Формирование и повышение качества стереозрения с помощью стереометра "Visus 4D"

стереозрение сенсомоторный глаз бинокулярный

Введение

Саккады. При свободном рассматривании наши глаза совершают быстрые скачки (саккады) из одной точки фиксации в другую. Саккады чередуются с периодами фиксации, которые длятся примерно oт 0,15 до 2 с. Амплитуда саккадических движений может варьировать от нескольких угловых минут (при микроскачках) до нескольких градусов (например, если переводить взор из левой части поля зрения в правую). Средняя угловая скорость движения глаз тем выше, чем больше амплитуда саккады, и доходит до 200-600 /с. Длительность саккады варьирует от 10 до 80 мс и примерно пропорциональна амплитуде саккады. Саккады с амплитудой более 10-15 обычно сопровождаются дополнительным поворотом головы. В ходе произвольного зрительного поиска сначала выполняется движение головы, а затем, с некоторой задержкой -движение глаз (саккада). Напротив, если внезапно на периферии поля зрения появляется движущийся объект, то возникает рефлекс перевода взора, при котором прежде всего производится саккадический скачок глаз [38,39,43].

Нейронная регуляция движений глаз

Медленные следящие движения глаз, саккады и периоды фиксации предполагают различный характер бинокулярной двигательной координации. Различные программы для этих разных движений реализуются посредством различного характера импульсации нейронов в центрах регуляции взора, расположенных в стволе мозга.

Горизонтальные движения глаз. Эти движения глаз. Управляются глазодвигательными нейронами, находящимися в пирамедианной ретикулярной формации варолиева моста (ПРФ).

Вертикальные движения глаз. Эти движения также регулируются группами нейронов в ПРФ. Однако связь между этими нейронами и ядрами, управляющими глазными мышцами, не является прямой, а осуществляется через ретикулярную формацию среднего мозга (РФСМ). расположенную под верхними бугорками четверохолмия [21,22,41,43].

1.3 Бинокулярное зрение и стереоскопический эффект

Важной особенностью бинокулярного зрения считается то, что при рассматривании предметов одновременно 2-мя глазами изображения, видимые правым и левым глазом, соединяются в одно пространственное изображение. Направление, в котором мы видим предметы одним глазом, определяется тем местом сетчатки, на которое падают изображения данных предметов. Каждая точка сетчатки локализует получаемое ею раздражение в конкретном направленности поля зрения. При бинокулярном зрении направленность видения предметов определяется линией, идущей как бы от 1-го «циклопического глаза», находящегося в центре между правым и левым глазом. Расстояние между центрами зрачков правого и левого глаз именуется нормальным стереоскопическим базисом. В зависимости от возраста и личного телосложения межзрачковое расстояние у разных лиц колеблется в пределах от 52 по 74 мм. Если глаза никак не сведены на фиксируемом предмете, то изображение «двоится в глазах». Когда же оси двух глаз сведены на фиксируемом предмете, то психофизиологическое сложение изображений, полученных правым и левым глазом, дает восприятие объемной трехмерной протяженности осматриваемого предмета. Предпосылки возникновения пространственного образа при бинокулярном зрении с психофизиологической точки зрения еще не полностью выяснены. Для практических целей комфортно воспользоваться разъяснением причин пространственного видения, даваемых теорией корреспондирующих точек. Схематически можно себе представить эту картину. Каждая колбочка сетчатой оболочки одного глаза имеет в мозгу собственную соответствующую корреспондирующую клеточку, с которой она соединена обособленным нервным волокном. К каждой корреспондирующей клетке подходят 2 зрительных нервных волокна от соответствующих колбочек в одном и другом глазу. Таким образом, каждая колбочка одного глаза подходит вполне конкретной колбочке другого глаза. Для палочек одного и другого глаза такой взаимосвязи не имеется. Вследствие присутствия связи отдельных колбочек одного глаза с колбочками другого глаза каждая точка макулярной области сетчатки владеет соответствующую ей точку в макулярной области другого глаза. Данные соответствующие точки именуются корреспондирующими [13,15,16].

