служит методической основой для разработки информационного обеспечения коррекции и профилактики зрительных расстройств.

На основании анализа структуры связей между показателями зрительной системы на этапе приема и первичной обработки информации с использованием построенных факторных моделей выявлена относительная автономия механизмов восприятия близко расположенных и удаленных объектов, уменьшение и исчезновение взаимосвязей механизмов фузии с аккомодацией и конвергенцией с увеличением возраста детей и подростков. Установлено, что реализация этих механизмов не зависит от состояния зрительных функций. С использованием факторных моделей показано, что в младшей и средней возрастных группах детей и подростков происходит постепенное формирование специализированных механизмов восприятия близкорасположенных объектов, которое завершается к 13-15 годам. Завершенность процесса формирования специализированных механизмов подтверждается сохранением структуры связей между показателями зрительной системы после разных видов визуальной нагрузки.

Разработанный метод определения структурно-функциональной организации зрительной системы на этапе приема и первичной обработки визуальной информации у детей и подростков, в котором используются разработанные регрессионные модели для каждой возрастной группы. В модели входят показатели состояния основных функций зрительной системы и учтены результаты оценки структуры связей между ними. Метод позволяет выявить особенности структурно-функциональной организации зрительной системы, учет которых обеспечивает индивидуализированный подбор методов профилактики и коррекции зрительных расстройств и повышение их эффективности.

Усовершенствованная концепция формирования нарушений рефракции, обусловленных зрительным трудом на близком расстоянии, учитывающая механизмы формирования зрительной астенопии, временной осевой и школьной миопии, позволяет выявить этапы наиболее эффективного воздействия профилактических и лечебных мероприятий.

Разработанное информационное обеспечение коррекции и профилактики зрительных расстройств, реализованное в информационной системе, базируется на учете особенностей взаимодействия механизмов фузии с аккомодацией и конвергенцией в разных возрастных группах, на использовании моделей и разработанного метода определения структурно-функциональной организации зрительной системы. Его использование позволяет формировать индивидуальные программы коррекции и профилактики зрительных расстройств и повысить их эффективность за счет раннего выявления факторов риска и своевременной реабилитации.

Использование информационной системы определения структурно-функциональной организации зрительной системы на этапе приема и первичной обработки визуальной информации позволяет сформировать базу данных обследованных, при проведении повторных обследований провести сравнение полученных результатов с предыдущими, в автоматическом режиме сформировать комплекс необходимых профилактических мероприятий, сократить время обслуживания одного пациента на 33%, что в условиях диспансеризации позволяет увеличить количество обследованных на 5-6 человек в день.

Ключевые слова: зрительная система, структурно-функциональная организация, прием и первичная обработка визуальной информации, факторные и регрессионные модели, информационная система, коррекция и профилактика зрительных расстройств.

ABSTRACT

Yavorsky A.V. The structural and functional organization of visual system on the stage of information's uptake and processing. - Manuscript copyright.

Doctoral thesis in the speciality 14.03.11 - мedical and biological informatics and cybernetics. The International scientific and educational Center of informational technologies of National Academy of Sciences of Ukraine and Health Care Ministry of Ukraine, Kiev, 2015.

The process-specific principles of visual system's formation and correction were formulated on the basis of its functioning particularities analysis during the uptake and primary processing of visual information in age aspect and during the different types of visual load. The developed conception of visual system's formation, which takes into account its similar structural and functional organization, the conditions of formation and the influence of different types of visual information could be the methodical basis for the development of correction's methodical support and visual disorders prophylaxis.

The relational autonomy of close and remote objects' perception mechanisms was determined on the basis of visual system's functional indexes interactions factor models. The decrease and disappearance of interactions between the fusion mechanisms, convergence and accommodation during the children' and teenagers' coming-of-age also was determined. The gradual formation of close distance visual perception's specific mechanisms during children and teenagers growing up had been also demonstrated.

The method of children and teenagers visual system's structural and functional organization on the stage of visual information uptake and primary processing was developed. The method became a background of information support, which was realized as informational system. This system allows forming the individual programs for correction and prophylaxis of visual disorders.

Key words: visual system, structural and functional organization, uptake and primary processing of visual information, factor and regression models, informational system, corrections and prophylaxis of visual disorders.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Збереження зорових функцій дітей та підлітків має не лише медичне, але і важливе соціальне значення, оскільки вроджені або придбані патологічні зміни зорової системи (ЗС) негативно впливають на розвиток дитини і обмежують її можливості здобуття освіти і вибору професії.

