Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Системная организация и механизмы направленной коррекции бинокулярного зрения

(решение от ;• ; . "" / №

присудил ученую степень Д/^.лл,

чсльиик унразл

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ПРИ ИРКУТСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ, НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МОЗГА РАМН

На правах рукописи

РАБИЧЕВ ИГОРЬ ЭНГЕЛЕВИЧ

СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕХАНИЗМЫ НАПРАВЛЕННОЙ КОРРЕКЦИИ БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ

14.00.17 - нормальная физиология 14.00.08 - глазные болезни

Диссертация на соискания ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: Доктор биологических наук, Т.В. Орлова.

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Общая характеристика работы 4 Раздел I. Теоретические аспекты проблемы системной организации механизмов бинокулярного зрения.

Глава 1. Проблемы системной организации механизмов бинокулярного

зрения, роль проприоцепции. (Обзор источников литературы) 12

Глава 2. Материал и методы исследования 24 Глава 3. "Эффект глубины" как показатель организации механизмов

бинокулярного зрения; (основы коррекции бинокулярных функций). 38

3.1. Исследование бинокулярных движений глаз при слиянии двойных изображений. 39

3.2. Исследование "эффекта глубины" с использованием объекта бификсации. 42

3.3. Исследование "эффекта глубины" в условиях отсутствия дйспаратности. 46

3.4. Влияние аккомодации на "эффект глубины". 49

3.5. Анализ результатов исследования "эффекта глубины". 51 Глава 4. " Эффект лупы " как показатель организации механизма восприятия размерности объектов при бинокулярном зрении;

(основы коррекции остроты зрения). 54

4.1. Обзор источников литературы. 54

4.2. Собственные исследования роли вергенции в восприятии размерности объектов. ----------------56

4.3. Анализ результатов исследования механизма восприятии размерности изображений. 61 Раздел II. Исследование нарушенных бинокулярных функций и механизмов направленной коррекции бинокулярного зрения. 64

Глава 1. О некоторых исследованиях нарушений бинокулярного зрения.

(Обзор источников литературы) -------------------------------------- 64

Глава 2. Исследование нарушений бинокулярного зрения. 67

2.1. Обследование в условиях свободной гаплоскопии пациентов с нарушением бинокулярного зрения. 69

2.2 Анализ результатов обследования зрительной системы, диагностика различных форм косоглазия. 80

Глава 3. Механизмы направленной коррекции функций бинокулярного зрения при косоглазии, дальнозоркости и близорукости. 87

3.1. Краткое описание процесса коррекции бинокулярного зрения. 87

3.2. Направленная коррекции функций бинокулярного зрения при различных формах косоглазия. 90

3.3. Направленная коррекции механизма настройки на резкость, (повышение остроты зрения) при гиперметропии и гиперметропии с функциональной амблиопи 103

3.4. Направленная коррекции механизма настройки на резкость, (повышения остроты зрения) при миопии и спазме аккомодации. 105 Глава 4. Динамика направленной коррекции функций бинокулярного зрения при различных формах косоглазия. 110 Глава 5. Результаты направленной коррекции остроты зрения при гиперметропии и миопии. 157

5.1 Повышение остроты зрения как активизация механизма фузии

у пациентов с дисбинокулярной амблиопией при гиперметропии 1 157

5.2 Коррекция механизма настройки на резкость при гиперметропии

в сочетании с функциональной амблиопией. 161

5.3. Коррекция механизма настройки на резкость при миопии 163

Заключение. 166

Выводы. 174

Список использованных источников литературы. 176

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Механизмы бинокулярного зрения продолжают оставаться в центре внимания физиологов, психофизиологов, офтальмологов и нейрокибирнетиков. Еще недавно достигнутые результаты научных исследований Д.Хьюбела, Д.Визела [120, 121] и B.Julesz [181] в этой области знаний к настоящему времени уже приобрели самостоятельное фундаментальное значение. Однако теоретические представления о механизмах бинокулярного зрения продолжают развиваться. Новые научные данные об организации механизмов бинокулярного зрения дают возможность теоретически обосновать оригинальные подходы к разработке средств и методов коррекции бинокулярных функций. Так, например, исследования бинокулярных микродвижений глаз и поля зрительной бификса-ции, выполненные A.M. Котлярским [57] позволили Э.С. Аветисову [4, 6] обосновать теорию диплоптики - новую теорию коррекции бинокулярных функций, согласно которой механизм зрительной бификсации, обладает "свойством саморегуляции".