Таким образом, корреспондирующими точками считаются центры fovea сentralis и все точки, лежащие на сетчатках в одном и том же направленности от центральных ямок и на схожем расстоянии. При раздражении корреспондирующих точек двух глаз появляется единичное изображение предмета. Для каждого положения глаз только вполне конкретные точки внешнего пространства предоставляют изображения на соответствующих им место точек внешнего пространства, которые дают изображения на корреспондирующих местах сетчатки, именуется гороптером (Рис. 5) [13,15,16].

Рисунок 5 Гороптер и радиус стереоскопического видения

Гороптер представляет собой плоскость сферы, и для различных положений глаз (разных поворотов глазных яблок) он различен. Также несколько различен гороптер для разных расцветок ввиду хроматической аберрации глаз. На рис. 18 окружность LBR изображает гороптер в сечении его плоскостью рисунка. L и R -- точки зрения левого и правого глаза, конвергированных на точку В. Разумеется, по этим 3 точкам L, R и В можно постоянно легко выстроить плоскость гороптера для любого положения глаз (т. е. для любых условий конвергенции). В том случае, если осматриваемая точка В' лежит не на гороптере, изображение ее получается не на корреспондирующих точках сетчаток правого и левого глаза. В данном случае говорят, что изображение лежит на диспаратных точках сетчаток. Если диспаратность , т. е. несоответствие раздраженных мест сетчаток, велика, то выходит раздваивание видимого изображения; если же диспаратность мала, то появляется чувство пространственной удаленности точки В' от В. Диспаратность изображений на сетчатке глаз считается причиной бинокулярного стереоэффекта, т. е. эффекта пространственного видения, проявляемого при бинокулярном зрении. При одновременном рассматривании разноудаленных предметов изображения, получаемые на сетчатках глаз, всегда попадают на диспаратные точки. Смещение точки изображения в одном глазу относительно соответствующей точки изображения в другом глазу носит название бинокулярного либо стереоскопического паралакса (Рис. 6) [3,5,43].

Рисунок 6 Бинокулярный параллакс: односторонняя диспаратность раздражаемых мест сетчатки

При восприятии стереоскопических изображений движения глаз у человека аналогичны движениям глаз при восприятии реальных объектов. При переводе взора с одного предмета на другой происходит согласованное прослеживание двумя глазами за наиболее сюжетно важными составными частями осматриваемого объекта и еще происходят согласованные конвергентные движения глаз. Следует отметить, что стереоскопический эффект при бинокулярном рассматривании обнаруживает свое действие не сразу. Для получения стереоскопического результата при бинокулярном рассматривании пространственных изображений потребуется затрата работы сознания обычно порядка до 15 сек. И лишь по истечении данного времени человек начинает постепенно воспринимать пространственную стереоскопическую картину. Для восприятия наиболее трудного пространственного образа, неизвестного человеку, потребуется наибольшее время наблюдения. В обычных условиях человек имеет возможность вольно перемещать голову относительно осматриваемого объекта, тем самым менять точки зрения правого и левого глаза, благодаря чему он имеет возможность видеть рассматриваемый предмет в различных качествах. Однако пространственное понятие осматриваемом объекте можно получать и с фиксированных точек зрения. Правда, ограничение рассматривания объекта всего 2-мя фиксированными точками зрения правого и левого глаза влечет за собой некое ограничение пространственного восприятия, сопровождаемое так именуемым явлением кулисности, при котором осматриваемые объекты представляются как бы вырезанными, плоскими, однако различно удаленными от наблюдателя фигурами. Преодолеть явление кулисности при рассматривании стереоскопических изображений разрешено только за счет некого (хотя бы маленького) плавного либо скачкообразного перемещения точек зрения при рассматривании пространственной картины. Методы создания пространственного восприятия воспроизводимой картины, использующие для данного средства сепарированного , т. е. раздельного наблюдения каждым глазом зрителя фиксированных 2-ух изображений, носят название стереоскопических способов воспроизведения изображений. В том случае, когда наблюдающему дается вероятность некоторого выбора правого и левого сопряженного изображения из нескольких воспроизводимых одновременно сопряженных пар изображения за счет отклонений головы от нормального расположения в ту или иную сторону, достигается так именуемое панорамное воспроизведение пространственной картины, при котором преодолевается кулисность. В узком осмысливании под стереоскопическим воспроизведением изображений всегда предполагается бинокулярное стереоскопическое воспроизведение, при котором обеспечивается восприятие каждым глазом зрителя собственного соответственно правого либо левого сопряженных изображений бинокулярный стереоскопический эффект. В создании пространственного образа при бинокулярном видении принимают участие конвергенция глаз и обусловлено ее окуломоторное действие, а также параллактическая разность сопряженных изображений, получаемых на корреспондирующих точках сетчаток правого и левого ока вследствие рассматривания объектов с 2-ух разных точек зрения, т. е. вследствие смещения центра перспективы одного изображения относительно другого. Основным фактором бинокулярного стереоскопического видения нужно полагать последнее, т. е. получение сопряженных, но не идентичных изображении на корреспондирующих точках каждого глаза [3,7,17].