Під час зростання та розвитку дитини успішність процесу формування ЗС залежить від особливостей її структурно-функціональної організації, а також від якості та обсягу зорової інформації, яку необхідно сприймати (Полька Н.С., Яцковская Н.Я., 2011; Кочина М.Л., 2001,2006,2009,2013; Сергета І.В. Л. В. Подригало, Н. В. Малачкова., 2009; Подригало Л. В. , Даниленко. Г. Н., 2014; Brooks S. E., 1997; Saw S. M. , Carkeet A. , Chia K. S., 2002; E. Futyma, M. E. Prost, 2002; T. L. Lewis, D. Maurer, 2005; Maylor E. A., 2010).

Виділяють керовані та умовно керовані чинники, які регламентують успішність процесу формування ЗС дітей в різні вікові періоди, вплив яких необхідно враховувати при розробленні засобів і методів корекції та профілактики зорових розладів. Одну з провідних ролей в період системогенезу ЗС відіграє візуальне навантаження, його характеристики, способи пред'явлення, час контактів з ним.

Нині існують різні підходи до оцінки особливостей сприйняття зорової інформації в дитячому і підлітковому віці та впливу різних її видів на процеси формування та якість функціонування зорової системи (Кривоносов М. В. , Подригало Л. В., 2004; Риков С. О. , Варивончик Д. В., Ґудзь А. С., 2005; Кочина М.Л.,1999, 2002, 2013; Н. С. Полька та ін., 2010; C. S. Lam, M. N. Edwards, M.Millodot, W. S. Goh, 1999; Loman J., Quinn G. E., Kamoun L., 2002; Godnig E. C., 2002; Kolker D.,2002; Cole B. L., 2003; Ojaimi E., Rose K. A. , 2005; Cowan N. , Naveh-Benjamin M., A. Kilb, Saults J. S., 2006). Сучасні офтальмологічні, фізіологічні і гігієнічні підходи не дозволяють виявити специфічні принципи і механізми формування ЗС у віковому аспекті. Тільки підхід, що об'єднує можливості офтальмології, гігієни і фізіології, а також математичного моделювання і сучасних способів обробки інформації дозволяє виявити ключові механізми адаптації ЗС до візуального навантаження, визначити основні принципи і механізми її формування у віковому аспекті, розробити принципи корекції і профілактики зорових розладів.

Розроблені до теперішнього часу моделі ЗС, її окремих елементів, а також процесів, які протікають в ній при сприйнятті візуальної інформації такі як моделі процесів спільної дії монокулярних підсистем та механізмів бінокулярного і монокулярного зору (Аветисов Э.С.,1973,1977), функціональні моделі зорової системи та її елементів (Коган А.И.,1967; Arciniegas A., Amaya L. E. , 1980; Navarro R., Palos F. , Gonzalez L., 2007; Popiolek-Masajada A., Kasprzak H., 2002), моделі різних станів зорової системи (Кочина М.Л., 1996,1998; Atchison D. A., 2006; С.А. Рыков, О. Н. Черёмухина, 2011; Rozema J., Atchison D. A., Tassignon M. J., 2011), моделі процесів зорового сприйняття з позицій технічної реалізації (Широчин В.П., 2004), моделі селективної уваги при зоровому сприйнятті (Бенуни А. А., 2002; Жирякова И.А., Чмырь И.А., 2006; Cowan N., 1988; Y. Chen, C. Jiang, T. H. Yang, C. C. Sun, 2012), мають прикладний характер і призначені для дослідження процесів, пов'язаних із зоровою увагою, обробкою зображень, розпізнаванням зображень, і не дозволяють виявити принципи, проаналізувати у віковій динаміці механізми формування ЗС на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації (ОПОІ), визначити роль візуального навантаження у формуванні ЗС дітей та підлітків, а також механізми формування зорової патології, пов'язаної з одержанням і первинною обробкою інформації, видом і способом її пред'явлення.

Таким чином, значна поширеність зорової патології у дітей та підлітків, обумовленої впливом зорового навантаження, і недостатність визначення шляхів та особливостей формування ЗС в нормі та патології при сприйнятті зорової інформації з різних носіїв обумовлюють актуальність наукової проблеми виявлення принципів і механізмів формування ЗС системи на етапі ОПОІ та на їх основі розроблення інформаційно-методичного забезпечення профілактики і корекції зорових розладів у дітей та підлітків.

Мета дослідження: підвищення ефективності корекції та профілактики зорових розладів за рахунок створення моделей та методу визначення особливостей структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації і розроблення на їх основі інформаційного забезпечення індивідуальних програм реабілітації.

