CC BY
129
УДК 617.7
Д.И. КОШЕЛЕВ
Всероссийский центр глазной и пластической хирургии МЗ РФ, 450065, г. Уфа, ул. Р. Зорге, д. 67/1
Движения глаза при фиксации. Возможности практического использования
Кошелев Дмитрий Иванович — кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией нейрофизиологии зрения, тел. (347) 293-42-11, e-mail: [email protected]
Когда мы смотрим, глаз совершает непрерывные движения, даже если мы фиксируем взгляд на неподвижном объекте. Микродвижения глаза тесно связаны со зрительным восприятием и отражают качество моторного сопровождения зрительного процесса. Рассматриваются возможности практического применения информации о движениях глаза при фиксации, записанных с помощью микропериметра MP-1 (Nidek Technologies) у пациентов с различной патологией зрительной системы. Обсуждается уникальность параметров микродвижений глаза и ее необходимость при комплексной оценке и мониторинге функционального состояния при прогрессирующей миопии, амблиопии и патологии центрального зрения. При амблиопии, независимо от ее генеза, данные о движениях глаза при фиксации уточняют вклад глазодвигательной системы в ограничение остроты зрения и служат средством объективного мониторинга положения точки фиксации и качества микродвижений глаза. При патологии центрального зрения параметры эксцентричного положения области фиксации совместно с характеристиками микродвижений глаза дают возможность оценки потенциальных возможностей зрительной системы и адекватного подбора программы функциональной реабилитации зрительных функций. При прогрессирующей миопии обнаружено несколько устойчивых паттернов движений глаза, которые не зависят от состояния аккомодационной системы, а также различие в движениях правого и левого глаза при фиксации, что может быть использовано при выборе профилактической программы. Обсуждается область практического применения информации о микродвижениях глаза и ограничения в использовании данного метода.
Ключевые слова: движения глаза при фиксации, микросаккады, миопия, амблиопия, эксцентричное зрение.
D.I. KOSHELEV
All-Russia Eye and Plastic Surgery Centre of the MH of RF, 67/1 Zorge Str., Ufa, Russian Federation, 450075
Eye movements in case of fixation. Practical use potentials
Koshelev D.I. — Cand. Biol. Sc., Associate Professor, Head of the Vision Neurophysiology Laboratory, tel. (347) 293-42-11, e-mail: [email protected]
When we are looking, an eye performs continuous movements even if our eyes are fixed upon a static object. Eye micromovements are closely connected with the visual perception and reflect the motor tracking quality of the visual process. Potentials of the practical use of information relating the eye movements in case of fixation were studied with the aid of microperimeter MP-1 (Nidek Technologies) in patients with different pathologies of the visual system. Parameter uniqueness of eye micromovements has been discussed, as well as its necessity in the integrated assessment and monitoring of the functional condition in case of progressive myopia, amblyopia and central vision pathologies. In amblyopia irrespective of its genesis, eye movement data in fixation clarify the contribution of the oculomotor system into the visual acuity restriction and serve as a tool for an objective monitoring of the fixation point position and quality of eye micromovements. In case of the central vision pathology, the eccentric position parameters of the fixation area, together with the characteristics of eye micromovements, enable the assessment of the visual system potentials and adequate functional rehabilitation programme selection. In case of the progressive myopia there have been revealed several stable eye pattern movements which did not depend upon the state of the accommodative system, and there was also observed the difference in movements of the right and left eye in case of fixation, which could be used when selecting the prophylactic programme. The article discusses the field of the practical use of information relating the eye micromovements and restrictions in implementing the given method.
Key words: eye movements in case of fixation, microsaccades, myopia, amblyopia, peripheral vision.
