Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Ан-8 – советский газотурбинный военно-транспортный самолет

Ан-8 – первый специализированный отечественный газотурбинный военно-транспортный самолет, который несет 11 тонн полезной нагрузки и предназначен для транспортировки, а также парашютного десантирования техники и войск. Ан-8 имеет хорошие взлетно-посадочные характеристики, а также высокую проходимость на грунтовых аэродромах. Именно на нем была отработана схема транспортного лайнера, которая стала классической: шасси с малой колеёй в обтекателях по бортам фюзеляжа, высокоплан с двигателями, расположенными на крыле. В кормовой части фюзеляжа Ан-8 находится кабина стрелка, которая оборудована башней с пушками калибра 23 мм. Самолет Ан-8 снабжен в хвостовой части большим грузовым люком, который открывается в полете, высокопроходимым шасси. У самолета довольная интересная история.

История появления самолета Ан-8

В те годы американцы уже сделали прорыв: в серию ушел С-123, активно применялся транспортник С-119, в разработке был С-130 – еще один самолет с турбовинтовыми двигателями. В СССР таких специализированных транспортных самолетов пока что не было. Существовали чертежи, было описание на несколько проектов, они так и остались на бумаге.

История Ан-8 начинается с 1951 года, когда ОКБ Антонова подготовило эскизные чертежи и описание на самолет ДТ-5/8, десантно-транспортного прототипа с двумя турбовинтовыми двигателями, шасси высокой проходимости максимальной грузоподъемностью на восемь тонн, большим хвостовым люком для выполнения десантирования техники и войск. Устройство самолета было одобрено, ему присвоили название «П».

Для постройки опытного экземпляра в Киев приехали на подмогу специалисты из Москвы, Таганрога, Воронежа, Риги, Ленинграда. Олег Антонов, руководитель ОКБ, беспокоился, что у коллектива нет опыта по созданию таких воздушных машин. Поэтому он обратился к Ильюшину и Туполеву – прислать чертежи по Ил-28 и Ту-16, а также изучить их конструкцию непосредственно на серийных заводах. Чертежи и разрешение были получены. Конструкция пола была немного видоизменена по чертежам Роберта Бартини, создателя самолетов ДАР. В результате сроки разработки новинки существенно сократились, а предоставленные чертежи позволили избежать ошибок во время проектирования. В 1954 году эскизный проект был завершен.

Создание первого специализированного отечественного транспортника потребовала выполнения массы экспериментальных исследований. Ан-8 создавался в кооперации с несколькими авиазаводами. Основные работы – общая сборка и строительство фюзеляжа велись в Киеве, на опытном производстве. В 1956 году машину выкатили из цеха, а в воздух она поднялась 11 февраля. Первые полеты выявили недоработки и неполадки, которые нужно было исправлять и дорабатывать самолет. Во время испытаний был заменен двигатель ТВ-2Т на форсированный двигатель АИ-20Д.

Ан-8 пошел в серию на Ташкентском авиазаводе. С 1959 года самолет ста поступать в военные части. Самолет серийно производили по 1961 год, было собрано 151 самолет. Осваивали самолет весьма непросто. Из-за ошибок при пилотировании разбились пять машин за три года. Но Ан-8 демонстрировал хорошие технические характеристики: у него была возможность взлетать с раскисшей взлетно-посадочной полосы и «сложных» аэродромов.

Экспортная монополия Газпрома может быть разрушена

Президент Владимир Путин признался, что ему будет жалко отпускать главу МИД Сергея Лаврова и главу Минобороны Сергея Шойгу в Госдуму после парламентских выборов, если они примут такое решение. «Они на своем месте, хорошо работают», – отметил он.

«Жалко. Они на своем месте, хорошо работают. Коллеги просто обратились ко мне с просьбой, чтобы они возглавили список, демонстрируя, что все, что делает партия «Единая Россия», реально воплощается в жизнь, в том числе и усилиями этих людей», – признался глава государства, отвечая на соответствующий вопрос на пленарном заседании Восточного экономического форума (ВЭФ), передает ТАСС.

«Но решения должны приниматься ими, прежде всего. Они сами должны в конечном итоге принять это решение», – добавил он.

По итогам съезда «Единой России» 19 июня в общефедеральную часть списка партии по предложению президента России Владимира Путина вошли министр обороны России Сергей Шойгу, глава МИД России Сергей Лавров, главный врач городской клинической больницы № 40 в московской Коммунарке Денис Проценко, сопредседатель центрального штаба ОНФ Елена Шмелева и детский омбудсмен Анна Кузнецова.

Владимир Путин оценил пятерку «Единой России».

Политолог Оксана Гаман-Голутвина, оценивая лидеров федерального списка «Единой России» на выборах в Госдуму, заявила газете ВЗГЛЯД, что федеральную пятерку единороссов можно сравнить с «ансамблем», в котором персонифицирована система приоритетов страны.

«Министр обороны Сергей Шойгу и глава МИД Сергей Лавров демонстрируют эффективность в дипломатической и военной защите интересов России на внешнем контуре. Это люди более чем достойные. Современное общество крайне разнообразно с точки зрения ценностных ориентаций и политических предпочтений. Но Лавров и Шойгу, на мой взгляд, обладают колоссальным авторитетом во всех социальных стратах», – уверена Гаман-Голутвина.

В свою очередь политконсультант Алексей Куртов, комментируя утверждение списков кандидатов от «Единой России» в Госдуму, указал, что «сегодня люди хотят заботы, внимания, защиты и внятной политики на внешнем контуре. Этим и продиктовано появление в федеральной пятерке Шойгу, Лаврова, Проценко, Кузнецовой и Шмелевой».

В то же время политолог Алексей Мартынов сказал газете ВЗГЛЯД, что «Единой России» удалось привлечь в свой предвыборный список настоящих героев. «Героический министр обороны Шойгу, героический министр иностранных дел Лавров, герой борьбы с ковидом доктор Проценко. И единороссам удалось заполучить в свою федеральную пятерку этих «трех богатырей». … Не уверен, что те же Шойгу или Лавров в итоге станут парламентариями, но тот факт, что удалось уговорить их встать во главе федерального списка – это большая удача для «Единой России», – считает Мартынов.

Сам Шойгу назвал высочайшим доверием предложение президента Владимира Путина возглавить федеральную часть списка «Единой России» на выборах в Государственную думу. А Сергей Лавров заявил, что для него стало честью приглашение президента Владимира Путина принять участие в предвыборном списке «Единой России».

Технические характеристики самолета Ан-8

У самолета Ан-8 следующие технические характеристики:

  • Размах крыльев составляет 37 м.
  • Длина самолета составляет 30,7 м.
  • Высота составляет 10 м.
  • Площадь крыла составляет 117,2 кв. м.
  • Длина грузовой кабины составляет 11 м.
  • Ширина грузовой кабины составляет 3,6 м.
  • Высота грузовой кабины составляет 2,9 м.
  • Двигатель – 2хАИ-20Д.
  • Двигатель имел тягу 2х5180 э.л.с.
  • Масса пустого самолета – 24,3 т.
  • Нормальная взлетная масса составляет 38 т.
  • Максимальная взлетная масса составляет 41 т.
  • Максимальная полезная нагрузка – 40 парашютистов или 11 т.
  • Дальность полета с максимальной нагрузкой – 850 км.
  • Перегоночная дальность полета – 4410 км.
  • Максимальная скорость составляет 520 км/ч.
  • Крейсерская скорость составляет 450 км/ч.
  • Практический потолок составляет 9600 м.
  • Разбег составляет 775 м.
  • Пробег составляет 590 м.
  • Экипаж составляет 5-6 человек.

Оборудование

Бомбардировочное вооружение включает в себя осветительные авиабомбы: четыре ФОТАБ-100-80 на кассетных держателях в носовой части обтекателей шасси и шесть ЦОСАБ-10 на держателях в хвостовой части. В состав пушечного вооружения входят: кормовая башня с двумя 23-мм пушками АМ-23, электродистанционная система управления башней и прицельно-вычислительный блок.

В состав оборудования входили фотокамеры для дневных и ночных съёмок.

Десантно-транспортное оборудование обеспечивает размещение личного состава в грузовой кабине и парашютное десантирование, а также крепление грузов и техники и их сброс. Погрузка и разгрузка самоходной техники производятся своим ходом с использованием грузовых трапов (перевозятся на борту), несамоходной — с использованием тросовой системы при помощи тягача или электролебёдки, находящейся вне самолёта.

Особенности конструкции Ан-8

  1. Ан-8 построен по схеме свободнонесущего высокоплана. Цельнометаллическая конструкция, фюзеляж типа полумонокок. Крыло трапецевидное в плане, прямое, двухлонжеронное. Механизация крыла включает двухсекционные элероны и двухщелевые закрылки.
  2. Шасси с носовой управляемой стойкой, трехопорное, убирается в фюзеляж.
  3. Силовая установка включает 2 турбовинтовых двигателя АИ-20Д. Расход топлива у самолета существенный. Для того, чтобы компенсировать расход топлива в 20 крыльевых топливных баках размещается запас топлива на 13080 л.


Падение сразу после старта

10 августа произошла еще одна катастрофа — на этот раз в Иране. Самолет Антонов AН-140 компании Sepahan Airlines упал вскоре после взлета из аэропорта Тегерана. 39 пассажиров, которые направлялись в Тебес, погибли, включая семерых детей. Девять человек сумели выжить. Причиной падения считается отказ мотора. Авиапарк Ирана из-за санкций стран Запада устарел.