Особый интерес в изучении бинокулярной системы вызывает процесс функциональных взаимоотношений и интеграции компонентов, обеспечивающих все бинокулярные функции, JI.H. Могилев [73]. Работа JI.H. Могилева опирается на установленные Н.Н Любимовым [65] факты о многоуровневой и многоканальной организации проведения зрительной информации и роли кинестезии в механизмах зрения. В настоящее время общепринятая точка зрения о функциональной организации зрительной системы изменяется. Так G.M. Gauthier [161], M.J. Steinbach [211] и ряд других ученых [138, 140,] все больше внимание уделяют исследованию роли проприоцепции в организации зрительных функций. Более того, участие проприоцептивного сигнала в зрительном акте теоретически обосновано и экспериментально установлено И.Л. Рычковым [95], Т.В. Орловой [82], Б.Х. Базияном [14], И.Н. Гутником [42], Y.Trotter [215] и др.

В 1991 г. R. Pigassou-Albouy [201] высказала мнение, что бинокулярная функция обеспечивается взаимодействием между сенсорной, оптической, оку-ломоторной системами, в которое включаются элементы волевого управления, а также "авто-рефлексы" движения глаз и "мышечное чувство положения тела".

Попытки теоретических обобщений о роли кинестетической чувствительности в зрительном акте, а именно в восприятии абсолютной и относительной удаленности объектов были сделаны еще в 1709 г. Д.Беркли [21], в 1841 г. Е. Brücke, [137], затем в 1867 г. - И.М. Сеченовым [103] и в 1918 г. Ч. Шер-рингтоном [126, 210]. Большинство физиологов, психофизиологов и офтальмологов придерживается классической точки зрения Г. Гельмгольца [31, 32] и Э.Геринга [33 ] согласно которой бинокулярное зрение обеспечивается в первую очередь взаимодействием в зрительном анализаторе ретинальных сигналов с обоих глаз, а механизмы движения глаз играют только лишь вспомогательную роль в обеспечении зрительного акта. Вместе с тем вопрос об участии афферентных потоков другой сенсорной и биологической модальности в формировании субъективных зрительных образов остается открытым, поскольку зрительная "образная деятельность" может зависеть не только от специфической сенсорной информации, но и от афферентных возбуждений, вызванных действием других (не зрительных) раздражителей, а также интероцептивных сигналов.

С позиции классических теорий бинокулярного зрения целый ряд явлений сопровождающих зрительные ощущения не находит достаточного обоснования. В полной мере это относиться к формированию ощущения "мнимого зрительного образа". "Мнимый зрительный образ" субъективно воспринимается в виде копии изображений реальных парных объектов во внешней среде, но в отличие от изображений реальных объектов, имеет другие, самостоятельные характеристики удаленности, трехмерности ("эффект глубины", Л.Н.Могилев, [73]) и размерности ("эффект лупы", А.Н.Леонтьев, [62]). "Мнимый зрительный образ" возникает при слиянии парных изображений в условиях физиологического

двоения без разделителя полей зрения и специальной оптики (условия свободной гаплоскопии). Для исследования характеристик "мнимого зрительного образа", который состоит, как минимум, из одного бинокулярного и двух монокулярных элементов, Л.Н.Могилевым [72] был разработан и изготовлен специальный прибор - бинариметр.

Однако, по-прежнему, вопрос об отнесении восприятия "мнимого зрительного образа" к косвенным показателям физиологической нормы бинокулярного зрения остается открытым. Признание "мнимого зрительного образа" в качестве эпифеномена зрительного восприятия открыло бы новые возможности для дальнейшего изучения взаимоотношений сенсорных и моторных компонентов при нормальном бинокулярном зрении и при различных его нарушениях.

