СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 2, с. 160-171
_ ЗРИТЕЛЬНАЯ _
СИСТЕМA
УДК 612.821+843
ИЗМЕРЕНИЕ ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ: НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ ВЛИЯНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СПЕКТРА ФУРЬЕ ОПТОТИПОВ
© 2012 г. Г. И. Рожкова, А. Е. Белозёров, Д. С. Лебедев
Институт проблем передачи информации, РАН 127994 Москва, пер. Б. Каретный, 19 E-mail: gir@ iitp.ru
Поступила в редакцию 09. 12.2011 г.
Для оценки влияния низкочастотных составляющих спектра Фурье тестовых стимулов на измерение остроты зрения сравнивали результаты, полученные на одних и тех же испытуемых при помощи трех наборов простых оптотипов: стилизованных знаков Е в четырех ориентациях, стандартных трехполосных стимулов и модифицированных нами трехполосных стимулов. Задачей испытуемых было определение ориентации стимулов в ситуации вынужденного выбора. Использованные оптотипы схожи по форме, но имеют специфические различия в спектрах Фурье. В первой серии экспериментов по данным тестирования десяти испытуемых при помощи соответствующих печатных таблиц строили и сопоставляли индивидуальные психометрические функции. Во второй серии экспериментов сравнивали гистограммы индивидуальных значений остроты зрения для трех оптотипов, полученные в результате компьютерного измерения остроты зрения у большего числа испытуемых. Обнаружено, что низкочастотные составляющие спектров могут оказывать принципиально различное влияние на распознавание околопороговых стимулов разными индивидуумами: такие составляющие облегчали распознавание одним испытуемым, затрудняли - другим, и никак не влияли на третьих. Четкие выводы об индивидуальной вариабельности и неоднозначности влияния низкочастотных составляющих удалось получить благодаря тому, что модифицированные трехполосные стимулы можно было считать своеобразными эталонами: в их разностных спектрах низкочастотные составляющие были практически устранены.
Ключевые слова: зрение человека, визометрия, острота зрения, оптотип, разностные спектры, индивидуальная вариабельность.
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на кажущуюся простоту задачи измерения остроты зрения и огромное число попыток ее решения, в настоящее время не существует общепризнанного метода точной оценки этого показателя. На протяжении полутора столетий в поисках наилучшего метода специалисты пытались решать естественно возникающие при этом частные задачи: было предложено множество различных оптотипов (тестовых знаков), обсуждались разные способы их группировки и основания для выбора градаций размера, сравнивались различные процедуры измерений и правила принятия решения. Однако единого мнения до сих пор не сложилось, в связи с чем на данный мо-
мент существует довольно большое разнообразие тестов и таблиц, применяемых как в клиниках, так и в научной работе, причем в последнее время исследователи все чаще используют 2-3 способа измерения остроты зрения одновременно и анализируют различия в результатах (Бондарко, Семенов, 2005; Graf, Becker, 1999; Striers et al., 2003, 2004; Williams et al., 2008).
Настоящая статья касается проблемы выбора простых оптотипов для точного и достоверного измерения остроты зрения. Проводимые в последние десятилетия многоплановые исследования зрительного восприятия с применением компьютерного моделирования и современных методов анализа позволяют более четко сформулировать
требования к оптотипам и процедуре измерения и понять причины неопределенности сложившейся ситуации.
Как известно, термин "острота зрения" был введен в 1861 г. Дондерсом, а в 1862 г. его ученик Снеллен опубликовал свою знаменитую таблицу для оценки остроты зрения, создав специальный новый шрифт, буквы которого изображались на сетке 5 х 5 и были названы "оптотипами" (Snellen, 1862). До этого для проверки зрения использовали таблицы с обычными типографскими шрифтами. Оптотипы Снеллена включали девять букв (С, D, Е, F, L, О, Р, Т, Z), большинство из которых имели ярко выраженные засечки. Тестовая таблица содержала 11 строк с оптотипами, уменьшающимися от верхней строки к нижней. За "стандартное" (условно нормальное) зрение Дондерс и Снеллен предложили принимать зрение человека, способного узнавать оптотипы размером в 5' при толщине линий 1'.
Несколько позднее Ландольт (Landolt, 1899) предложил использовать в тестовых таблицах единственный тестовый знак - кольцо, но с разрывом в разных позициях: вверху, внизу, слева, справа, а также посередине между этими положениями, что похоже на букву С в разных ориента-циях. Долгое время считалось, хотя экспериментально это не проверяли, что для соответствия результатов тестирования по Снеллену и Лан-дольту общие размеры колец Ландольта и знаков Снеллена и их наименьших деталей должны быть одинаковы. В частности, подразумевалось, что у кольца Ландольта, по которому определяется условный уровень нормального зрения, внешний диаметр должен быть равен 5', а разрыв - 1'. Однако в последние десятилетия было показано, что суждение об эквивалентности оптотипов только на основе равенства их общих размеров и размеров наименьших деталей далеко не всегда правомерно, что будет обсуждаться далее.