  • Трагический полет: авиакатастрофы 2014 года
  • Ссылки

    • Гидросамолёты Ан-4
      Пассажирские и грузо-пассажирские Ан-10 • Ан-24 • Ан-28 • Ан-38 • Ан-140 • Ан-148 • Ан-158
      Специального назначения Ан-6 • Ан-30 • Ан-71
      Транспортные и военно-транспортные Ан-8 • Ан-12 • Ан-22 «Антей» • Ан-26 • Ан-32 • Ан-34 • Ан-70 • Ан-72 • Ан-74 • Ан-74ТК-300 • Ан-178 • Ан-124 «Руслан» • Ан-225 «Мрия»
      Экспериментальные Ан-714 • • Изделие 181 • ЛЕМ-2 • Э-153
      Проекты А-6 • • Ан-3 • Ан-16 • Ан-20 • Ан-25 • Ан-30 • Ан-40 • Ан-42 • Ан-44 • Ан-50 • Ан-50 • Ан-77 • Ан-88 • Ан-112 • Ан-122 • Ан-128 • Ан-132 • Ан-142 • Ан-168 • Ан-170 • Ан-171 • Ан-180 • Ан-188 • Ан-218 • Ан-325 • Ан-Бк-1_«Горлиця» • ДТ-5/8 • • • Пчела • • СКВ •
      Планёры А-1 • А-2 • А-3 • А-7 • А-9 • А-10 • А-11 • А-13 • А-15 • А-40 • БА-1 • БС-3 • БС-4 • БС-5 • Голубь • Город Ленина • ДиП • ИМ-1 • ИП-2 • М-1 • М-2 • М-3 • М-4 • М-5 • М-6 • ОКА-1 • ОКА-2 • ОКА-3 • ОКА-5 • ОКА-7 • ОКА-8 • ОКА-9 • ОКА-12 • ОКА-14 • ОКА-21 • ОКА-23 • ПС-1 • ПС-2 • Рот Фронт-1 • Рот Фронт-2 • Рот Фронт-3 • Рот Фронт-4 • Рот Фронт-5 • Рот Фронт-6 • Рот Фронт-7 • Рот Фронт-8 • РЭ-1 • РЭ-2 • РЭ-3 • РЭ-4 • РЭ-5 • РЭ-6 • Стандарт-1 • Стандарт-2 • УС-1 • УС-2 • УС-3 • УС-4 • УС-5 • УС-6 • Шесть условий
      СЛА

    Примечания

    1. [aviation-safety.net/database/dblist.php?field=typecode&var=040%&cat=%1&sorteer=datekey&page=1 Aviation Safety Network > ASN Aviation Safety Database > ASN Aviation Safety Database results]
    2. [aviaros.narod.ru/an-8.htm Ан-8]
    3. [www.airdisaster.ru/database.php?id=893 Катастрофа Ан-8 Министерства судостроительной промышленности СССР близ Братска (борт СССР-48094), 30 августа 1977 года. // AirDisaster.ru — авиационные происшествия, инциденты…]
    4. [war.airdisaster.ru/database.php?id=19 Катастрофа Ан-8 близ Ступино, 30 марта 1978 г. // AirDisaster.ru — Авиационные происшествия, инциденты и авиакатастрофы военной авиации в СССР и России]
    5. [www.airdisaster.ru/database.php?id=892 Катастрофа Ан-8 завода им Октябрьской Революции в а/п Домодедово (борт СССР-69314), 09 августа 1979 года. // AirDisaster.ru — авиационные происшествия, инциденты и авиакатастр…]

    9К720 Искандер-М

    Оперативно-тактический ракетный комплекс 

    9К720  «Искандер-М» разработан КБ машиностроения (г.Коломна) в инициативном порядке по распоряжению главного конструктора С.П.Непобедимого и под его руководством в 1987 г. Постановление Совета министров СССР о финансировании работ по проектированию комплекса вышло в 1988 г.

    Разработка комплекса велась с использованием наработок по комплексам «Точка», «Ока», «Ока-У» и «Волга». Так же, вероятно, комплекс создавался с учетом результатов НИР «Волна» по исследованию концепции многофункционального ракетного комплекса сухопутных войск модульного типа. Истоки разработки комплекса относятся к НИР «Искандер», проводившейся с 1978 г. По теме НИР велась проработка возможности размещения двух ракет типа 9М79 «Точка» на самоходной пусковой установке комплекса 9К714 «Ока».

    Разработка самоходных пусковых установок велась ЦКБ «Титан». В 1991-1997 г.г. с прототипов пусковых установок комплекса велись испытания прототипов ракеты 9М723. Всего произведено более 10 пусков. По состоянию на апрель 2004 г. в рамках Государственных испытаний произведено 10 пусков. Государственные испытания успешно завершены в 2004 г. Комплекс 9К720 «Искандер-М» принят на вооружение в усеченном составе в 2004 г. и в 2005 г. комплекс начал поступать в строевые части (630-й ОРДН 60-го Центра боевого применения, Капустин Яр).

    В 2006 г. комплекс 9К720 «Искандер-М» в полном составе принят на вооружение ВС России с баллистическими ракетами типа 9М723. Передача вооруженным силам бригадных комплектов ракетных комплексов начато в 2013 г. Завершение перевооружения вооруженных сил России на ракетные комплексы «Искандер-М» планируется завершить к 2020 г.

    Самоходная пусковая установка 9П78-1 комплекса 9К720 «Искандер-М» с ракетами 9М723, 2004 г. (фото — Леонид Якутин, http://vpk-news.ru).

    Ракеты 9М723 производятся на Воткинском заводе, самоходные пусковые установки и ТЗМ — ПО «Баррикады»  (г.Волгоград), шасси — Минский Завод Колесных Тягачей (г.Минск, Белоруссия). Начиная с 2014 г. кроме баллистической ракеты 9М723 комплекс комплектуется и крылатой ракетой 9М728.

    Ракетные комплексы «Искандер-М» в ВС России

    Первые образцы серийных ракетных комплексов 9К720 «Искандер-М» получены 630-м отдельным ракетным дивизионом (ОРДН) центра боевого применения (Капустин Яр) в 2005 г. Комплектация 630-го ОРДН комплексами завершена в 2007 г. В 2009-2012 г. после перевооружения серийного производства начало производство ракетных комплексов бригадными комплектами, которые по два комплекта в год передавались вооруженным силам. К 2012 г. на новые ракетные комплексы перевооружена первая войсковая ракетная бригада — 26-я Неманская Краснознаменная ракетная бригада 6-й армии (г. Луга). В период 2013-2018 г.г. на «Искандеры-М» перевооружены еще как минимум 12 бригад ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск ВС России. Завершение перевооружения планируется к 2020 г.

    Состав бригадного комплекта комплекса

    Бригадный комплект образца 2014-2018 г.г. включает в себя: — 12 пусковых установок 9П78-1 — 12 транспортно-заряжающих машин 9Т250 — 11 командно-штабных машин 9С552 — 14 машин жизнеобеспечения 2Т248 — 1 машина регламента и технического обслуживания — 1 пункт подготовки информации 9С920

    Всего 51 единица техники. Так же бригада комплектуется боекомплектом баллистических ракет 9М723-1 и крылатых ракет 9М728, арсенальным комплектом, учебно-тренировочными средствами.

    В состав ракетной батареи комплекс 9К720 входят: — 2 пусковых установки 9П78-1 — 1 транспортно-заряжающая машина 9Т250 — 1-2 командно-штабных машин 9С552 — 1 машина обеспечения боевого дежурства 2Т248 — средства охранения.

    ТТХ ракетного комплекса 9К720 «Искандер-М»

    Баллистическая ракета 9М723:
    Длина ракеты - 7280 мм
    Диаметр корпуса ракеты - 920 мм
    Масса ракеты - 4615 кг
    Масса БЧ - 720/800 кг (по разным данным)
    Дальность действия - 480 км
    Скорость полета - 2100 м/с
    Высота траектории максимальная - 50 км
    КВО - 5-30 м
    
    Крылатая ракета 9М728:
    Длина ракеты - не более 7400 мм
    Диаметр корпуса ракеты - 514 мм 
    Масса ракеты - не более 2300 кг
    Масса БЧ - 480 кг
    Дальность действия - 490 км 
    Скорость полета - 180-240 м/с 
    Высота траектории максимальная - 150-500 м 
    КВО - 5-30 м
    
    Пусковая установка 9П78-1:
    Колесная формула
    - 8 х 8 (первые две оси поворотные) Длина - 13070 мм Ширина - 3070 мм Высота - 3290 мм Дорожный просвет - 400 мм Масса полная - 43200 кг Грузоподъемность МЗКТ-79305 - 25000 кг Скорость по шоссе - 70 км/ч Скорость по грунтовой дороге - 40 км/ч Скорость по пересеченной местности - 20 км/ч Глубина преодолеваемого брода - 1.4 м Запас хода по топливу - 1000 км Расчет - 3 чел (2 чел ТЗМ) Сектор пуска ракет - 180 градусов

    Самоходная пусковая установка 9П78-1 ракетного комплекса 9К720 «Искандер-М» с ракетой ракетой 9М723, 2016 г. (http://smitsmitty.livejournal.com/)


    Боевое оснащение

    Баллистические ракеты 9М723 комплекса 9К720 "Искандер-М" могут оснащаться следующими типами боевого оснащения:
    - ядерная боевая часть (БЧ) малой мощности разработки ВНИИЭФ
    - осколочно-фугасная БЧ
    - фугасно-зажигательная БЧ
    - кассетная БЧ 9Н722К5 
    
    Крылатая ракета 9М728 комплекса 9К720 "Искандер-М" оснащается предположительно кассетной боевой частью. 
    