Восприятие глубины

В местности с хорошо выраженным рельефом человек с нормальным бинокулярным зрением принимает детали ландшафта как находящиеся на различных расстояниях от него. При этом он имеет возможность достаточно точно найти относительную удаленность тех либо других объектов. Это чувство глубины пространства обусловлено отчасти бинокулярным стереоскопическим зрением. Но конкретную роль тут играют и монокулярные механизмы: различия в размерах знакомых предметов, перекрывание деталей, отбрасываемые тени, перспективное укорочение и в особенности параллакс, т. е. смещение одних вещей относительно других при движениях головы наблюдающего. Трехмерное восприятие объектов с помощью бинокулярной стереоскопии в особенности важно, когда они расположены в зоне непосредственной досягаемости либо поблизости нее. Так как глаза размещены в различных местах головы, изображения ближних объектов на их сетчатках несколько различны. Это следует из законов геометрической оптики. Чем крупнее предметы и чем ближе они к наблюдающему, тем больше такое горизонтальное расхождение (диспаратность) [3, 5,7,13,15].

Горизонтальная диспаратность и бинокулярное слияние

Итак, когда голова наблюдающего располагаться в обычном расположении, изображения объекта, размещенного на конечном расстоянии от глаз, проецируются в различные места их сетчаток. Количественная мера данной разницы-горизонтальная диспаратность. Когда она превосходит конкретную величину, бинокулярно наблюдаемый трехмерный предмет воспринимается двоящимся. Диапазон расстояний до объекта от нулевой диспаратности (объект в бесконечности) до предела бинокулярного глубинного зрения, при котором начинается двоение, весьма велик. Это можно разъяснить, исходя из величины рецептивных полей бинокулярно активируемых корковых нейронов: размер ВРП таких нейронов в областях V1 и V2 существенно больше, нежели пространственное разрешение соответствующего участка сетчатки. У некоторых из корковых нейронов РП на обеих сетчатках буквально совпадают. По данной причине они сильнее всего возбуждаются объектами, расположенными в пределах гороптера. С иной стороны, РП некоторых бинокулярно активируемых нейронов точно на сетчатках не совпадают. Данные клетки сильнее всего возбуждаются объектом, находящимся на определенном расстоянии от гороптера, что приводит к некой горизонтальной диспаратности. Стереоскопическое восприятие глубины важно в некоторых областях медицины, в особенности в хирургии, основным образом при микрохирургических операциях с использованием бинокулярного микроскопа. Докторам, не обладающим нормальным бинокулярным зрением, тяжело проводить их, поэтому они обязаны избегать подобной специализации [3, 5,7,13,15,28,29].

Зона Панума

Известно, что одним из факторов восприятия трехмерности объектов зрительной сцены в естественных и искусственных условиях является корреспонденция и диспаратность в пределах Їзоны Панума? - зоны рецептивных полей правого и левого глаза, проекции которых большей частью корреспондируют, а меньшей частью попадают на диспаратные участки сетчаток не вызывающих физиологической диплопии [27-29]. Зоной Панума считают точки пространства, которые при проецировании на корреспондирующие точки сетчатки воспринимаются без двоения. (Рис.7) Она может меняться в зависимости от состояния бинокулярного зрения человека, а также условий, в которых происходит зрительное восприятие. Наличие такой зоны определяет возможность фузий (слияния зрительных образов).