История изучения движений глаза насчитывает более столетия. Установлено, что для оптимальных условий работы зрительного анализатора необходимо некоторое постоянное движение сетчаточного изображения, так как в условиях стабилизированного относительно сетчатки изображения восприятие изображения исчезает в течение 1-3 секунд [1]. Основной формой глазодвигательной активности являются фиксации, во время которых происходит прием зрительной информации [2]. При фиксации неподвижного объекта зарегистрированы несколько типов движений глаза: дрейф, саккады и тремор [1, 2, 3]. Тремор — движения глаза, амплитуда которых соответствует диаметру колбочки в фовеа, а частота превышает критическую частоту слияния световых мельканий [1, 2, 4]. Следовательно, он не вносит существенного вклада в качество воспринимаемого изображения. Основными движениями, тесно связанными со зрительным восприятием, являются дрейф и микросаккады. Дрейф — медленные движения глаза в промежутках между саккадами. Во время дрейфа скорость движений глаза изменяется хаотически от нуля до 30 угловых минут в секунду. Средняя скорость составляет 6 угловых минут в секунду, а амплитуда - до 15 угловых минут [1]. Считается, что дрейф может играть компенсаторную роль в поддержании точной фиксации при снижении количества микро-саккад [5]. Основным типом движений глаза, обеспечивающим качество воспринимаемого изображения, являются микросаккады — непроизвольные движения глаза с амплитудой до 30 угловых минут. Обнаружено, что нейронная активность, сопровождающая микросаккады, отмечается, прежде всего, в зрительных структурах: латеральном коленчатом теле, стриарной и экстрастриарной коре [6]. Считается, что микродвижения глаза при фиксации способствуют квантованию непрерывного зрительного потока и служат средством гибкого реагирования на изменение зрительной среды [7, 8]. Кроме зрительного восприятия, микросаккады связаны с процессом внимания, отражая направление внимания [9, 10]. Помимо структур, принимающих участие в зрительном процессе, обнаружена связь параметров движений глаза с эмоциональным состоянием испытуемого [11]. Для клинической диагностики микродвижения глаза имеют особое значение в связи с их тесной интеграцией с остротой зрения [12, 13]. Острота зрения напрямую связана с качеством жизни и социальной адаптацией и является одной из наиболее значимых характеристик в клинической диагностике. Тот факт, что микродвижения не осознаются и плохо поддаются сознательному контролю, делает их великолепным средством объективного мониторинга зрительных функций, дополняющим информацию стандартных клинических тестов. В рамках такого мониторинга движения глаза являются независимым вектором исследования, так как параметры движений глаза при фиксации не могут быть получены экстраполяцией данных других исследований. Несмотря на значительное количество работ, связанных с изучением различных аспектов движений глаза и их связью с различными системами мозга [3, 6, 8], ведущими исследователями в этой области признается недостаточное количество клинических наблюдений и опыта практического применения информации о моторных компонентах зрительного процесса.
Целью данной статьи является краткое изложение возможностей использования данных о движе-
ниях глаза при амблиопии, нарушении центрального зрения и прогрессирующей миопии.
Испытуемые и методы исследования
Регистрацию движений глаза во время фиксации осуществляли с помощью микропериметра MP-1 (Nidek Technologies, Italy) с пространственным разрешением 6 угловых минут и временным разрешением 25 Гц. Запись движений глаза производилась во время 30-секундной фиксации неподвижного объекта, что позволяло зарегистрировать 750 положений глаза, которые составляли фиксационное поле. Объектом фиксации служил крест, размером от 1 до 4 угловых градусов в зависимости от удаленности точки фиксации от fovea centralis. Во всех случаях испытуемые хорошо различали объект фиксации. После окончания записи проводилось фотографирование глазного дна с последующим сопоставлением снимка глазного дна и записи движений глаза при фиксации. Это давало возможность оценить положение фиксационного поля относительно фовеа. Общее количество пациентов, у которых были зарегистрированы движения глаза при фиксации, превышало 500 человек (более 1000 записей).
Учитываемые параметры
Положение области фиксации. Данная возможность реализована за счет удачного сочетания в одном приборе возможности высокоточного тре-кинга движений глаза и фундус камеры. Совмещение фотографии глазного дна и поля, в пределах которого находится взгляд испытуемого, дает представление о расположении области фиксации относительно важнейших структур глазного дна, к которым можно отнести область фовеа и диск зрительного нерва. Примеры такого рода приведены на рис. 1-4. Информация о положении области фиксации может быть использована в рамках мониторинга развития центральной фиксации при косоглазии, оценке потенциальной остроты зрения при патологии центральной области сетчатки, состояния зрительно-моторной координации при патологии зрительного нерва или корковых структур зрительного анализатора.
Размеры области фиксации или ее точность. С положением области фиксации неразрывно связан ее размер или точность фиксации. Известно, что размеры рецептивных полей зрительной системы возрастают от центра к периферии [15]. Согласовано с увеличением размера рецептивных полей увеличивается и «зона нечувствительности», в пределах которой движения глаза не приводят к ощущению сдвига изображения [2, 15]. Можно предполагать, что для каждой области сетчатки существуют предельные значения точности фиксации. Естественно, что наличие центральной фиксации не обязательно означает ее стабильность даже при сопоставимой остроте зрения. Следовательно, информация о зрительно-моторном согласовании существенно дополняет данные стандартных клинических тестов. Таким образом, информация о точности фиксации может служить средством объективного мониторинга улучшения зрительно-моторной координации при амблиопии и критерием для оценки качества моторного сопровождения зрительного процесса. Сопоставление данной информации с реализуемой остротой зрения при эксцентричной фиксации позволяет выработать программу, направленную на улучшение зрительных функций.