    Пуски крылатых ракет 9М728 комплекса 9К720 «Искандер-М», полигон Капустин Яр, 11 октября 2016 г. (http://smitsmitty.livejournal.com)

     

    Система управления и наведение

    Баллистическая ракета 9М723:
    Система управления ракеты автономная инерциальная разработки ЦНИИАГ (г.Москва). Система управления построена на базе гиростабилизированной платформы (ГСП) и цифровой ЭВМ (аналог ДАВУ ОТР "Точка"). При использовании ракет с ГСН, БЦВМ инерциальной системы управления ракеты корректирует траекторию по данным ГСН. 
    Ракета управляется на всей траектории полета с помощью  аэродинамических и газоструйных рулей, а так же с помощью маневровых газодинамических двигателей . 
    
    Крылатая ракета 9М728:
    Система управления ракеты инерциальная с коррекцией траектории на участках коррекции методом сличения цифровой карты местности с данными радиовысотомера.
    Ввод прицельных данных в ракеты происходит автоматически при нахождении ракет в горизонтальном положении внутри СПУ. Ввод данных о цели занимает мало времени и до старта данные о цели могут быть скорректированы по информации от внешнего источника. 
    
    

    Модификации:

    Ракетный комплекс 9К715 «Искандер» — прототип ракетного комплекса «Искандер-М», который разрабатывался в 1987-1991 г.г.

    Ракетный комплекс 9К720 «Искандер-М» — основной вариант ракетного комплекса с двумя ракетами — баллистическими 9М723 или крылатыми 9М728.

    Ракетный комплекс 9К720М1 «Искандер-М1» — вариант ракетного комплекса с  пусковой установкой 9П701, которая позволяет применять 4 крылатых ракеты 9М729.

     

    «Новый оборонный заказ. Стратегии»

    Продукция

  • Авиационные модульные управляемые ракеты малой дальности типа Х-38МЭ предназначены для поражения широкой номенклатуры бронированных, прочных, легкоуязвимых наземных одиночных и групповых объектов, а также надводных объектов в прибрежной полосе.

    Представленный модульный ряд ракет обеспечивает расширенные боевые возможности при действиях по широкому спектру целей за счет возможности использования различных типов систем наведения и различных боевых снаряжений.

    Системы наведения ракет:

    • Х-38МЛЭ — инерциальная + полуактивная лазерная
    • Х-38МТЭ — инерциальная + тепловизионная.

    Боевая часть может оснащаться боевым снаряжением с осколочно-фугасной боевой частью (ОФБЧ) или проникающей боевой частью (ПрБЧ).

    В комплект поставки партии авиационных модульных управляемых ракет малой дальности входят следующие варианты ракет:

    • боевая ракета
    • макет ракеты габаритно-массовый
    • учебно-действующая ракета
    • инертная ракета
    • учебно-разрезная ракета
    • учебно-летная ракета

    В комплект поставки также входят:

    • комплект эксплуатационной документации
    • комплект групповой ЗИП на 10 лет
    • комплект ЗИП одиночный.

    Наземная эксплуатация ракет обеспечивается комплексом подготовки авиационных средств поражения «Ока-Э-1».

    Производитель: АО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение»

    Основные тактико-технические характеристики

    Дальность пуска, км

    3 — 70

    Скорость полета, число М, не более

    2,2

    Угол пеленга цели в горизонтальной плоскости в момент пуска, градус

    ±80°

    Вероятность поражения цели (без противодействия/при противодействии)

    0,8/0,6

    Срок службы, лет

    10

    Назначенный ресурс (самолет/вертолет):

    по взлетам-посадкам, шт.

    15/30

    по налету под носителем, ч

    75/75

    по наработке аппаратуры, ч

    90/90

    Масса боевой части, кг

    до 250

    Взрывательное устройство

    контактное

    Двигатель

    Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ)

    Стартовая масса ракеты, кг, не более

    520

    Длина х диаметр корпуса х размах крыла ракеты, м

    4,2х0,31х1,14

    Носители

    самолеты, вертолеты

    Размещение ракет

    на авиационных пусковых устройствах АКУ или АПУ

    Условия пуска:

    диапазон высот пуска, м

    200-12000

    диапазон скоростей пуска, м/с

    15-450



  • Оперативно-тактический ракетный комплекс 9К714 Ока

    В состав комплекса входят:

    • ракета 9М714;
    • пусковая установка (ПУ) 9П71 (фото1, фото2, фото3, фото4, фото5)
    • транспортно-заряжающая машина ТЗМ 9Т230 ;
    • транспортная машина 9Т240 ;
    • контрольно-проверочная машина 9В69;
    • вспомогательное оборудование.

    9М714 — твердотопливная одноступенчатая ракета с отделяемой боевой частью. Корпус ракеты изготовлен из армированного углепластика с термозащитным покрытием. Боевые части — различного типа (ракета 9М714 могла оснащаться в т.ч. и ядерной боеголовкой мощностью в 10-50 килотонн). Ракета с обычной БЧ имела индекс 9М714К, с ядерной 9М714В. Стыковка ракетной части с головной частью была выполнена на специальных защелках с фиксаторами, которые при отделении головной части перешибались пиропатронами. Смена головных частей производилась на стартовой позиции за 15 минут. Ракета 9М714 оснащена турбо-генераторным источником питания.

    Система управления ракеты автономная, инерциальная, с бортовым цифровым вычислительным комплексом. Командно-гироскопический прибор представляет собой гиростабилизированную платформу, где в качестве датчиков угла используются ДУСУ — датчики угловых скоростей и ускорений, а в качестве датчиков боковой скорости, а так же для начального горизонтирования платформы используются НИС — нуль-индикаторы скорости. В нижней части платформы расположена призма, при помощи которой осуществляется точное прицеливание ракеты. Смысл процесса прицеливания заключается в совмещении плоскости полёта ракеты, которая является плоскостью прицеливания, с направлением на цель. Прицеливание «Оки» происходит в горизонтальном положении ракеты и представляет собой разворот гиростабилизированной платформы командно-гироскопического прибора на рассчитанный угол. До старта система управления ракеты сопряжена с навигационным комплексом ПУ. Прицеливание осуществляется в два этапа. На первом этапе серводвигателем производится разворот платформы на угол, представляющий собой разницу между дирекционным углом направления заезда пусковой установки (совпадает с осью ракеты) и дирекционным углом в направлении цели. На втором этапе осуществляется точный доворот платформы относительно ближайшей грани призмы командно-гироскопического прибора. После старта ракета отрабатывает введённый угол, разворачиваясь в полёте в направлении цели. Сектор стрельбы для «Оки» составляет 180°, то есть ракета может развернуться после старта в направлении цели на угол до 90° влево или вправо.

    На начальнoм учаcтке тpаектopии ракета 9М714 pазвивала cкopocть в 4 pаза пpевышающую cкopocть звука. Управление на начальном участке траектории осуществлялось поворотом сопел двигателя и решетчатыми аэродинамическими рулями в хвостовой части ракеты. Выcoта баллиcтичеcкoй тpаектopии в наивыcшей тoчке дocтигала 120 км. Cиcтема управления пoзвoляла упpавлять пoлетoм pакеты на вcем егo пpoтяжении, отделение головной части происходило на нисходящем участке траектории в плотных слоях атмосферы. На нисходящем участке траектории скорость полета ракеты достигала 10М, при этом головная часть после отделения падает на цель практически вертикально. Высокая траектория, большая скорость полета и наличие комплекса средств преодоления ПРО делало задачу перехвата ракеты 9М714 практически невыполнимой.

    Комплекс «Ока-У» мог использоваться в составе разведывательно-ударного комплекса, в этом случае целеуказание на пусковую установку поступает непосредственно с источника разведывательной информации (например, самолета дальней радиолокационной разведки), что позволяет производить оперативное перенацеливание ракеты.

    Наpяду c вышеперечисленным отличительными особенностями «Оки» являлись: малoе вpемя подготовки к пуску, автoнoмнocть бoевыx cpедcтв, выcoкая cтепень автoматизации пpедпуcкoвoй пoдгoтoвки, дocтатoчнo выcoкая эффективнocть пpименения неядеpнoгo бoевoгo ocнащения.

    ПУ 9П71 и ТЗМ 9Т230 однотипны, выполнены на самоходном шасси БАЗ-6944. В передней части корпуса БАЗ-6944 расположена кабина управления, за ней — моторный отсек, остальную часть корпуса занимает грузовое отделение. В моторном отсеке установлен V-образный дизельный двигатель УТД-25 мощностью 400 л.с. Крутящий момент от двигателя к колесам передается посредством трансмиссии, реализующей бортовую схему раздачи потока мощности. Трансмиссия состоит из пятиступенчатой гидромеханической передачи, двухступенчатой раздаточной коробки с межбортовым дифференциалом, карданных передач, бортовых передач и колесных редукторов. В схему трансмиссии включен также дифференциальный механизм, исключающий жесткую кинематическую связь между колесами передней и задней тележек каждого борта. Машина имеет восемь ведущих колес с широкопрофильными шинами переменного давления. Подвеска всех колес независимая торсионная. Колеса первой и второй пар — управляемые. Автомобиль способен преодолевать водные преграды. Движение машины на плаву осуществляется за счет работы двух водометных движителей.