На протяжении полутора столетий за рубежом регулярно вводились в практику новые оптоти-пы - буквы без засечек, цифры, стилизованные Е в четырех ориентациях, контурные и силуэтные изображения простых объектов, например, Леа-символы, картинки Росанно, Аллена, Остерберга. Общее представление об основных этапах этой работы могут дать обзоры и руководства (Bennett, 1965; Linksz, 1975; Fern, Manny, 1986; Schmidt, 1992; Colenbrander, 2001; Kniestedt, Stamper, 2003; Rosenfield et al., 2009), а также статьи авторов, предлагавших или апробировавших новые оптотипы (Sloan, 1959; Oppel, 1964; Taylor, 1978; Hyvarinen et al., 1980; Lindstedt, 1988).
Вопрос о необходимости стандартизации измерений остроты зрения был осознан широкими кругами офтальмологов к началу XX в., и в 1909 г. на XI Международном офтальмологическом конгрессе в качестве основы для создания измерительных таблиц были приняты кольца Ландольта. Около двадцати лет назад кольцо Ландольта было утверждено в качестве международного стандартного оптотипа (ISO 8596); в 2009 г. соответствующий документ был переиздан практически без изменений.
В отечественной практике для оценки остроты зрения до сих пор используют преимущественно таблицы Сивцева-Головина с оптотипами в виде букв кириллицы и колец Ландольта, а также таблицы Орловой с картинками для детей, хотя в теоретических и экспериментальных исследованиях обсуждались недостатки применяемых оптотипов и предлагались различные интересные варианты тестовых знаков (Шелепин и др., 1985, 1992; Волков и др., 1987; Бондарко и др., 1999). В последние десятилетия были созданы отечественные таблицы, структура которых приближена к международным стандартам, но в форму опто-типов принципиальных изменений не было внесено (Проскурина и др., 1998; Росляков, 2001). Кроме того, для экспертной оценки остроты зрения в случаях, когда пациент пытается завысить или занизить свои показатели, были предложены специальные оптотипы и процедуры (Ко скин, 2009; Koskin et al., 2006), но их использование в повседневной врачебной практике затруднено.
Теоретически идеальными оптотипами для оценки остроты зрения являются протяженные (математически - бесконечные) синусоидальные решетки - стимулы с синусоидальным профилем светлоты/яркости, которые могут быть охарактеризованы одним параметром - пространственной частотой. Почти идеальными можно также считать ограниченные решетки, у которых амплитуда синусоиды снижается с удалением от центра по закону Гаусса - элементы Габора, имеющие в спектре Фурье один максимум на частоте решетки. Однако создавать приемлемые по качеству изображения такого типа на бумажных или пленочных носителях для массового применения проблематично. В то же время удобные в практическом отношении оптотипы - буквы, цифры, стилизованные изображения простых предметов - не очень подходят для теоретического рассмотрения, так как пока нет возможности удовлетворительно описать их преобразование и анализ в зрительной системе. Очевидно, что чем сложнее оптотипы, тем большее число нейронов и даже отделов зри-
тельной системы может вовлекаться в анализ их формы и распознавание. В общей схеме узнавания стимула на основе сравнения с образцом необходимо отразить существование нескольких путей обработки информации и разных локусов формирования и хранения образцов, из которых они берутся для сравнения. Таким образом, фактически, при использовании зрительных стимулов разного типа оценивается функционирование различных нейронных структур, что необходимо учитывать при анализе результатов.
В связи с этим большой интерес представляют относительно простые стимулы, как бы являющиеся промежуточными между синусоидальными решетками и стимулами сложной формы, например - двухградационные решетки с небольшим числом периодов и близкие к ним стимулы в виде стилизованной буквы Е в четырех ориен-тациях (tumbling-Е). Последние очень популярны во многих странах; широкое распространение эти знаки получили после того, как Тейлор сделал на их основе таблицу с пропорциональным дизайном для оценки зрения аборигенов Австралии, незнакомых с латинским шрифтом (Taylor, 1978).
Хотя теоретическому и экспериментальному исследованию восприятия различных оптотипов было посвящено немало работ, их результаты пока не позволяют однозначно судить о достоинствах и недостатках различных тестовых знаков. Это объясняется целым рядом факторов, как методических, так и принципиальных. К сожалению, разные исследования, как правило, настолько различаются в методическом отношении - по общей организации эксперимента, условиям измерений, числу и возрасту испытуемых, степени их знакомства с процедурой тестирования, - что сопоставление результатов весьма проблематично. Но еще более существенно представляются трудности принципиального характера, главной из которых, по-видимому, является необходимость проведения достаточно объемного комплекса измерений с варьированием многих параметров тестовых стимулов на одних и тех же испытуемых за относительно короткое вр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.