О
фтдльмолоп
и
Рисунок 1.
Пример центральной фиксации испытуемого без нарушения зрения. Положение креста соответствует центру области фиксации. В левом верхнем углу показано фиксационное поле. Диаметр внутренней и наружной окружностей: 2 и 4 угловых градуса соответственно, ниже указан процент нахождения фиксации в пределах центральных 2-х угловых градусов
Рисунок 2.
Пример центральной фиксации испытуемого с рефракционной амблиопией. Обозначения как на рис. 1
Рисунок 4.
Пример неустойчивой эксцентричной фиксации испытуемого с патологией зрительного нерва. Обозначения как на рис. 1
Рисунок 3.
Пример устойчивой эксцентричной фиксации испытуемого с патологией макулярной области сетчатки. Обозначения как на рис. 1
Состав микродвижений. Кроме положения области фиксации и ее точности, большое значение имеет состав микродвижений во время фиксации. Прежде всего, речь идет о стабильности рисунка микросаккад и общей ритмичности движений глаза. Ведущее значение паттерна движений глаза определяется его ролью в качестве инструмента квантования зрительного потока и средством адаптации к параметрам зрительной среды [7, 8]. Считается, что характер движения глаза в процессе фиксации достаточно устойчив во времени при условии
стабильного сохранения параметров зрительной системы, отражая привычный вариант согласования активности сенсорных и моторных областей зрительной системы [16, 17]. При изменении зрительных функций или достижении зрительной системой нового уровня сенсорно-моторного согласования мы наблюдаем изменение ритмики и состава микродвижений. На рисунке 5 представлены некоторые варианты движений глаза во время фиксации. Таких вариантов, естественно, значительно больше, особенно при патологических изменениях в зрительной системе. В норме существует ограниченное пространство приемлемых вариантов движений глаза (варианты 1-2), которые позволяют поддерживать нормальный уровень зрительных возможностей. При снижении зрения или патоло-
О
Рисунок 5.
Примеры 6 профилей движений глаза. На рисунке представлены движения глаза за первые 16 секунд из 30-секундной записи. По оси абсцисс указано время в секундах. По оси ординат амплитуда в угловых градусах. Размер вертикальной полосы соответствует 1 угловому градусу
гических изменениях в зрительной системе количество встречаемых вариантов движений глаза значительно больше, они индивидуально специфичны и отражают особенности адаптации пациента к нарушению центрального зрения. При этом оценка качества движений глаза при эксцентричной фиксации, как правило, сводиться к оценке ее устойчивости. Таким образом, детальная оценка качества движений глаза возможна только у пациентов с центральной фиксацией. Основным критерием качества движений глаза при фиксации мы считаем наличие ритмических микродвижений с частотой выше 4 Гц и амплитудой менее 15 угловых минут. В пользу такого мнения свидетельствуют несколько фактов. Такие движения наблюдаются у большинства испытуемых без патологии зрительной системы и у пациентов со стационарной близорукостью. Кроме этого, наличие схожей ритмической составляющей мы наблюдаем при успешной адаптации к эксцентричному положению точки фиксации.
Клинические группы
Амблиопия представляет собой функциональное снижение остроты зрения в результате изменений в оптической системе глаза или косоглазия. Важно, что изменения движений глаза не зависят от типа амблиопии [12]. Практическое значение исследования движений глаза при амблиопии очевидно. Показано значение информации о микродвижениях глаза при оценке эффективности лечения амблио-пии. Предполагается, что нормализация зрительных функций, не сопровождаемая нормализацией движений глаза, может быть источником рецидива снижения зрения после его восстановления [18, 19].
Кроме оценки динамики движений глаза в процессе лечения, информация о движениях глаза необходима для более детальной оценки актуального состояния зрительно-моторной координации глаза с амблиопией. Так при одной и той же реализуемой остроте зрения, движения глаза могут иметь существенные отличия, что указывает на относительную независимость функционального состояния глазодвигательной и зрительной систем [20]. Учет этой информации может способствовать оптимизации лечебной программы, акцентируя ее на менее совершенных элементах зрительно-глазодвигательной системы. Кроме оценки качества движений глаза, большое значение имеет оценка положения области фиксации относительно фовеа при дисби-нокулярной амблиопии. Объективный мониторинг положения точки фиксации при амблиопии позволяет оценить эффективность проводимой терапии. Таким образом, при амблиопии различного генеза с учетом огромного разнообразия ее клинических вариантов, все без исключения параметры движений глаза являются востребованными. При наличии центральной фиксации, основное значение имеют точность и качество фиксационных движений, при эксцентричной — ее устойчивость и положение относительно фовеа. Информация о движениях глаза при амблиопии может способствовать разработке новых методов лечения, учитывающих состояние глазодвигательной системы и качество зрительно-моторной связи.