Завдання дослідження :

1. Проаналізувати особливості шляхів і механізмів формування зорової системи в нормі та при патології у дітей, підлітків та осіб молодого віку.

2. Сформулювати принципи і розробити концепцію становлення та функціонування зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації з урахуванням впливу структурно-функціональної організації цієї системи та різних видів візуального навантаження на процес формування зорової системи дітей і підлітків.

3. Сформувати моделі взаємозв'язків функціональних елементів зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації та визначити особливості формування структурно-функціональної організації системи у дітей, підлітків та осіб молодого віку.

4. Сформувати моделі структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації та провести дослідження динаміки її функціонального стану у дітей, підлітків та осіб молодого віку при контактах з різними видами візуального навантаження.

5. Розробити метод визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації та дослідити особливості взаємодії провідних механізмів зорової діяльності в різні вікові періоди у дітей,підлітків та осіб молодого віку.

6. На основі сформульованих принципів і встановлених механізмів формування зорової системи, моделей та методу визначення її структурно-функціональної організації на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації розробити інформаційне забезпечення та реалізувати його у вигляді інформаційної системи визначення структурно-функціональної організації зорової системи для формування комплексу індивідуальних заходів корекції та профілактики зорових розладів, які виникають під впливом візуального навантаження у дітей, підлітків та осіб молодого віку.

Об'єкт дослідження: процеси одержання та первинної обробки візуальної інформації в зоровій системі.

Предмет дослідження: методи одержання і обробки інформації про структурно-функціональний стан зорової системи, моделі та механізми впливу різних видів візуального навантаження на одержання і переробку візуальної інформації, інформаційні системи визначення структурно-функціональної організації зорової системи для забезпечення корекції та профілактики зорових розладів.

Методи дослідження. Для оцінки стану зорової системи використано: методи визначення гостроти зору, резервів акомодації, фузіонних резервів, візоконтрастометрію, бінокулометрію, проксиметрію, пупілографію, полярізаційно-оптичний метод.

Для дослідження структури зв'язків між показниками, які характеризують зорову систему на етапі одержання і первинної обробки інформації, використано кореляційно-регресійний та факторний аналіз. Для виявлення закономірностей функціонування зорової системи на етапі одержання та первинної обробки інформації при зоровій праці з різними видами візуального навантаження використано алгоритм кластеризації за методом нечітких с-средних.

Для статистичної обробки результатів досліджень використано методи описової статистики, параметричні і непараметричні методи, методи аналізу альтернативних ознак.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Дисертаційна робота є фрагментом пріоритетних тем МОЗ України "Гігієнічні аспекти донозологічних станів та їх корекція у підлітків в умовах навчальних закладів різного рівня освіти" (реєстраційний номер 0199U001768, 2001-2004) і "Обґрунтування патогенетичних механізмів шкідливого впливу на організм сучасних інформаційних технологій і розробка профілактичних заходів з охорони здоров'я людини" (номер державної реєстрації 0106U001631,2006-2009), які виконувалися в Харківському національному медичному університеті.

Наукова новизна отриманих результатів.

Дістали подальший розвиток фундаментальні принципи системогенезу - сформульовано спеціалізовані принципи формування зорової системи у дітей та підлітків, які обумовлюють гетерохронні, компенсаторні та структурно-функціональної особливості організації цієї системи при формуванні спеціалізованих механізмів зорового сприйняття, стратегічну стабільність та тактичну пластичність цих механізмів, створення умов та зменшення витрат резерву для найкращого бачення.

Вперше на підставі аналізу особливостей функціонування зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації у віковому аспекті та при контактах з різними видами зорового навантаження сформульовано принципи її формування та корекції, які регламентують і обумовлюють формування бінокулярного зору при асиметрії монокулярних підсистем, відносну автономність та адаптивність організації зорових функцій, необхідність випереджаючої їх корекції, а також врахування особливостей структурно-функціональної організації компонентів зорової системи та її монокулярних підсистем при підборі індивідуальних засобів корекції зорових розладів.

Вперше сформовано концепцію формування зорової системи дітей і підлітків, яка ґрунтується на сформульованих принципах і механізмах, враховує початкову структурно-функціональну організацію системи, умови її формування, наявність спадкових захворювань та схильності до зорової патології, соматичний стан, умови життя та візуальне середовище, вплив різних видів зорового навантаження, що може служити методичним підґрунтям для розроблення інформаційного забезпечення корекції та профілактики зорових розладів.