    Все стартовое оборудование находилось внутри боевых машин. Средства связи и топопривязки, система прицеливания и испытательно-пусковое оборудование обслуживалось расчетом из 3-х человек. Система навигации и топопривязки в кабине выведена на планшет, где местоположение пусковой установки указывается пересечением двух линий, а координаты высвечиваются на табло. Готовность к пуску с марша составляла менее 5 минут. Подъем ракеты в вертикальное положение осуществляется за 20 секунд. Работа бортовой аппаратуры и гидравлики пусковой установки была возможна как от маршевого двигателя, так и от отдельного дизельного агрегата питания, расположенного над третьей осью, который через муфту был соединен с гидронасосом. При неработающем двигателе или в аварийной ситуации для открывания верхних створок ракетного отсека и подъема направляющей без ракеты можно было воспользоваться ручным гидравлическим насосом.

    Перевозка ракеты осуществлялась с помощью транспортной машины 9Т240 в специальном контейнере 9Я249 отдельно от боевой части. Для перевозки боевой части использовался контейнер 9Я251.

    Самоходный ядерный миномет 2Б1 «Ока»

    Холодная война подтолкнула оборонную промышленность СССР к созданию нового оружия. Ведь после Второй мировой войны начался передел мира, и нужны были веские аргументы, чтобы «отжать побольше». Весной 1953 года на военном полигоне в Неваде американцы провели первые испытания пушки Т-131 (М65), прозванной «Атомная Энни». Во время испытания американская пушка сумела произвести выстрелы 280-миллиметровыми ядерными фугасами на расстояние около 25-28 км. При этом время полета снаряда составляло около 25 секунд. Работа над этим оружием проводилась в течение нескольких лет. Естественно, СССР не мог не отреагировать на подобное.

    В ноябре 1955 года Совет министров Советского Союза издал секретный указ, по которому Коломенскому и Кировскому машиностроительным заводам было поручено создать два типа артиллерии: 406-мм самоходную артиллерийскую установку 2А3 «Конденсатор-2П» и 420-мм самоходный миномет 2Б1 «Ока». Оба они были способны стрелять снарядами с «ядерной» начинкой. Разработка была полностью секретной.

    M65 (T131) «Атомная Энни»

    Инженерам поручили создать миномет, который был способен стрелять «ядерными снарядам» весом 750 килограммов на расстояние до 45 километров. Кроме того, мортира должна была иметь достаточную надежность для «поддержания работоспособности на протяжении большого количества выстрелов». На самом же деле в условиях ядерной войны от этого оружия не потребовалось бы более одного выстрела.

    Помимо прочего, крайне важной была мобильность подобной наземной артиллерийской установки, способной стрелять ядерными снарядами. Создание шасси началось на Кировском заводе, который имел большой опыт создания уникального гусеничного оборудования. Основой массивной самоходки 2Б1 «Ока» было самое мощное на то время шасси танка ИС-5, которое также использовалось для создания танков ИС-10 и Т-10.

    Сердцем установки стал дизельный двигатель с турбонаддувом V-12-6B мощностью 750 л.с. Тяговооруженность составляла почти 12 лошадиных сил на тонну. Однако из-за слишком большого веса получившейся самоходки (55 тонн) даже этот мощный двигатель не был всесильным, и максимальный диапазон пробега составлял всего около 200 км.

    «Ока». Фотография Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи в Санкт-Петербурге

    Для разработки как «Конденсатора-2П», так и «Оки» было запланировано унифицированное шасси. Это было связано с советской стандартизацией и отсутствием более мощных двигателей и ходовой части. Опоры для самоходной установки были оснащены эксклюзивными торсионными амортизаторами.

    Миномет 2Б1 «Ока» с 20-метровой пушкой калибра 420-мм  выглядел впечатляюще. Зарядка орудия осуществлялась с бокового затвора. Все устройства, предназначенные для обработки энергии отдачи после выстрела, имели крайне ограниченную пригодность (их нужно было менять чуть ли не после каждого выстрела). Корпус и ходовая часть, по сути, играли роль демпфера отдачи. Скорость стрельбы из орудия по техническим характеристикам составляла 12 выстрелов в час, но на деле же – 1 выстрел за 10,5 минут.

    420-мм самоходный миномет 2Б1 «Ока» и его снаряд в Санкт-Петербургском артиллерийском музее

    В 1957 году, пройдя все испытания, самоходные минометы 2Б1 «Ока» приняли участие в параде в честь юбилея Октябрьской революции на Красной площади. Однако в ходе реальных испытаний было выявлено много системных дефектов, но они были скрыты по вполне понятным причинам.

    Всего на Кировском заводе было собрано четыре самоходных миномета 2Б1 «Ока». Во время демонстрации только один человек, водитель-механик, управлял самоходной установкой. Остальная команда из шести человек следовала за ним в бронетранспортере или другом транспортном средстве.

    На параде на Красной площади присутствовали журналисты, корреспонденты зарубежных газет и журналов. Демонстрация монструозного ядерного миномета вызвала настоящую сенсацию среди присутствующих. Запад «напрягся». Однако некоторые иностранные журналисты предположили, что эта артиллерийская установка — фикция, призванная создать только «вау-эффект».

    420-мм самоходный миномет 2Б1 «Ока» в Санкт-Петербургском артиллерийском музее

    На самом деле, было сделано довольно много снимков 420-мм самоходной установки «Ока», однако она не была готова к использованию в реальном бою. Огромный вес (55 тонн) отрицательно сказывался на ходовых качествах. Инженеры в течение длительного времени не могли устранить основные проблемы в ходовой части. Спустя три года после демонстрации на Красной площади по заказу Совета министров, 4 прототипа 2Б1 «Ока» были сняты с эксплуатации.

    2B1 Oka, вид сзади

    Причиной этого стали не только проблемы в ТТХ и обслуживании. За это время тактические ракетные носители 2К6 «Луна» сильно продвинулись в развитии и уже могли похвастаться намного лучшими характеристиками. Также самоходные минометные установки были банально дороже, чем самоходные ракетные установки. Сочетание этих факторов способствовало тому, что «Ока» была снята с вооружения, и осталась только в музеях.

    Лодка Ока-4: технические характеристики

    Каковы технические характеристики лодки Ока-4?

    Моторизированная лодка была сконструирована и произведена на Горьковском авиазаводе им. Орджоникидзе. В первых моделях, «Ока» имела небольшой угол килеватости, всего 6о, что сказывалось на ее устойчивости.

     Загрузка …

    При толщине обшивки в 1.5мм, ее прочность оставляла желать лучшего, особенно во время глиссирования. Но уже с приходом модели лодки «Ока-4», все характеристики плавательного средства стали лучше.

    Описание

    Судно имеет алюминиевый клепанный корпус. За счет пенопластового наполнения по бортам лодки, она имеет отличные показатели непотопляемости. В комплектации идет складной тент, который при желании можно снимать.

    Ока оснащена ветровым стеклом для защиты от прямого ветра и попадания брызг на водителя. В кокпите имеются мягкие сиденья для размещения 4 пассажиров. Под сиденьями оборудованы рундуки.

    Рядом с транцем, возможно, поместить пару баков с горючим. Габариты кокпита 2м 20см на 1м 34см, вполне позволяют размещаться на судне с комфортом. Описываемое судно имеет три различные модификации, которые можно различить по общей массе:

    1. Имеющие стандартную комплектацию, при массе 190 кг.
    2. Оборудованные жесткими сиденьями с массой 171кг.
    3. С сидушками без спинок 152 кг.

    Технические характеристики

    Данная модель считается бюджетным вариантом. Судно содержит минимальную комплектацию. Исходя из данного фактора, лодка «Ока-4» доступна по цене многим покупателям и потому пользуется не плохим спросом.

    1. Максимальные показатели длины судна – 4м 25см.
    2. Максимальные показатели ширины – 1м 48см.
    3. Борта, высотой – 71см.
    4. Килеватость днища – 14о.
    5. Высота в области транца – 38см.
    6. Масса загруженной лодки – 190кг.
    7. Максимальная грузоподъемность – 400кг.
    8. Экипаж – 4 человека.
    9. Мощность двигателя – 30 л.с.

    При такой килеватости днища, судно гарантированно показывает отличные показатели мореходности на реках, озерах и в зонах, находящихся не далеко от берега.

    Достоинства лодки «Ока-4»

    Судно может эксплуатироваться с навесным двигателем «Нептун-23», который обладает достаточной мощностью для совершения поездок с имеющимися пассажирами на борту. Общее количество пассажиров не должно превышать четыре человека.

    Способность лодки, противостоять волнению воды до 2 метров, пользователи говорят о ее хорошей мореходности. Проводя сравнение между «Казанкой-2» и «Ока-4», первая практически во всем проигрывает второй.

    Конструкторы постарались над созданием внутренней планировки судна. На «Оке-4» имеются комфортные сидушки для размещения пассажиров. Под ними оборудовали объемные рундуки для складирования в них различных мелких деталей, которые могут пригодиться при эксплуатации или во время ремонта лодки.