Патология центрального зрения сопровождается стойким снижением остроты зрения за счет вынужденного перевода точки фиксации в эксцентричную область сетчатки. Разрушение привычной зрительно-моторной связи при нарушении центрального зрения отражается в резком изменении движений глаза при фиксации [21]. Основное значение приобретает информация о расположении новой точки фиксации. Исходя из месторасположения точки фиксации, мы можем рассчитать потенциальную остроту зрения [22, 23] и сопоставить ее с реализуемой. Кроме этого, необходимо оценить ее устойчивость, которая в случае эксцентричной фиксации является также основным критерием ее качества. Критерии качества движений глаза, используемые при центральной фиксации, не подходят для оценки качества эксцентричной фиксации, учитывая различия в плотности фоторецепторов и размерах рецептивных полей. Кроме того, обнаружено, что параметры движений глаза существенно различаются при патологии сетчатки или вышележащих структур зрительной системы [24]. Кроме оценки положения и размеров области фиксации, необходимо сравнение движений правого и левого глаза. Зачастую при сопоставимом уровне остроты зрения, движения глаза при фиксации могут существенно различаться, что еще раз подтверждает уникальность данной информации. Вероятно, основным лимитирующим остроту зрения фактором выступает плотность фоторецепторов фиксирующей области, а качество сенсорно-моторной синхронизации обеспечивает качественную предметную деятельность. Таким образом, информация о движениях глаза при фиксации существенно облегчает объективный мониторинг состояния зрительных функций пациента и является незаменимым инструментом в подборе адекватных методов восстановления зрительных функций и ускорения социальной адаптации.
ютмыммп
Прогрессирующая миопия
Перспективной областью изучения движений глаза, на наш взгляд, является прогрессирующая близорукость у школьников. Многокомпонентный патогенез прогрессирующей близорукости и увеличение ее распространения, несмотря на развитие спектра профилактических мер, диктует необходимость подбора индивидуально ориентированной профилактической программы. Такая программа должна учитывать не только состояние аккомодационной системы, склеры и кровоснабжения, но и способ информационного обмена индивида с внешней средой, отдельные параметры которого отражаются в движениях глаза при фиксации. Именно за счет анализа движений глаза возможно оценить характер квантования зрительного потока, который отражает индивидуальные особенности моторного сопровождения процесса восприятия. При изучении движений глаза при прогрессирующей близорукости было обнаружено существование нескольких различных и устойчивых во времени паттернов движений глаза при фиксации, относительно независимых от функционального состояния аккомодационной системы пациента [16, 25, 26]. Кроме этого обнаружено, что движения правого глаза при миопии демонстрируют существенно более качественный состав микродвижений [27], что также может быть учтено при выработке профилактической программы. Принимая во внимание, что испытуемые со стационарной близорукостью не имеют такого разнообразия, мы считаем, что учет этих факторов может привести к разработке профилактических методов, обладающих направленным воздействием на зрительную систему пациентов с прогрессирующей близорукостью.
Ограничения метода определяются, прежде всего, недостаточной детализацией картины глазного дна, на основе которых осуществляется тре-кинг. В основе данного обстоятельства могут лежать: недостаточная прозрачность оптических сред глаза, расположение области фиксации в зоне лишенной достаточных для прибора деталей глазного дна, слишком быстрые и высокоамплитудные движения глаза. Кроме того, исследование не может быть проведено при недостаточном развитии селективного внимания у испытуемого.
Заключение
Таким образом, информация о движениях глаза при фиксации может способствовать составлению более целостной картины нарушения зрительных функций и вовлеченности глазодвигательной системы в патологический процесс. Отражение в движениях глаза системных параметров работы зрительной системы делает этот метод прекрасным инструментом мониторинга развития и восстановления зрительных функций. Наиболее эффективно информация о движениях глаза может быть использована в детской офтальмологии и при нарушении центрального зрения у взрослых пациентов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. — М.: Наука, 1965. — 166 с.
2. Гиппенрейтер Ю.Б. Движение человеческого глаза. — М.: МГУ, 1978. — 256 с.
3. Martinez-Conde S. Fixational eye movements in normal and pathological vision // Progress in Brain Research. — 2006. — Vol. 154. — P. 151-176.