Вперше сформовано факторні моделі взаємозв'язків функціональних елементів зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації, аналіз яких дозволив виявити відносну автономію механізмів сприйняття близько розташованих і видалених об'єктів, зменшення та зникнення взаємозв'язку механізмів фузії з акомодацією та конвергенцією зі збільшенням віку дітей та підлітків, причому реалізація цих механізмів не залежить від стану зорових функцій, що обумовлює необхідність врахування виявлених вікових особливостей і застосування індивідуалізованого підходу при виборі методів корекції та профілактики зорових розладів.

Вперше, на основі побудованих факторних моделей структури зв'язків між показниками зорової системи на етапі одержання і первинної обробки інформації, виявлено основні моделі її структурно-функціональної організації в різних вікових групах, які ґрунтуються на відсутності спеціалізованих механізмів забезпечення сприйняття об'єктів зблизька (молодша вікова група), на появі цих механізмів в середній віковій групі і остаточному їх формуванні в старший віковій групі, що проявляється збереженням початкової конфігурації зв'язків після будь-якого виду візуального навантаження. Виявлені вікові особливості організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки інформації повинні враховуватися при формуванні індивідуальних програм профілактики і корекції зорових розладів.

Вперше розроблено метод визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації у дітей та підлітків, який відрізняється тим що, для визначення типу її організації використовуються побудовані регресійні моделі для кожної вікової групи за показниками стану основних функцій та результати оцінки структури зв'язків між ними, що дозволяє виявити особливості організації цієї системи, врахування яких забезпечує індивідуалізований підбір методів профілактики і корекції зорових розладів та підвищення ефективності цих методів.

Достала подальший розвиток концепція формування порушень рефракції, обумовлених зоровою працею на близькій відстані, яка відрізняється тим, що в ній враховані механізми та етапи формування зорової астенопії, тимчасової осьової та шкільної міопії, визначено етапи найбільш ефективної профілактики та корекції виникаючих зорових розладів.

Розроблено інформаційне забезпечення, реалізоване в інформаційній системі корекції і профілактики зорових розладів, яке базуються на врахуванні особливостей взаємодії механізмів фузії з акомодацією та конвергенцією в різних вікових групах, на використанні моделей та розробленого методу визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації, що дозволяє формувати індивідуальны програми корекції і профілактики зорових розладів та підвищити їх ефективність за рахунок раннього виявлення чинників ризику і своєчасної реабілітації.

Практичне значення отриманих результатів.

Врахування визначених принципів і механізмів формування зорової системи на етапі одержання і первинної обробки зорової інформації, а також керованих і умовно керованих чинників, які регламентують успішність її формування, дозволяє на ранніх етапах визначити групи ризику розвитку зорової патології та розробити індивідуальні програми корекції і профілактики зорових розладів у дітей та підлітків.

Використання побудованих моделей і розробленого на їх основі методу визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації у дітей та підлітків дозволяють на ранніх етапах виявити ризик розвитку патології та підібрати індивідуальні методи корекції і профілактики зорових розладів (Патент 47870 А, 2002).

Врахування виявлених механізмів впливу різних видів візуального навантаження на процес формування зорової системи дітей і підлітків дозволяє регламентувати вимоги до якості його оформлення (Патент 45815 А, 2002 р.) і створюваного ним інформаційного навантаження (Патент 43719 А, 2001г.).

Розроблене інформаційне забезпечення для визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації та підбору індивідуальних засобів профілактики зорових розладів використане в дитячих очних відділеннях КУОЗ "Харківська міська клінічна лікарня №14 ім. проф. Л.Л. Гіршмана" та КЗОЗ "Харківська обласна клінічна лікарня - центр екстреної медичної допомоги та медицини катастроф», в міжнародному медичному центрі "Офтальміка", в Київському центрі терапії і мікрохірургії ока, при проведенні реабілітаційних заходів у користувачів ПК, які пред'являють астенопічні скарги, в санаторії "Роща". Інформаційна система визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання і первинної обробки візуальної інформації використовується в дитячому очному відділенні КУОЗ "Харківська міська клінічна лікарня №14 ім. проф. Л.Л. Гіршмана" та в міжнародному медичному центрі "Офтальміка".

Сформульовані принципи формування зорової системи і механізми її функціонування на етапі одержання і первинної обробки інформації використовуються при читанні лекцій і проведенні практичних занять на кафедрах офтальмології та клінічної інформатики і інформаційних технологій в управлінні охороною здоров'я Харківської медичної академії післядипломної освіти, на кафедрі офтальмології Харківського національного медичного університету, на кафедрі фізіології Української медичної стоматологічної академії.