    На полах лодки расположились решетчатые пайолы, выполненные из дерева. Они съемные и при желании с легкостью могут демонтироваться для расширения пространства либо простой уборки судна.

    Возле транца, есть место для размещения баков с топливом. Укомплектовав лодку сорока литрами горючего, можно совершать путешествия на дальние расстояния, не беспокоясь о дозаправке. В передней части судна также есть место для хранения вещей.

    Недостатки

    Лодка «Ока-4», как и любое другое судно подобного типа, имеет свои недостатки. Основным, можно считать – разрушение металлических деталей, коррозией. Этому подвержены следующие детали:

    • Планшир.
    • Стрингеры.
    • Продольные реданы.
    • Спинки сидений.

    Все перечисленные комплектующие части изготавливаются из металлического уголка, который не подвергался дополнительным обработкам от продуктов ржавления. В результате чего железные части расслаиваются и начинают образовывать трещины и дыры.

    Чтобы такого не происходило, судно подвергают постоянному тщательному осмотру, и все проблемные места обрабатывают средством от ржавчины и покрывают краской. В противном случае, детали будут подвержены замене.

    Еще одним недостатком лодки «Ока-4», который нельзя обойти вниманием, является плохая защищенность от брызг. Во время хода судна навстречу волне, все вода летит через ветровое стекло и попадает в кокпит, что может вызывать неудобство. Но, несмотря на такой недостаток, судно имеет лучшие показатели в мореходности и скоростных показателях, если проводить сравнения между подобными лодками.

    Планировка кокпита хотя и обладает определенной долей комфорта, но и не лишена недостатков. Один из таких – это фронтальное сиденье, размещенное на всю ширину судна. Для того чтобы перебраться из носовой части к мотору, необходимо преодолеть это препятствие.

    Вторым, и также немаловажным минусом, является подготовка места для ночлега. Для этого необходимо поработать над сиденьями и их спинками, что представляет собой процесс, требующий времени и затрат энергии.

    Заключение

    Из приведенной статьи можно судить о технических характеристиках и качестве лодки «Ока-4». Если эксплуатировать плавательный транспорт, соблюдая определенные правила ухода, то такая модель сможет послужить долгую службу.

    Мотолодка Ока-4

    Доставочку заказывали, или теперь и в Индии есть Ока. — Не теряйте мужества


    Prithvi-II на выставке (кликабельно)

    Это я про Оку в том смысле, что ТТХ наконец-то вроде бы прошедшего окончательные испытания ОТРК Prithvi-II (на вооружение они поступают уже полтора десятка лет, если не больше — но пуски идут с переменным успехом, с тенденцией к улучшению) весьма напоминают мне таковые для нашей Оки, павшей жертвой инжекторных двигателей.* Действительно, от 500 до 1000 кг на расстояние 300-350км — практически те же характеристики. Что, впрочем, и неудивительно, — это такой весьма востребованный диапазон дальностей и нагрузок, определяемый глубиной развертывания современных войск с одной стороны — и с теми габаритами спецБЧ, которые сумели сделать индийские инженеры.



    Правда, насколько я понимаю, по кадрам пуска ракеты в отличие от твердотопливной Оки — индийская Prithvi летает на несимметирчном диметилгидразине и тетроксиде азота (характерные желтые клубы в первые секунды запуска двигателей — и совершенно бездымное прозрачное пламя в полете) — нет, энергетика этой смеси наверняка превосходит лучшие индийские твердотопливные смеси, но мобильная ракета с ЖРД? Единственное, что приходит в голову — ракету заранее готовят к преодолению ПРО, а управлять ЖРД не в пример проще, чем ТТРД. Можно здорово попортить крови зенитчикам противника, не позволяя им предугадать траекторию полета ракеты. Но это, конечно, мои предположения.

    на полигоне (кликабельно)
    Габариты, конечно, чуть побольше вышли — длина девять с хвостиком метров и диаметр в метр — но это, повторюсь, к физикам-ядерщикам вопросы (индусы говорят про конвенциональные БЧ тоже, но это, скорее, так. Для приличия). В целом же ракета представляет собой довольно интересный образец вооружений, причем разработана она целиком и полностью в Индии.

    Существует проект и создания ракеты Prithvi-III, у которой вот эта ракета будет установлена на твердотопливную бочку первой ступени — что позволит, в итоге, стрелять уже на 600-700 километров. В общем, я Пакистан и Китай не поздравляю, Индия активно формирует гамму средств доставки, перекрывающую все потребности национальной обороны.


    * — нет, я не сошел с ума и не перегрелся. Именно появление инжекторных двигателей (их экономичность по ср. с карбюраторными) обрушило спрос на бензин и цены на нефть в начале 80-х, что поставило СССР в крайне невыгодное положение и вынудило подписывать совершенно самоубийственные соглашения под гарантии получения кредитов. Которые отдавать было уже нечем…

    Клинические характеристики и характеристики подбора линзы с мультикривизной для лечения кератоконуса

    Цель: Оценить клинический исход и характеристики подбора многокривых линз при кератоконусе у корейской популяции.

    Методы: Шестьдесят глаз с кератоконусом были снабжены линзами с несколькими кривыми на основе топографического индекса и картины флуоресцеина при биомикроскопии с щелевой лампой.Трехточечный контакт применялся на 59 глазах, а апикальный клиренс применялся на глазу со стойким дефектом эпителия. Средний срок наблюдения составил 11,4 месяца. Оценивали остроту зрения, комфортность, ослепляемость, время ежедневного ношения контактных линз, а также изменение топографических показателей после примерки. Связь между радиусом базовой кривой (BCR) и топографическими индексами анализировалась наряду с зависимостью между BCR и радиусом периферийной кривой.

    Результаты: Всего 71.6% глаз достигли остроты зрения 20/30 или выше. Более плоский BCR был связан с лучшей остротой зрения. 94% пациентов перенесли примерку, и 85% из них сообщили о полном комфорте. Среднее ежедневное время ношения составило 11,9 часов. Четыре глаза сообщили о бликах. Изменение Sim K во время наблюдения не было статистически значимым. Предварительная установка Sim Kmax и средняя Sim K были в значительной степени связаны с BCR. Средние различия между BCR и радиусом первой периферической дуги составили 1.06 +/- 0,21 мм при BCR менее 6,00 мм и 0,81 +/- 0,2 мм при BCR более 6,00 мм. Эти различия были статистически значимыми.

    Выводы: Индивидуальная настройка линз с несколькими кривизнами позволила пациентам с кератоконусом комфортно носить контактные линзы и, по-видимому, не усугубляла прогрессирование кератоконуса. Sim Kmax и взаимосвязь между BCR и радиусом первой периферийной кривой кажутся полезной информацией для оптимизации характеристик линзы с несколькими кривыми.

    Компьютеризированный подход к характеристикам пропускания и поглощения человеческого глаза

    CIE 203:2012 (включая опечатки)

    Уже давно существует потребность в серии эталонных данных о спектральной передаче и поглощении человеческого глаза для применения в исследованиях зрения и исследованиях оптической безопасности. TC 6-15 собрал спектральные данные из литературы и определил из этой литературы наилучшую форму для зависимости от длины волны пропускания и поглощения компонентов человеческого глаза.После критического анализа данные были скомпилированы в табличной форме в компьютерно-доступных файлах данных с разделителями-запятыми. Табличные данные состоят из данных пропускания и поглощения прозрачных сред глаза, включая роговицу, водную среду, хрусталик и стекловидное тело молодого (< 10 лет) человеческого глаза и глаза-резуса для диапазона длин волн 200 нм до 2500 нм. Данные о пропускании всей прозрачной среды глаза человека в диапазоне длин волн от 300 до 700 нм и в возрасте от 1 года до 100 лет также представлены в таблице.Эти данные могут быть загружены читателями настоящего технического отчета с веб-сайта CIE.
    Эта публикация исправляет и заменяет CIE 203:2012 «Компьютеризированный подход к характеристикам передачи и поглощения человеческого глаза».

    Включена опечатка, которая показывает исправленные уравнения 4 и 5, а также 2 изменения в формулировках в Разделе 4.6 (можно загрузить отдельно здесь).

    Публикация написана на английском языке с кратким содержанием на французском и немецком языках. Он состоит из 66 страниц с 23 рисунками и 9 таблицами и доступен в национальных комитетах CIE или в интернет-магазине CIE.
    Опечатки можно бесплатно загрузить с веб-сайта CIE.

    Следующие члены ТК 6-15 «Компьютеризированный подход к характеристикам отражения, пропускания и поглощения человеческого глаза» приняли участие в подготовке настоящего Технического отчета. Комитет относится к Отделу 6 «Фотобиология и фотохимия».