4. Eizenman M., Hallett P.E., Frecker R.C. Power spectra for ocular drift and tremor // Vision Res. — 1985. — Vol. 25. — P. 1635-1640.
5. Nachmias J. Determiners of the drift of the eye during monocular fixation // J. Opt. Soc. Am. — 1961. — Vol. 51. — P. 761-766.
6. Martinez-Conde S., Mackni S.L., Hube D.H. The function of bursts of spikes during visual fixation in the awake primate lateral geniculate nucleus and primary visual cortex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2002. — Vol. 99. — P. 13920-13925.
7. Андреева Е.А., Вергилес Н.Ю., Ломов Б.Ф. Механизм элементарных движений глаз как следящая система // Моторные компоненты зрения. — М.: Наука, 1975. — С. 7-55.
8. Rolfs M. Microsaccades: Small steps on a long way // Vision Research. — 2009. — Vol. 49. — P. 2415-2441.
9. Барабанщиков В.А. Динамика зрительного восприятия. — М.: Наука, 1990. — 240 с.
10. Engbert R., Kliegl R. Microsaccades uncover the orientation of covert attention // Vision Research. — 2003. — Vol. 43. — P. 1035-1045.
11. Карпов Б.А., Карпова А.Н. Психопатологические аспекты глазодвигательной активности // Движение глаз и зрительное восприятие. — М.: Наука, 1978. — С. 236-275.
12. Subramanian V., Jost R.M., Birch E.E. A Quantitative Study of Fixation Stability in Amblyopia // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 2013. — Vol. 54. — P. 1998-2003.
13. Ghasia F.F., Shaikh A.G. Uncorrected myopic refractive error increases microsaccade amplitude // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 2015. — Vol. 56. — P. 2531-2535.
14. Matinez-Conde S., Macknik S.L., Troncoso X.G. et al. Microsaccades: a neurophysiological analysis // Trends Neurosci. — 2009. — Vol. 32, №9. — P. 463-475.
15. Глезер В.Д., Леушина Л.И. О модели зрительной фиксации объекта и функциях микроскачков // Моторные компоненты зрения. — М.: Наука, 1975. — С. 56-68.
16. Филин В.А. Автоматия саккад. — М.: Изд-во МГУ, 2002. — 240 с.
17. Кошелев Д.И. Устойчивость паттерна движений глаза при фиксации у школьников с прогрессирующей близорукостью // Невские горизонты - 2014: Материалы научной конференции офтальмологов. — СПб., 2014. — С. 246-250.
18. Ciuffreda K.J., Kenyon R.V., Star L. Different rates of functional recovery of eye movements during orthoptics treatment in an adult amblyope // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 1979. — Vol. 18. — P. 213-219
19. Ciuffreda K.L., Tannen B. Eye Movement Basics for the Clinician. Mosby-Year book, Inc., St. Louis, MO. — 1995.
20. Shaikh A.G., Otero-Millan J., Kumar P. et al. Abnormal Fixational Eye Movements in Amblyopia // PLoS ONE. — 2016. — Vol. 11, №3.
21. Kumar G., Chung S.T.L. Characteristics of fixational eye movements in people with macular disease // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 2014. — Vol. 55. — P. 5125-5133.
22. Хаппе В. Офтальмология. — М.: МЕДпресс-информ, 2004. — 352 с.
23. Справочник по инженерной психологии / под ред. Б.Ф. Ломова. — М.: Машиностроение, 1982. — 368 с.
24. Сироткина И.В., Фахретдинова Д.А., Кошелев Д.И. Острота зрения и показатели фиксации при нарушении центрального зрения различного генеза // Вестник ОГУ. — 2014. — №12. — С. 271-275.
25. Кошелев Д.И., Мухамадеев Р.А., Сироткина И.В. Особенности движений глаза при фиксации у детей младшего школьного возраста и их возможная роль при развитии миопии // Невские горизонты - 2010: Материалы юбилейной научной конференции, посвященной 75-летию основания первой в России кафедры детской офтальмологии. — СПб., 2010. — Т. II. — С. 90-96.
26. Резбаева Г.Н., Сироткина И.В., Кошелев Д.И. Реакция глазодвигательной системы на аккомодационные раскачки // «Невские горизонты - 2010»: Материалы юбилейной научной конференции, посвященной 75-летию основания первой в России кафедры детской офтальмологии. — СПб., 2010. — Т. II. — С. 147-151.
27. Кошелев Д.И. Движения правого и левого глаза во время фиксации при эмметропии и миопии // Вестник ОГУ. — 2012. — №12. — С. 101-105.