Согласно представлениям академика П.К. Анохина [12] в основе системной организации любой физиологической функции лежат процессы взаимосодействия отдельных элементов организма (на молекулярном, клеточном, орга-низменном, популяционном и др. уровнях) для достижения конечного приспособительного результата деятельности организма. Эти методологические позиции, в свое время, явились основополагающими при разработке проблем связанных с формированием, реализацией и компенсацией нарушенных физиологических функций, например, при удовлетворении биологических потребностей.

Центрально-периферическая организация сенсомоторного зрительного акта принципиально также может оцениваться на "весах" достижения результата этого акта - восприятия и создания организмом субъективных образов объективных факторов внешней среды. Однако изучению особенностей взаимоотношений зрительных, проприоцептивных и моторных компонентов бинокулярного зрения, обеспечивающих пространственную ориентацию, гностическую многообразную деятельность человека, а также системным процессам компенсации функциональных нарушений зрения уделяется недостаточное внимание.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы является изучение принципов системной организации и механизмов направленной коррекции бинокулярного зрения при его функциональных нарушениях у человека.

Были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать взаимодействие ретинальных сигналов с механизмами вергентных движений глаз и аккомодации, используя метод бинариметрии как инструмент анализа состояния бинокулярных функций у людей с нормальным бинокулярным зрением.

2. Исследовать с помощью бинариметра состояние бинокулярных функций у человека с различными формами нарушения зрения (косоглазия, дальнозоркости и близорукости).

3. Исследовать механизмы коррекции функций бинокулярного зрения при некоторых формах косоглазия в условиях свободной гаплоскопии. Определить основные этапы коррекции бинокулярных функций при косоглазии.

4. Исследовать вероятные механизмы коррекции остроты зрения при дальнозоркости и близорукости с помощью бинариметра.

Основные результаты работы и их научная новизна.

Автором самостоятельно было проведено экспериментальное исследование, в котором участвовало 339 обследуемых в возрасте от 6 до 40 лет с нормальным бинокулярным зрением и обследовано 1894 детей и подростков возрасте от 4 до 18 лет с различными расстройствами бинокулярных функций.

Исследование бинокулярных движений глаз, как системно организованного поведенческого акта, направленного на достижение обследуемым результата - ощущения "мнимого зрительного образа" в процессе слияния двойных изображений проводилось совместно с доктором биологических наук A.M. Котлярским.

В результате проведенных исследований установлено участие механизма вергентных движений глаз в формировании и оценке ощущения удаленности ("эффект глубины") в условиях свободной гаплоскопии. Впервые показано, что процесс переработки зрительной информации в бинокулярной системе при участии сигналов изменения вергенции и аккомодации вызывает явление " эффект лупы ". Доказано, что этот эффект формируется без участия механизма аккомодации.

Впервые показано взаимосодействие механизмов фузии, бификсации и настройки на резкость во время коррекции бинокулярного зрения при различных формах содружественного сходящегося и расходящегося косоглазия. Выделены этапы направленной коррекции бинокулярного зрения и повышения остроты зрения.

В работе впервые установлено, что коррекция механизма настройки на резкость базируется на одновременном участии двух явлений: а) тесной взаимосвязи механизмов вергенции и аккомодации; б) взаимосодействия эфферентных и афферентных сигналов механизма вергенции, которые влияют на деятельность функциональной системы бинокулярного зрения без участия механизма аккомодации. Это явление открывает возможность корректировать механизм настройки на резкость без участия аккомодации.

Показана динамика коррекции бинокулярных функций и повышения остроты зрения при различных формах косоглазия, гиперметропии, амблиопии и миопии.

Усовершенствован прибор бинариметр и обоснован метод бинариметрии как инструмента системного анализа состояния бинокулярных функций.

Теоретическое значение.

Получены новые данные о системной организации бинокулярного зрения человека, выявлены механизмы иерархически построенных отношений сенсорных и моторных компонентов функциональной системы акта бинокулярного

зрения, направленного на достижение специфического результата - восприятия трехмерности, удаленности и величины объектов внешней среды.