    Участников:

    • Лунд, Д.Дж. США (председатель)
    • Маршалл, Дж. Соединенное Королевство
    • Меллерио, Дж. Соединенное Королевство
    • Окуно, Т.Япония
    • Schulmeister, K. Австрия
    • Слини, Д. США
    • Сёдерберг, П. Швеция
    • Штук, Б. США
    • ван Норрен, Голландия
    • Цуклич, Дж. США

    Консультанты:

    • Баркер, Ф. США
    • Гувер, Х. США
    • Венграйтис, Ю. США

    Влияние характеристик пациента и качества сна на надежность показателей поля зрения

    Цель .Исследовать взаимосвязь автоматических индексов надежности поля зрения (ФЗ) (ложноположительные [ФП], ложноотрицательные [ФН] и потеря фиксации [ФЛ]) и качества сна, опыта ФЖ и возраста. Методы . Проспективное перекрестное исследование. К участию были приглашены взрослые пациенты (возраст  ≥ 18 лет), прошедшие автоматизированное тестирование ФЖ. Были получены базовые характеристики участников, и всех участников попросили заполнить анкету Питтсбургского индекса качества сна (PSQI). Были выполнены непараметрические корреляции Спирмена и модели логистической регрессии. Результаты . Включено 63 пациента. Более низкий балл PSQI коррелировал с более высоким процентом (%) FL в правом глазу (). Меньшая предыдущая ФЖ значительно коррелировала с более высоким %FP в правом глазу (). Пожилой возраст достоверно коррелировал с более высоким %FN в левом глазу (). Большее среднее отклонение (MD) и стандартное отклонение паттерна (PSD) сильно коррелировали с более высоким %FN в правом (и 0,002, соответственно) и левом глазах (и 0,02, соответственно). Заключение . В этом проспективном поперечном исследовании ухудшение MD и PSD сильно коррелирует с увеличением FN в обоих глазах.Увеличение FN в левом глазу, связанное с пожилым возрастом, может быть связано с утомлением при тестировании. Ухудшение качества сна связано со снижением ФЛ правого глаза.

    1. Введение

    Автоматизированное исследование поля зрения (ФЗ) является важным вспомогательным тестом при лечении офтальмологических пациентов, ежегодно проводится более 3 миллионов исследований [1]. Показатели надежности VF (потеря фиксации [FL], ложноположительный [FP] и ложноотрицательный [FN]) используются для контроля точности и надежности теста [2].В то время как надежные тесты дают ценную клиническую информацию, ненадежные тесты бесполезны с клинической точки зрения и тратят впустую значительные ресурсы и время. Таким образом, выявление характеристик пациентов с высоким риском плохой работы ФЖ может позволить более разумно распределять время и ресурсы при ведении пациентов. В предыдущих публикациях сообщалось о FN как о важном показателе оценки глаукомы [3]. Однако недавняя публикация, оценивающая более 10 000 ФЖ, показала, что среди всех показателей надежности ФП оказал наибольшее влияние на надежность ФЖ [4].И FN, и FP могут влиять на среднее отклонение (MD), при этом FP ​​увеличивает MD, а FN уменьшает MD; чем больше величина FN или FP, тем больше влияние на MD [5]. Показатели достоверности явно играют значительную роль не только в качестве исследования, но и в оценке степени тяжести глаукомы.

    У пациентов с глаукомой пожилой возраст и более тяжелые дефекты ФЖ ассоциировались с низкой надежностью ФЖ [6], в то время как острая депривация сна ассоциировалась со значительным снижением надежности ФЖ, при этом чувствительность к этим стрессорам увеличивалась с возрастом [7].Кроме того, потеря сна была связана с увеличением времени реакции и плохим выполнением задач [8, 9], что может способствовать плохой работе автоматических исследований ФЖ. Тем не менее, не было обнаружено никаких предыдущих исследований, оценивающих влияние качества сна на показатели ФЖ с использованием утвержденного вопросника.

    Питтсбургский индекс качества сна (PSQI) — это валидированный опросный инструмент для оценки качества сна, который продемонстрировал высокую степень надежности и достоверности при диагностике нарушений сна [10].Мы предполагаем, что, помимо характеристик пациента и степени повреждения поля зрения, качество сна, оцениваемое с помощью PSQI, может быть связано с надежностью ФЖ.

    2. Методы

    Проспективное перекрестное исследование последовательных пациентов проводилось в период с 1 декабря 2016 г. по 1 февраля 2017 г. Утверждение было получено от Институционального наблюдательного совета (IRB) Школы Миллера Университета Майами. Медицина и исследование соответствовали принципам Хельсинкской декларации и соответствовали требованиям HIPAA.Включенные пациенты были взрослыми (возраст ≥≥ 18 лет), которым было назначено обследование 24-2 Humphrey VF (стандартная стратегия шведского интерактивного порогового алгоритма 24-2, анализатор поля Хамфри 750 II-I, Carl Zeiss Meditec Inc., Дублин, Калифорния) как правого глаза (OD), так и левого глаза (OS) в Институте глаз Баскома Палмера. Другие критерии включения включали свободное владение английским или испанским языком для заполнения анкеты PSQI. Каждый подходящий пациент участвовал только один раз, даже если в течение периода исследования было проведено несколько исследований ФЖ.Все подходящие пациенты были приглашены к участию.

    После получения информированного согласия были зарегистрированы характеристики пациента, пациент прошел плановое обследование ФЖ и заполнил опросник PSQI. Анкета должна была быть заполнена полностью и в соответствии с инструкциями, чтобы правильно рассчитать балл PSQI; неполные анкеты были исключены. Данные VF и опроса были агрегированы обезличенным образом. Оценка PSQI рассчитывалась на основе ответов на вопросы согласно протоколу анкеты [11].Корреляции Спирмена использовались для оценки связи между показателями PSQI и характеристиками возраста/поля зрения. Были выполнены одномерные и многомерные регрессионные модели для оценки потенциального смешения переменных. Парные t -тесты были выполнены с использованием статистического программного обеспечения SAS (SAS, Кэри, Северная Каролина)

    3. Результаты

    Всего в исследование было включено 63 пациента со средним возрастом 65,8 ± 14,8 лет. В целом средние дефекты ФЖ были легкими (-4 ± 6,9 дБ), и у пациентов в среднем было 2 дефекта.7 ± 3,3 предшествующих обследований ФЖ. Средний балл PSQI составил 6,17 ± 3,73, при этом 52% набрали более 5 баллов, что свидетельствует о плохом качестве сна. Характеристики пациента обобщены в таблице 1.

    5

    MD OD (дБ)
    Характеристики пациентов ()

    Age (годы) 65,8 ± 14.8
    % MALE 45%
    Номер предыдущего ВФ 2.7 ± 3.3
    -4.36 ± 6.9 -4.36 ± 6.9
    PSD OD (дБ) 4,79 ± 4.33
    Foveal чувствительность OD (дБ) 33,5 ± 7,4
    мд ОС (дБ) -3.94 ± 6.1
    PSD ОС (БД)
    PSD ОС (БД) 4,26 ± 4.0
    Foveal Sensivity OS (дБ) 34,5 ± 5,6
    PSQI SCRACT 6.17 ± 3,73

    SD = стандартное отклонение; VF = поле зрения; MD = среднее отклонение; OD = правый глаз; PSD = стандартное отклонение шаблона; OS = левый глаз; PSQI = Питтсбургский индекс качества сна.

    При корреляции показателей PSQI с FP, FN и FL в обоих глазах единственная значимая связь была с процентом (%) FL OD (, ; Таблица 2). Это была отрицательная корреляция: высокие баллы PSQI (худшее качество сна) коррелировали со снижением %FL OD. Все остальные показатели надежности не имели значимой корреляции с баллами PSQI.

    5

    9009

    0

    5

    PSQI
    R

    05

    0 -0.003

    -0.005
    % FP OD -0.106 0.42 0.42
    % FN OD -0.087 0.51
    % FL OD -0.276 -0.276 0.03
    MD OD 0.97
    PSD OD 0.062 0.062 0.64
    % FP OS -0.208 -0.208 0.11
    % FN OS 0.133 0.31
    % FL OS -0.023 0.86 0.86
    MD OS -0.065 -0.065 0.62
    PSD OS
    0.97
    Время между VF (мин) -0.002 0.99
    Age -0.023 0.86 0.86
    Количество предыдущих VF -0.052 -0.052 0.69

    105

    PSQI = Pittsburgh. FP = ложноположительный результат; OD = правый глаз; FN = ложноотрицательный; FL = потеря фиксации; MD = среднее отклонение; PSD = стандартное отклонение шаблона; OS = левый глаз; VF = поле зрения.

    Количество предшествующих ФЖ, степень повреждения ФЖ и возраст достоверно коррелировали с показателями надежности ФЖ (рис. 1). Меньшее количество ФЖ в анамнезе значительно коррелировало с более высоким %FP OD (, ), в то время как пожилой возраст был значимо связан с более высоким %FN OS (, ). Более тяжелое заболевание было тесно связано с ФН, так как большая величина MD и стандартного отклонения паттерна (PSD) были тесно связаны с более высоким %FN OD (, и, , соответственно) и OS (, и, , соответственно.). Следует отметить, что фовеальная чувствительность между двумя глазами существенно не отличалась (33,5 ± 7,4 дБ OD, 34,5 ± 5,6 дБ OS; ).

    Пациенты, которым потребовалось большее количество времени между двумя глазами, обычно имели большую величину MD и PSD OD (, и , , соответственно) и OS (, и , , соответственно; рис. 1), предполагая, что пациенты с более тяжелые повреждения ФЖ чаще требовали большего времени между исследованиями правого и левого глаза. Примечательно, что из анализа был удален один значительный выброс со временем между VF 34 минуты.Пациентам пожилого возраста также обычно требовалось больше времени между обследованиями (, ). Не было никакой корреляции между индексами надежности и личностью любого специалиста по полю зрения (данные не показаны).

    4. Обсуждение

    Плохие результаты автоматизированного исследования ФЖ имеют значительные финансовые и логистические последствия. Анализ данных Medicare показывает, что ежегодно проводится более 3 миллионов обследований ФЖ, стоимость которых составляет примерно 200–300 миллионов долларов США [1]. Понимание потенциальных причин низкой производительности VF позволит лучше распределять ресурсы.