Рисунок 7 Зона Панума

Глубина Зоны Панума увеличивается к периферии от точки фиксации и по мере удаления от наблюдателя - чем дальше объект фиксации, тем все менее строгое соответствие корреспондирующих рецепторов требуется для одиночного восприятия. На рисунке изображена заштрихованная зона Панума, которая расширяется к периферии от точки фиксации (F) и располагается вдоль линии гороптера (H1).

Гороптер - это геометрическое место точек (для любого данного расстояния), которые попадают на корреспондирующие точки сетчаток. Все точки гороптера видятся слитно и (теоретически) должны казаться равноудаленными от наблюдателя. Это обеспечивает слияние изображения и при параллельном расположении зрительных осей [3, 5,7,13,27-29]. Зона Панума и корреспонденция полей обеспечивают устойчивость бинокулярного слияния, а также являются основой глубинного восприятия.

Бинокулярный стереоскопический эффект наиболее сильно проявляется лишь при рассматривании сравнительно близких предметов. В этом легко убедиться, например, рассматривая предметы, которые мы держим в руке, сначала двумя глазами, а потом одним глазом. Закрыв один глаз, мы ощущаем значительную потерю пространственной телесности рассматриваемого предмета. Проделывая такой же опыт с рассматриванием предметов, удаленных на несколько метров (например, находящихся в дальнем конце комнаты), мы уже не замечаем большой разницы во впечатлениях от рассматривания этих предметов одним или двумя глазами [43]. Сила стереоскопичности зависит от угла зрительного охвата боковых сторон рассматриваемого предмета или от разности смещения рассматриваемого предмета по отношению к фону. Чем ближе рассматриваемый предмет к наблюдателю, тем больше охватывает каждый глаз наблюдателя боковые стороны предмета. Очевидно, что для увеличения охвата боковых сторон рассматриваемого предмета нужно либо приблизить рассматриваемый предмет, либо рассматривать его глазами гиганта, т. е. глазами, раздвинутыми на большой базис. Оптическое приближение рассматриваемого предмета можно осуществить с помощью бинокулярных зрительных приборов, биноклей и т. п. Оптическое раздвижение точек зрения правого и левого глаза также может быть достигнуто искусственно [3, 5-6].

1.4 Развитие зрения у детей

Формирование бинокулярной системы ребенка необходимо для объемности восприятия объектов окружающего мира и формирования памяти зрительных образов. Приобретение зрительного опыта зависит от базовой структурно-функциональной организации сенсорных и моторных систем, а так же психического развития ребенка. Очень важно своевременно проводить профилактический осмотр детей окулистом, обращая внимание на остроту зрения [1,9,11,32].

Острота зрения - это способность глаза воспринимать раздельно две точки, расположенные друг от друга на некотором расстоянии. Мерой измерения остроты зрения является угол зрения, образованный лучами, исходящими от краев рассматриваемого предмета или от двух точек к узловой точке глаза. Острота зрения обратно пропорциональна углу зрения. Чем меньше угол зрения, тем острота зрения выше. В норме, глаз человека способен раздельно воспринимать объекты, угловое расстояние между которыми не меньше одной минуты.

Новорожденный ребенок не имеет бинокулярного зрения, каждый глаз видит «самостоятельно», «плавает» [30,50]. В возрасте 6-8 недель у детей появляются первые навыки фиксации объектов. Устойчивая бинокулярная фиксация возникает лишь к 4 месяцам жизни ребенка. Но стереозрение формируется значительно позже по мере созревания всех компонентов, необходимых для становления бинокулярного стереозрения, то есть к 9-10 годам [30,50]. Для этого необходима морфо-функциональная зрелость зрительного, проприоцептивного, вестибулярного анализаторов и формирование их функционального взаимодействия. По мере взросления ребенка накапливается «багаж» зрительных образов, которые используются как базовые в процессах зрительного, зрительно-моторного обучения, требующего восприятия глубины, формы, местоположения объектов, зрительной координации движения [30,50]. Данные навыки абсолютно необходимы для обучения школьным предметам, в спорте, вождении и других навыков, основанных на зрительно-моторной координации.