Особистий внесок здобувача. Автор особисто провів дослідження зорових функцій 2746 дітей, підлітків і осіб молодого віку та визначив їх зміни під впливом візуального навантаженні різного виду; за допомогою побудованих факторних моделей структури зв'язків між показниками зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації виявив основні моделі її структурно-функціональної організації в різних вікових групах; розробив концепцію формування зорової системи під впливом внутрішніх (спадкові захворювання, генетичні захворювання і синдроми, внутрішньоутробні інфекції, спадкова схильність до зорової патології, соматичний стан) і зовнішніх (візуальне оточення, візуальне навантаження різного виду) чинників; сформулював спеціалізовані принципи формування зорової системи, а також виявив механізми її формування і функціонування на етапі прийому і первинної обробки інформації; розробив метод оцінки структурно-функціональної організації зорової системи на етапі прийому і первинної обробки інформації у віковому аспекті і при різних видах візуального навантаження; розробив інформаційне забезпечення заходів корекції і профілактики зорових розладів, що виникають під впливом візуального навантаження; розробив методичні основи створення інформаційної системи визначення структурно-функціональної організації зорової системи на етапі одержання та первинної обробки візуальної інформації, призначеної для індивідуального формування заходів корекції та профілактики зорових розладів.

Апробація результатів роботи. Основні положення і окремі результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на науково-практичних конференціях з міжнародною участю і міжнародних конференціях : IV міжнар. конф. з офтальмології (Київ,1998), “Актуальні питання охорони здоров'я дівчаток-підлітків”(Харків, 1999), “Региональные проблемы охраны здоровья населения центрального нечерноземья”(Белгород, 2000), “Діагностика та лікування дитячої офтальмопатології, катаракти, глаукоми, захворювань судинної та сітчастої оболонок ока, пошкоджень органа зору” (Донецьк, 2001), “Современный подросток ”(Москва, 2001), «Наука и социальные проблемы общества. Медицина, фармацея, биотехнология» (Харьков, 2003), “Медицина третього тисячоліття” (Харків, 2003); “Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки”(Київ, 2003), "Безпека життєдіяльності” (Харків, 2003),“Роль сучасних методів діагностики в лікуванні та реабілітації хворих” (Харків, 2004), “Комп'ютерна медицина 2004” (Харків, 2004), на ІІ Междунар. наук-практ. конференции “Экология: образование, наука, промышленность и здоровье” (Белгород, 2004), наук.-практ. конф. детских офтальмологов Украины ( Киев, 2005), ХI съезда офтальмологов Украины (Одесса, 2006), “Від фундаментальних досліджень - до прогресу в медицині” (Харьков, 2005), on 16-th International Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (Севастополь, 2006), «Современные информационные и электронные технологии» (Одесса, 2006), «Роль сучасних методів діагностики в лікуванні та реабілітації хворих» (Харьков, 2006), «Фармакотерапія в офтальмології» (Харків, 2007), on 17-th International Crimean Conference “Microwave &Telecommunication Technology”(Севастополь, 2007), «Новые технологи в экспериментальной биологии и медицине» (Ростов на Дону, 2007), ХVІ Междунар. наук.-практ конф. “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (Щелкино, АР Крым,2004,2005,2006, 2007,2009), І, III Міжнар. н-п конф. “Гендер. Екологія. Здоров'я” (Харків, 2007, 2011), “Медицинская и биологическая информатика и кибнернетика: вехи развития” (Киев, 2011), “Проблеми інформатики та комп'ютерної техники” (Чернівці, 2012), “Информатизация здравоохранения в Украине: Перспективы развития”(Киев,2012); «Азаровские чтения» (Судак, 2013); «Информационные технологии в неврологии, психиатрии, эпилептологии и медицинской статистике» (Киев,2013); ХIII съезд офтальмологов Украины (Одесса, 2014); «Реабилитация больных с патологией органа зрения» (Харьков, 2014).

Публікації. Основні результати дисертаційних досліджень опубліковано в 33 статтях (10 з яких - без співавторів) в фахових видання, рекомендованих МОН України, 65 матеріалах і тезах доповідей на вітчизняних та закордонних конференціях, 3 деклараційних патентах України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, аналітичного огляду використаних джерел, концептуального розділу, розділу з описом методичного забезпечення досліджень, трьох розділів з результатами власних досліджень, висновків, списку використаних джерел із 495 найменувань (56 сторінок) і 1 додатку (11 сторінок). Загальний обсяг дисертаційної роботи складає 313 сторінок, з них 300 сторінок основного друкованого тексту, ілюстрованого 66 рисунками і 37 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та завдання досліджень, визначено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, особистий внесок автора.