    Хотя отдельные данные свидетельствуют о том, что качество сна может влиять на показатели ФЖ, наше проспективное исследование не продемонстрировало какой-либо клинически значимой связи между качеством сна, оцененным с помощью показателей PSQI и надежности ФЖ. Взаимосвязь между оценкой PSQI и %FL OD была статистически значимой, но, учитывая отсутствие каких-либо других ассоциаций индекса надежности с оценкой PSQI и инвертированный характер коэффициента корреляции, эта связь могла быть случайной.Несмотря на статистическую значимость, мы не считаем, что этот результат является клинически значимым. Здесь важно отметить основное ограничение PSQI, заключающееся в том, что он представляет собой самоотчет. Кроме того, он уникален тем, что характеризует деятельность, во время которой человек находится без сознания, что несколько затрудняет самооценку, хотя это хорошо изученный и проверенный показатель. Опрос включает вопросы, касающиеся мнения сожителя, но они не учитываются при подсчете баллов PSQI.

    В нашей когорте меньшее количество предшествующих обследований ФЖ коррелировало с увеличением %FP OD, возможно, из-за беспокойства, связанного с тестом [12]. По соглашению наше учреждение сначала тестирует правый глаз, и неудивительно, что повышение FP больше не отмечается в последующем тестировании левого глаза, поскольку пациенты получили бы обратную связь для повышения надежности к тому времени, когда тест проводится на левом глазу. . Однако при тестировании второго (левого) глаза пожилые пациенты имеют более высокий %FN, возможно, из-за невнимательности и/или усталости.Мы обнаружили, что более низкие значения MD и PSD сильно коррелируют с более высоким %FN в обоих глазах, что согласуется с предыдущими исследованиями [6, 13]. Механизм этого феномена предположительно заключается в «насыщении ответа», когда снижение плотности ганглиозных клеток может привести к более длительному рефрактерному периоду и неспособности отвечать на повторный стимул [14]. Следует отметить, что фовеальная чувствительность была одинаковой для двух глаз, как отмечалось выше, что позволяет предположить, что острота зрения вряд ли могла вызвать путаницу. Мы не смогли собрать фактические данные об остроте зрения из-за ограничений нашего протокола, одобренного IRB.

    Пациентам с более тяжелым повреждением ФЖ требовалось больше времени между тестированием OD и OS. Хотя причина этого явления остается неясной, мы подозреваем, что, возможно, специалисты по ФЖ почувствовали большую потребность в повторении инструкций по тестированию между глазами, учитывая склонность этих пациентов к более высокому %FN. Пациенты могли потребовать более длительного времени отдыха между глазами из-за физиологической адаптации более высокого рефрактерного периода. Для выяснения природы этого явления необходимы дальнейшие исследования.Следует отметить, что результаты одномерных и многомерных регрессионных моделей показали, что не было смешения между переменными (в таблице 1), для которых мы оценивали корреляции Спирмена с баллами PSQI.

    Наше исследование имеет несколько ограничений. Как упоминалось ранее, PSQI представляет собой опросник, который заполняется самостоятельно, и может быть недостаточно чувствительным для выявления проблем со сном, которые могут повлиять на показатели ФЖ. Несмотря на то, что к участию были приглашены последовательные подходящие пациенты, мы не можем исключить возможность систематической ошибки отбора, когда только те пациенты, которые относительно хорошо отдыхали, выбирали заполнение длинного вопросника в дополнение к выполнению автоматических исследований ФЖ.Важно отметить, что пациенты, которые не заполнили анкету PSQI полностью или не следовали инструкциям анкеты, были исключены, что могло иметь предвзятое отношение к плохо отдохнувшим пациентам. Инструкции по обследованию ФЖ от технических специалистов не были составлены по сценарию и не были запланированы, и вполне вероятно, что пациенты, которые в противном случае показали бы плохие результаты, прошли дополнительную подготовку и/или их тесты были начаты заново, что могло снизить эффект исследования. Наконец, мы не можем исключить возможность того, что размер выборки просто недостаточно велик для обнаружения тонкого эффекта, хотя этот эффект вряд ли будет достаточно устойчивым, чтобы быть клинически значимым.

    Таким образом, на показатели достоверности ФЖ не влияло качество сна, оцениваемое по шкале PSQI, но, по-видимому, на них влияли другие характеристики пациентов, которые могут влиять на общий опыт тестирования ФЖ. Будущие исследования могут включать поиск стратегий повышения надежности у пациентов с плохими показателями в анамнезе. Кроме того, мы можем рассмотреть рандомизацию латеральности при инициировании поля зрения для дальнейшей оценки явления усталости. Последствия этого исследования включают в себя рассмотрение возможности дополнительного обучения перед началом тестирования ФЖ для тех, кто подвергается наибольшему риску плохой работы ФЖ — пожилых пациентов, пациентов с более тяжелыми повреждениями ФЖ и пациентов с небольшим предшествующим опытом ФЖ.Дополнительная помощь может помочь избежать дорогостоящего, минимально полезного тестирования поля зрения.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Границы | Классификация заболеваний на основе особенностей движения глаз с деревом решений и случайным лесом

    Введение

    Информация о движении глаз может быть использована в качестве важного индикатора различных медицинских заболеваний и находится в центре внимания обширных исследований. Обобщая недавнюю академическую литературу, корреляции между движением глаз и врожденным нистагмом, аутизмом, депрессией, шизофренией, синдромом Паркинсона, головокружением и эпилепсией были проверены и изучены.

    Ян и др. (2015) разработали цифровой айтрекер для определения эффективности хирургического лечения врожденного идиопатического нистагма. Джордано и др. (2017) предложили компьютерную систему для офтальмологов и нейропсихиатров для настройки экспериментов в соответствии с различными сценариями и использовали ее в исследовательских экспериментах для пациентов с болезнью накопления гликогена, идиопатическим врожденным нистагмом и заболеваниями нервной системы для оценки их движений глаз.

    Муриас и др.(2018) провели эксперимент по отслеживанию взгляда, в ходе которого детей с расстройством аутистического спектра (РАС) в возрасте от 24 до 72 месяцев попросили просмотреть видеокассету, предназначенную для привлечения внимания детей и оценки их навыков социального общения. Они проанализировали взаимосвязь между поведением взгляда детей и показателями результатов социальной коммуникации, которые обычно используются в клинических испытаниях РАС, и было высказано предположение, что отслеживание взгляда может быть неинвазивным, количественным и объективным биомаркером, связанным со способностями к социальной коммуникации у детей. дети с РАС.Варгас-Куэнтас и др. (2017) разработали алгоритм отслеживания взгляда для измерения предпочтений взгляда детей с РАС и здоровой контрольной группы при просмотре социальных сцен и абстрактных сцен, отображаемых одновременно на левой и правой сторонах экрана соответственно, и добились очень высокой точности. в классификации детей с РАС и здоровых детей. Dicriscio и Troiani (2017) внедрили парадигму, предназначенную для выявления закономерностей адаптации зрачков у детей с РАС в течение длительных периодов пребывания в темной и светлой среде.Было обнаружено, что особенности расширения зрачков связаны с индивидуальными различиями, измеряемыми по Шкале социальной реакции, измеряющей черты аутизма.

    Типичные применения информации о движении глаз в диагностике депрессии были описаны в предыдущих работах (Li et al., 2016; Shengfu et al., 2017; Xu et al., 2017a; Duque and Vazquez, 2018). Шэнфу и др. (2017) пациенты с большим депрессивным расстройством (БДР) и контрольная группа, не страдающая депрессией, выполняли задания по отслеживанию взгляда и анализировали предпочтение внимания участников в соответствии с положительными, отрицательными и нейтральными выражениями.Согласно результатам их исследования, на работоспособность глаз в задачах свободного наблюдения также может влиять возраст. Мальсерт и др. (2012) провели эксперимент, в котором пациенты с БДР выполняли задание на антисаккады, и результаты показали, что эффективность антисаккады связана с оценкой по клинической шкале. Кроме того, поскольку показатели частоты ошибок имели хорошие результаты в прогнозировании состояния пациентов после терапии депрессивного расстройства, частота ошибок может быть маркером состояния для расстройств настроения (Malsert et al., 2012).

    Исследования по диагностике шизофрении также включали анализ движений глаз (Dowiasch et al., 2016; Yu et al., 2016; Morita et al., 2017; Xu et al., 2017b; Silberg et al., 2018). Морита и др. (2017) рассматривали движения глаз как биомаркер шизофрении. Они привлекли 85 пациентов с шизофренией и 252 здоровых человека из контрольной группы для выполнения задач со свободной фиксацией, стабильной фиксацией и плавным отслеживанием и использовали интегрированную оценку движения глаз, чтобы отличить пациентов с шизофренией от здоровых людей из контрольной группы.Асгарпур и др. (2015) изучили взаимосвязь между тяжестью симптомов и распределением визуального внимания при столкновении с парами лиц, нейтральных к эмоциям, между взрослыми пациентами с шизофренией и здоровыми людьми из контрольной группы и пришли к выводу, что дефицит распознавания лиц при шизофрении связан со снижением внимания к мимическим стимулам.