Для формирования бинокулярного зрения необходимы следующие условия:

1. Cпособность к слиянию изображений с двух сетчаток глаз (фузии).

2. Cогласованная работа мышц, управляющих движением глаз (6 глазодвигательных мышц), обеспечивающих параллельное положение глазных яблок при фиксации взора вдаль и при сведении зрительных осей (конвергенции) при рассматривании вблизи, а также содружественное движение глаз при рассмотрении объектов.

3. Симметричное расположение глаз в одной фронтальной и горизонтальной плоскости. При травме, воспалении и других нарушениях нарушается симметричность слияния полей зрения с обоих глаз.

4. Достаточная острота зрения ( не менее 0,3-0,4) для формирования четкого изображения на сетчатке.

5. Наличие изомейтропии (изейконии) - равных изображений предметов на сетчатках глаз. Разные изображения формируются при анизометрии - разной рефракции двух глаз.

6. Отсутствие патологий со стороны оптических сред и отделов зрительной системы (сетчатки, зрительных проводящих путей, подкорковых и корковых зрительных центрах [30,50].

Особенно опасным для зрительного аппарата ребенка период начальной школы. В возрасте 5 - 6 лет приходятся большие нагрузки на органы зрения ребенка. Обычно родители начинают готовить детей к школе, водят их на кружки, секции, в подготовительные к школе группы. В этот период более длительными становятся занятия в детском саду, поскольку дошкольная программа тоже готовит детей к учебной школьной нагрузке. Важно не перегружать зрительные мышцы ребенка в этот период. Следует делать перерывы в занятиях, устраивать зрительную гимнастику. Так как требуется сосредоточение и длительная концентрации глаз на каких - либо предметах. Например, на занятиях рисованием, когда глаза концентрируются на создаваемом ребенком образе или картинке. Учебная деятельность в дошкольных учреждениях не должна превышать 30 минут с 15 - минутными перерывами. Не должна превышать более одного часа в день длительность просмотра ребенком телепрограмм. Родители не должны позволять играть в компьютерные игры, если экран монитора слишком маленький и ребенок вынужден напрягать зрительные мышцы для рассмотрения маленьких деталей [10-12,31].

В шесть лет орган зрения и весь детский организм готов к школе. Зрение дошкольника достигает взрослого уровня, то есть единицы. Тогда глаза ребенка уже четко различают предметы на дальнем и близком расстоянии. В дошкольном возрасте следует регулярно посещать профилактические осмотры окулиста для коррекции возможных нарушений, Чтобы хорошо подготовить глаза ребенка к началу занятий в школе [18,19,44,45].

Итак, развитие бинокулярного зрения у ребенка - это процесс сложного взаимодействия между сенсорными, окуломоторными, аккомодационными, оптическими подсистемами каждого глаза, к которым присоединяются «авто- рефлексы», мышечное чувство тела в пространстве (проприоцепция), контроль и действие вестибулярной системы, волевое управление всеми движениями. В процессе зрительного восприятия имеют большое значение факторы психические, факторы обучения, внимания и познания.

1.5 Нарушения бинокулярного зрения Косоглазие

Если при фиксации объект проецируется на центральную ямку только одного глаза, а в другом его изображение строится в окружающей ее области, появляется косоглазие (страбизм). Если оптические оси глаз довольно сильно при этом расходятся, изображение двоится. Это происходит, к примеру, при параличе мышцы одного глаза, нарушающем координацию его движений со вторым. У таких больных раздваивание появляется всякий раз, когда требуется выполнить движение глаз, требующее участия пораженной мышцы. Чтобы точно определить, какая мышца парализована, нужно тщательно описать взаиморасположение двух видимых пациентом изображений (пересекаются либо не пересекаются и т. д., (Рис.7) [8,9,41].