У першому розділі роботи проаналізовано сучасні дані щодо впливу носіїв візуальної інформації на процес та результат формування ЗС дітей та підлітків. Показано, що в процесі онтогенезу відбуваються значні зміни, як в периферичному, так і в центральному відділах ЗС, які обумовлені не лише вдосконаленням структурно-функціональної організації її елементів, але і впливом різних видів візуального навантаження. Вплив на процеси формування ЗС оказують способи формування візуальної інформації, види носіїв, характеристики об'єктів сприйняття, час зорової праці.

Аналіз сучасної літератури показав, що отримати детальну інформацію про процеси зорового сприйняття на етапі ОПОІ та встановити основні механізми, які забезпечують ці процеси в різни вікові періоди, не можливо з використанням тільки наявних методів дослідження, як офтальмологічних, так і фізіологічних. В зв'язку з чим корисними можуть бути моделі ЗС та її елементів, але наявні в теперішній час моделі не призначені для аналізу ролі візуального навантаження у формуванні ЗС дітей і підлітків, дослідження механізмів формування зорової патології, які пов'язані з ОПОІ, а також видом і способом її пред'явлення. Для вирішення цих проблем достатньо перспективними являються методи нечіткої логіки, які дозволяють сформувати однорідні групи випробовуваних, виявити інформативні показники, які найбільш повно характеризують стан ЗС виділеної групи досліджуваних. Використання факторного аналізу для дослідження структури зв'язків між показниками дозволяє виявити механізми впливу зорового навантаження на стан ЗС та його зміни в процесі росту та формування.

Для створення умов формування у дітей і підлітків ЗС з високими функціональними можливостями потрібна розробка інформаційного забезпечення корекції і профілактики зорових розладів, які виникають в процесі зростання та при контактах з візуальним навантаженням, а також інформаційної системи, яка дозволяє визначити структурно-функціональну організацію ЗС на етапі ОПОІ, скоротити процес обстеження пацієнта та формування індивідуальних комплексів профілактичних заходів.

Із врахуванням сучасних уявлень про процеси формування ЗС під впливом візуального навантаження різного виду, досліджень відомих вітчизняних та закордонних вчених в цих напрямках та аналізу нагальних проблем, вирішення яких є актуальним як з наукової, так і з практичної точки зору, сформована стратегія наукових досліджень, яка відповідає меті дисертації.

У другому розділі викладено концепцію формування структурно-функціональної організації ЗС на етапі ОПОІ у дітей і підлітків під впливом різних видів візуального навантаження (рис.1). До моменту народження дитини її ЗС у загальних рисах близька по будові до ЗС дорослого, але відрізняється структурно-функціональною незрілістю, яка проявляється варіабельністю розмірів структур ока, пластичністю механізмів акомодації, конвергенції і фузії, відсутністю стійкого бінокулярного зору, незрілістю центральних механізмів передачі, обробки і аналізу візуальної інформації. Основною метою формування ЗС в онтогенезі є одержання найкращого бачення.

Рис.1. Концепція формування зорової системи під впливом візуального навантаження.

У ранньому віці в ЗС, яка формується, наявні численні «дефекти» сенсорно-рухового апарату, проте дія механізмів їх компенсації приводить до формування нормальної основи бінокулярної взаємодії очей. При зростанні дитини відбувається зменшення пластичності системи і зниження резерву компенсації, що при несприятливих умовах призводить до розвитку спочатку донозологічних, а потім і патологічних станів. В період формування, коли відбувається компенсація структурно-функціональної недосконалості, ЗС дитини дуже вразлива. Будь-які несприятливі дії, наприклад, супутні захворювання, неоптимальне візуальне середовище, надмірне або агресивне зорове навантаження і багато інших факторів можуть призвести до появи або прогресування зорової патології.

Важливими діючими чинниками в процесі формування зорової системи є візуальне навантаження, умови його пред'явлення та тривалість контактів з ним. Найбільший вплив на функціональний стан ЗС дітей і підлітків створюють розмір об'єктів, які сприймаються, їх контрастність, колірний склад, спосіб формування зображення, якщо йдеться про символи і букви, а також про будь-яку інформацію на електронних носіях.

Успішність процесу формування ЗС визначається її початковою структурно-функціональною організацією, залежною від особливостей внутрішньоутробного розвитку і наявності спадкової патології, а також дією керованих і умовно керованих чинників візуального впливу. До умовно керованих факторів нами віднесено спадкові захворювання та спадкова схильність до захворювань ока, внутрішньоутробну інфекцію та соматичний стан. До керованих факторів віднесено умови життя та візуальне середовище, візуальне навантаження у різні вікові періоди.