Практическая значимость.

Разработаны методические рекомендации "Исследование и восстановление бинокулярных функций методом бинариметрии" и утверждены протоколом № 02-14/18-14 Минздрава РФ от 14.03.91. Методические рекомендации изданы МНИИ глазных болезней имени Гельмгольца.

Разработана методика обследования нарушений бинокулярных функций и этапы их коррекции при различных формах косоглазия, функциональной амб-лиопии, гиперметропии, миопии и при спазме аккомодации. Предлагаемая методика коррекции осуществима в амбулаторных, стационарных и домашних условиях.

Благодаря исследованию механизмов и разработке методов направленной коррекции бинокулярного зрения предложены конкретные пути компенсации функциональных нарушений при различных формах косоглазия, сопровождающихся функциональной скотомой или амблиопией и при остроте зрения от 1,0 до 0,02 (по таблице Головина-Сивцева) и повышению остроты зрения при дальнозоркости, функциональной амблиопии, близорукости, афакии и артифакии.

Разработан и изготовлен "Прибор для исследования и восстановления бинокулярных функций" (бинариметр) и утвержден (10.02.94 протокол №1) Комитетом по новой технике Минздрава РФ на заседании комиссии по аппаратам, приборам и инструментам, применяемым в офтальмологии. Прибор подготовлен и утвержден к серийному производству. Прибору дана аббревиатура "АВИЗ - 01". Прибор может быть использован в учебном процессе в вузах по теме физиология анализаторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

Бинокулярное зрение человека представляет собой многоуровневый, иерархический организованный процесс адекватного зрительного восприятия объектов внешней среды, а также создания субъективных зрительных образов

этих объектов. В основе бинокулярного зрения лежит не только анализ собственно зрительной информации, но и синтез зрительной, проприоцептивной афферентаций и копий эфферентных моторных сигналов в процессе реализации системно-организованных, целенаправленных зрительных актов. Конечным приспособительным результатом такого целенаправленного поведения является пространственно-зрительная ориентация субъекта во внешней среде.

В основе направленной коррекции механизмов фузии, бификсации и настройки на резкость при нарушениях бинокулярных функций лежит установление взаимосодействия между компонентами функциональной системы бинокулярного зрения. Эта коррекция достигается за счет дозированного изменения потоков зрительных и проприоцептивных афферентаций позволяющих субъекту формировать и воспринимать "мнимый зрительный образ". В результате такой коррекции устанавливаются новые взаимосодействующие отношения между всеми компонентами функциональной системы бинокулярного зрения, обеспечивающих успех приспособительной деятельности.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на XY съезде Всесоюзного физиологического общества имени И.П.Павлова (Кишенев, 1987) и на международных форумах ученых: I Конгресс по патофизиологии (I.S.P.) г. Москва, 1991 г.; 2-й Международный симпозиум по рефракционной хирургии, имплантации иол и комплексному лечению атрофии зрительного нерва, г. Москва, 1991 г.; Конгресс ортоптистов, Франция, г. Тулуза, 1994 г.; "Восстановительная неврология - 3" г. Иркутск 1995; Офтальмологический конгресс, Италия, г. Милан 1995 г.; 4-ый Российско-Японский симпозиум г. Иркутск 1996 г.; Конгресс ортоптистов, Франция, г. Клермон-Ферран, 1996 г., Совещание стробологов и ортоптистов, г. Шату, Франция, 1997 г. Прибор бинариметр и метод коррекции бинокулярных функций выставлялись на ВДНХ (Москва 1990 г.) и на международных выставках: г. Санкт-Петербург "Медицина-1992"; г. Новосибирск

"Медицина-1993"; г. Иркутск "Сибэкспоцентр" - "Наука и образование" - 1994 , 1996 г. ; "Здравоохранение"- 1995, 1996 г.

Публикации.

Материалы исследований опубликованы в 60 работах. Из них 11 изобретений (10 авторских свидетельств и 1 патент РФ.

Внедрение результатов исследования.

Прибор "АВИЗ - 01" для восстановления бинокулярн