Амблиопия

Амблиопия возникает у детей в результате нарушения симметрии рефракции глаз. Как следствие этого нечеткость изображения на сетчатке. Причиной амблиопии является нарушение развития зрения в раннем детстве. При этом в зрительной коре формируются извращенные зрительные образы. В случае амблиопии изображения мозг предпочтет получать информацию от лучше видящего глаза. Как следствие будет дальнейшее снижение остроты зрения, нарушения стереовосприятия, снижение резервов фузии [23,24]. Так как обучение требует согласованного действия обоих глаз, необходимого для чтения, рисовании, списывании с доски, сравнения объектов и других операций, то следствием амблиопии будет снижение зрительных познавательных процессов, уровня внимания ребенка и ухудшение успеваемости [23,31]. Будут страдать также и бытовые действия, требующие зрительной координации [23,31].

Для успешного развития бинокулярного зрения и повышения остроты зрения при амблиопии необходимы функциональные тренировки зрения. С этой целью развития стерозрения широко применяются специальные интерактивные компьютерные программы [23,24,31,51-54].

1.6 Краткая характеристики программ по диагностике нарушений бинокулярного зрения и функциональных методов его коррекции (Россия)

В настоящее время в офтальмологии применяется большой арсенал компьютерных программ по коррекции бинокулярного зрения, среди них:

- Лечебно-диагностический комплекс «Академик» с различными программами (Чибис, Клинок, Цветок, Дискотека) [23,24,31,51-53].

Использование программ позволяет снизить косоглазие, установить бификсацию глаз и повысить фузионные резервы. Программы Цветок и Дискотека - имеют игровой характер и направлены на тренировку зрительного внимания и памяти у детей, снижают проявления амблиопии и близорукости [51-53].

- Программы Охота и Карусель предназначена для детей дошкольного и младшего школьного возраста, ориентированы на развитие кратковременной зрительной памяти, что важно для процесса обучения в школе.

- Компьютерно-тренировочный комплекс школьник - программа Краб. Предназначена для тренировки механизмов фузии (моторной и сенсорной).

- Программный пакет МЕКО - предназначен для лечения амблиопии, косоглазия и других нарушений бинокулярного зрения. Программа Конструктор - позволяет раздельную тренировку глаз, что важно для лечения амблиопии.

- Комплекс Окулист Программа EYE (АЙ), Контур - предназначены для диагностики и лечения косоглазия и амблиопии. Программа Зебра - диагностирует нарушения ахроматической и хроматической контрастной чувствительности, что может быть первым признаком снижения остроты зрения. Программа RELAX - направлена на восстановление аккомодационной способности и лечения миопии и амблиопии.

- Программа для школьников СПАК - снимает спазм аккомодации. Применяют и другие программы коррекции и лечения нарушений бинокулярного зрения.

Все существующие компьютерные методы развития стереозрения используют красно - синие или красно - зеленые очки. В таких условиях фузия не адекватна естественным условиям зрения. Поэтому качество развития стереозрения низкое. Программно-техническое обеспечение стереометра «VISUS 4D» не имеет этих недостатков, так как в основе лежит поляроидное разделение полей зрения. При этом нет провокации к проявлению борьбы полей зрения, особенно это важно, когда острота зрения одного из глаз низкая [54].

2. Материалы и методы исследования

Материалы исследования

Исследования проводились на базе ООО «Восприятие» с 2014 по 2016 гг. Всего было обследовано 37 человек в возрасте от 7 до 36 лет, у которых было устранено косоглазие. Обследуемые были разделены на две группы:

· Первая группа включала 21 человек с отсутствием стереозрения. Из них 12 человек обладали высокой остротой зрения от 1,0 до 0,7, а у 9 тестируемых была амблиопия со сниженной до 0,5 - 0,7 и низкой до 0,1 - 0,4 остротой зрения на один глаз.

· Вторая группа включала 16 человек с наличием стереозрения низкого качества, т.е. с остротой зрения 25 - 40 угловых мин. У всех отмечена высокая острота зрения от 1,0 до 0,7 единиц.

Участники тренинга стереозрения выполняли упражнения по программе 1 раз в неделю или 1 раз в 2 недели.

· В качестве контроля использовали данные обучения стереозадачам у 15 студентов 3-4 курсов Института биологии и химии.

Методы исследования