Для аналізу структурно-функціональної організації ЗС на етапі ОПОІ було розроблено схему протікання інформаційних процесів та визначено місце в ній блоку ОПОІ, вказані основні її функції, структурні елементи та показники, які дозволяють охарактеризувати систему на цьому етапі (рис.2). При одержанні візуальної інформації керовані структури змінюють свої властивості під впливом команд з центру, некеровані забезпечують процеси передачі і заломлення світла. Блок ОПОІ забезпечує отримання зорової інформації та її кодування для подальшої передачі, обробки та сприйняття.

Одержання візуальної інформації здійснюється за допомогою декількох взаємозв'язаних механізмів налаштування та фокусування, які забезпечуються м'язовим апаратом очей, окоруховими м'язами і керуються ЦНС.

Дослідження наведених на схемі (рис.2) показників, які характеризують функціональні можливості ЗС, дозволяє встановити механізми, що забезпечують якісне зорове сприйняття об'єктів на різній відстані від очей, взаємодію механізмів акомодації, конвергенції та фузії в процесі зростання дитини і при контактах з різними видами візуального навантаження.

При сприйнятті візуальної інформації, яке вимагає значного напруження різних центральних механізмів, у дітей і підлітків можуть виникнути порушення зорових функцій різного ґенезу, до яких можна віднести порушення рефракції, амбліопію, астенопію, порушення бінокулярних функцій. У свою чергу ці порушення можуть привести до виникнення спазму акомодації, короткозорості, косоокості. Можна відмітити, що практично усі ці порушення приводять до появи астенопії - стомлення очей, яке швидко настає під час зорової роботи, особливо при малій відстані від ока до об'єкту сприйняття. Астенопія є донозологічним станом, який викликає значний зоровий дискомфорт. Поява зорової астенопії призводить до зниження зорової працездатності і погіршення загального стану людини, що, у свою чергу, позначається на якості зорової праці.

Рис.2. Схема протікання інформаційних процесів в зоровій системі.

Першою і основною ланкою в розвитку придбаної міопії є спазм акомодації, який можна визначити як різницю в рефракції до і після застосування циклоплегічних засобів (Дашевський А.І,1973; Ватченко А.А., 1977; Аветісов Е.С., 1999). Спазм акомодації виникає внаслідок внутрішніх (інтеркурентні захворювання, хронічні інтоксикації з послабленням організму, вегетосудинна дистонія, різні аметропії, нестійкість бінокулярного зору, недостатність фузіонних резервів, спадкова схильність до спазматичних станів і короткозорості) і зовнішніх (низька освітленість робочої поверхні, неправильна посадка, яка викликає значне наближення до очей носія інформації, не дотримання режимів праці і відпочинку, що призводить до значного зорового стомлення) причин. Основними ознаками спазму акомодації є зниження зору вдалину, швидка стомлюваність при роботі на близькій відстані, прагнення наблизити текст до очей, слабкість і зменшення об'єму акомодації.

Оскільки акомодація і конвергенція протікають паралельно, при скороченні циліарного м'яза із-за його спазму реакцією у відповідь буде акомодативна конвергенція, яка відповідає силі акомодації кришталика. При конвергенції обидва ока деформуються в м'язових воронках, виникає конвергентне подовження очного яблука, що може сприяти виникненню осьової конвергентної міопії. Розроблено концептуальну схему формування порушень рефракцій у вигляді «шкільної» або прогресуючої міопії під впливом візуального навантаження на близькій відстані (рис.3).

зоровий дитина інформаційний функціональний

Рис.3. Концепція формування порушень рефракції, обумовлених зоровою працею на близькій відстані.

Ключовими ланками порочної спіралі ускладнень спазму акомодації є оптичний дискомфорт і астенопія. На рисунку жирнішими лініями виділено коло ускладнень спазму акомодації, яке повторюється багаторазово. Збільшення змін форії веде до збільшення оптичного дискомфорту і астенопії, що призводить до прагнення наближати текст до очей. Це збільшує кут конвергенції і описане коло ускладнень повторюється на новому рівні.

При появі залишкових деформацій склери у вигляді її розтягування в області заднього полюса ока починається розвиток осьовій прогресуючій міопії. Це вже період органічних змін у вигляді подальшого розтягування склери, змін в судинному тракті, характерних для хронічного патологічного процесу - прогресуючої осьової міопії.

Таким чином, одним з пускових механізмів появи і прогресування порушень рефракцій, які призводять до безповоротних структурних і функціональних змін стану очей і усієї ЗС, являється сприйняття візуальної інформації на близькій відстані.

На основі фундаментальних принципів системогенезу, розроблених А.К. Анохіним (1975), та врахування особливостей структурно-функціональній організації саме ЗС в різні вікові періоди та її змін під впливом візуального навантаження нами було сформульовано спеціалізовані принципи системогенезу ЗС (табл.1).

Відмінності сформульованих принципів від фундаментальних полягають в урахуванні складної взаємодії між структурними елементами ЗС, необхідності достатньо жорсткої їх відповідності один одному при формуванні блоку ОПОІ. Ця відповідність структурних особливостей регламентує функціональні можливості ЗС. В разі наявності невідповідності елементів в ЗС виникають різні розлади зорових функцій, які потребують нагальної корекції, оскільки їх довготривале існування призведе до формування ЗС з обмеженими можливостями, наприклад к значній втраті гостроти зору (ГЗ) одного ока або обох (амбліопія), виникненню косоокості, прогресуванню міопії. Сформульовані принципи слугують підґрунтям для розроблення засобів профілактики і корекції зорових розладів, а також для регламентації візуально діючих факторів.

При розробленні засобів корекції та профілактики зорових розладів необхідно враховувати визначені принципи формування ЗС, а також вплив керованих і умовно керованих чинників, на усунення або пом'якшення дії яких має бути спрямовано лікувальні та профілактичні заходи.

Як показали наші дослідження та дослідження інших авторів, більше 30% сучасних дітей закінчують школу, маючи міопію слабкого та середнього ступеню. При відсутності явної патології у значній кількості випускників шкіл при нормальній ГЗ значно знижено функціональні резерви ЗС (резерви акомодації, фузіонні резерви). Низький рівень або відсутність резервів призводять до появи зорових астенопій навіть після незначного зорового навантаження.

Таблиця 1

Принципи системогенезу ЗС під впливом візуального навантаження

У запропонованій концепції (рис.3) деталізовано етапи формування патології, на яких необхідно проводити корекцію та профілактику подальших ускладнень, а також лікування, якщо воно вже потрібно. На жаль, пацієнти звертаються по медичну допомогу значно пізніше, коли механізми формування патології вже запущено. Зазвичай причиною звернення за офтальмологічною допомогою стає помітне зниження зорових функцій, що є наслідком спазму акомодації, або вже проявом міопії. Виправити ситуацію можливо шляхом регулярної диспансеризації з визначенням не тільки наявної ГЗ, а і інших показників ЗС з подальшим визначенням особливостей її структурно-функціональної організації, формуванням груп ризику розвитку зорових розладів та призначенням відповідних профілактичних або лікувальних заходів. Однак проведення поглибленого офтальмологічного обстеження при щорічній диспансеризації учнів з призначенням профілактичних заходів в умовах навчальних закладів потребує значного часу та персоналу. Розв'язання цієї проблеми можливе при використанні інформаційної системи, яка дозволяє значно скоротити час обслуговування одного школяра за рахунок автоматизації визначення структурно-функціональної організації ЗС за невеликою кількістю її показників та призначення відповідних профілактичних заходів. Це дасть можливість оперативно виявляти зміни в ЗС до початку зниження ГЗ і формування міопії та проводити своєчасну профілактику та корекцію зорових розладів.

Таким чином, розроблення методу визначення структурно-функціональної організації ЗС та інформаційної системи, яка реалізує цей метод, створює базу даних обстежених, що дозволяє спостерігати зміни показників в процесі навчання та своєчасно проводити заходи з профілактики можливих зорових розладів, що дозволить зберегти високий рівень зорових функцій в дітей та підлітків.

Третій розділ присвячений методичному забезпеченню проведення досліджень структурно-функціональної організації ЗС на етапі ОПОІ. Відповідно до мети та задач обґрунтовано етапи проведення досліджень.

Дослідження зорових функцій було проведено у 2708 осіб віком від 6 до 21 року та 38 осіб віком від18-29 років, усього 2746 осіб. У всіх випробуваних визначали ГЗ правого (OD) та лівого (OS) ока для дальньої та близької відстані, позитивні та негативні резерви акомодації (Ра) обох очей для дальньої та близької відстані, положення найближчої крапки ясного зору (Нк) правого і лівого ока, положення найближчої крапки конвергенції (Нкк), конвергентні (ФРК) та дивергентні (ФРД) фузіонні резерви, контрастну чутливість у восьмі діапазонах частот. Усього проведено 98818 досліджень зорових функцій. Одержані дані слугували для конкретизації сучасних вікових норм зорових функцій дітей та підлітків. В табл.2 наведено розподіл дітей, підлітків та осіб молодого віку, які брали участь в дослідженні.