    Некоторые ученые применяли информацию о движении глаз в исследованиях болезни Альцгеймера (БА) (Coubard, 2016; Fernández et al., 2016; Lim et al., 2016). Лим и др.(2016) проанализировали цереброспинальные дефекты с помощью анализа жидкости, визуализации головного мозга и патологоанатомического исследования, которые обычно применяются для обнаружения патологических биомаркеров БА, и представили доказательства глазных биомаркеров при БА, чтобы изучить потенциальные будущие исследовательские подходы анализа движения глаз для диагностики БА.

    Как тип дискинезии, болезнь Паркинсона, вероятно, связана с дисфункцией зрительного нерва, которая влияет на кору головного мозга и подкорковую сеть из-за нейродегенерации, вызывая аномальные движения глаз.Арчибальд и др. (2013) провели эксперимент, в котором пациенты с болезнью Паркинсона с когнитивными нарушениями и без них выполняли серию зрительно-когнитивных задач, а также изучали частоту ошибок и стратегии визуального исследования пациентов. Согласно их исследованию, зрительные функции пациентов значительно ухудшаются независимо от когнитивного повреждения, что указывает на то, что может быть специфическое для заболевания воздействие на сети, направляющие визуальный поиск или исследование.

    Винер-Вахер и др. (2019) давали различные глазодвигательные задания до и после тренировки ортоптической вергенции детям, у которых было головокружение с нарушениями вергенции, и обнаружили, что их ортоптические и глазодвигательные параметры значительно улучшились после тренировки. Дегирменчи и др. (2010) провели тесты, включая тесты слежения, саккад, оптокинетики, взгляда, положения и тесты Дикса-Холлпайка у пациентов с головокружением и/или другими проблемами, связанными с равновесием, вызванными рецидивирующе-ремиттирующим рассеянным склерозом (RRMS), и обнаружили электронистагмографические характеристики, чувствительные к обнаружению поражение вестибулярной системы у больных РРРС.

    Хунфалвей и др. (2019) провели исследование, посвященное людям с черепно-мозговой травмой (ЧМТ) различной степени тяжести, а также бессимптомным контрольным группам. Были проведены тесты слежения за глазами для измерения горизонтальных и вертикальных саккад, и был сделан вывод, что методы слежения за глазами могут быть надежным способом количественной оценки тяжести ЧМТ. Редди и др. (2019) измерили параметры движения глаз при чтении у субъектов с ЧМТ и обнаружили, что ЧМТ влияет на параметры независимо от тяжести травмы по сравнению с контрольной группой.Вакил и др. (2019) представили пациентам с ЧМТ и здоровой контрольной группе фотографии мужских лиц, и результат показал, что пациенты с ЧМТ уделяли меньше внимания данной цели и меньше времени задерживались на них, а их память на лица также была нарушена.

    Сотрясение головного мозга — это форма легкой ЧМТ, вызванная прямым или переданным импульсом в голову, что приводит к функциональному повреждению головного мозга. Видеоокулографические (ВОГ) записи движений глаз могут дать количественную характеристику глазодвигательных характеристик у людей с сотрясением мозга (Williams et al., 1997; Кревитс и др., 2000; Heitger и др., 2002, 2004, 2006, 2009; Краус и др., 2007; Пирсон и др., 2007 г.; Риццо и др., 2016). В результате исследований было установлено, что VOG является объективным и точным способом получения данных о движении глаз для оценки сотрясения мозга, хотя некоторые вопросы, включая стоимость, доступность и объяснение, все еще нуждаются в изучении (Akhand et al., 2019).

    Искусственный интеллект (ИИ) все чаще обеспечивает прорывы во многих областях исследований и крайне востребован в диагностике заболеваний.Учитывая, что движение глаз может быть удобно записано и собрано в виде видео, некоторые методы машинного обучения особенно подходят для работы с видео движения глаз, включая сеть с долговременной кратковременной памятью (LSTM), дерево решений и случайный лес (RF). .

    Котари и др. (2020) обучили и оценили модель RF и рекуррентной нейронной сети (RNN) для разработки алгоритмов категоризации событий взгляда (например, фиксации, преследования, саккады и смещения взгляда) без фиксации головы.Занди и др. (2019) провели эксперимент по моделированию вождения, чтобы измерить поведение при вождении для выявления сонливости. Данные отслеживания глаз были введены в RF и нелинейную машину опорных векторов для бинарной классификации состояния бдительности, и метод RF достиг точности ~90%.

    Согласно исследованию в опубликованных работах, методы машинного обучения являются многообещающими способами обработки видео глаз, и они уже принесли пользу во многих областях. До сих пор было мало сообщений об использовании машинного обучения для анализа движения глаз и диагностики заболеваний.Обычно их анализируют традиционными способами, которые могут ограничивать анализ особенностей движения глаз и пренебрегать некоторой ценной информацией.

    Кроме того, для более точного изучения особенностей движения глаз необходимо разработать несколько экспериментальных схем, и после сбора видеозаписи необходимо извлечь и количественно оценить информацию о движении глаз для получения соответствующих медицинских характеристик.

    Исследования искусственного интеллекта подтверждают, что глубокое обучение может автоматически приобретать ценные функции и повышать надежность классификации объектов за счет изучения большого количества образцов.Таким образом, методы ИИ могут быть использованы для создания классификаторов заболеваний на основе движения глаз. В этой статье эксперименты предназначены для получения видео глаз, а затем для дальнейшего анализа извлекаются несколько исходных признаков движения глаз. Исходные функции движения глаз используются для построения классификаторов LSTM, а затем выходные вероятности выборок используются в качестве эволюционных функций для последующего построения дерева решений и RF. Результаты классификации в конечном итоге получаются с помощью RF.

    Материалы и методы

    Дизайн экспериментальной схемы и извлечение исходных признаков движения глаз

    Экспериментальная схема

    Когда деятельность человеческого глаза используется в соответствующих научных исследованиях, первым шагом является запись и извлечение информации о движении глаз. Экспериментальная схема, используемая в этом исследовании, была разработана для создания естественных или синтетических изображений на экране дисплея, направления взгляда или отслеживания глаз и одновременной записи изображений глаз. С помощью анализа изображения были получены положение, площадь, форма и другая информация о зрачке.Медицинские характеристики затем могут быть получены путем сбора информации об зрачке и могут быть применены для анализа физиологических повреждений и психологического состояния.

    В последние годы, с развитием компьютерных видеотехнологий, камеры стали способны записывать весь процесс движения глаз, точно извлекать информацию об зрачке и получать характеристики движения глаз для последующего исследования. Поэтому основным средством получения информации о движении глаз стал айтрекер.На рис. 1 показан инфракрасный видеотрекер, разработанный нашей лабораторией. В устройстве используется видеокамера с инфракрасным светодиодом для получения изображения движения глаз и передачи его на компьютер в режиме реального времени. Программное обеспечение на хосте может создавать различные шаблоны для управления движением глаз в соответствии с экспериментальной схемой, чтобы вызвать некоторые заболевания, которые будут показаны в процессе отслеживания глаз.

    Рисунок 1. Айтрекер в нашей лаборатории.

    Чтобы проводить медицинские исследования с помощью информации о движении глаз, необходимо разработать множество экспериментальных схем.На экране компьютера генерируются движущиеся объекты с разной скоростью и траекторией или изображения с определенными сценами, чтобы стимулировать отслеживание взгляда и анализировать его медицинское значение. Наш трекер глаз поддерживает тест взгляда, тест саккад, тест плавного преследования, оптокинетический тест, позиционный тест и тест позиционирования, и каждый из них может быть выбран для различных целей.

    В этом исследовании мы разработали две экспериментальные схемы: оптокинетический тест и тест плавного преследования. Тесты характеризуются пятном красного света, движущимся по определенной траектории, чтобы направлять отслеживание глаз испытуемых.В первой схеме световое пятно движется слева направо по горизонтальной линии в центре экрана. Достигнув правого края, он возвращается влево и повторяет движение. В последней схеме световое пятно движется по двухсторонней зигзагообразной дорожке, а после достижения правой конечной точки возвращается влево и снова стартует сначала, как показано на рис. 2. Во время теста испытуемые носили айтрекер, сидели перед экраном и просили отслеживать движущиеся световые пятна на экране.При этом видео движения глаз передается на хост-компьютер через WiFi-модуль айтрекера и записывается на тот же компьютер, который генерирует изображение слежения. Когда заданное количество кадров записано, сбор данных заканчивается.

    Рис. 2. Траектории движения световых пятен в двух экспериментальных схемах.

    Извлечение особенностей движения глаз

    Поскольку движение глаз достигается с помощью инфракрасной светодиодной подсветки, свет более устойчив к помехам, а зрачки становятся более заметными и легко извлекаемыми.Используя общий метод анализа изображения, мы можем получить точную информацию о зрачке, как показано на рисунке 3. В соответствии с площадью, покрытой обнаруженными пикселями зрачка, положением, площадью, формой и другими параметрами зрачков в каждом кадре видео. можно рассчитать как особенности движения глаз.

    Рис. 3. Извлечение зрачка из изображения движения глаз.

    В нашем исследовании на основе обнаруженной площади зрачка мы рассчитываем девять параметров в качестве дополнительных признаков: положение (включая абсциссу и ординату), площадь (включая площадь зрачка и площадь минимального ограничивающего прямоугольника), симметрию (включая азимутальный угол и соотношение сторон минимального ограничивающего прямоугольника) и регулярность формы (включая длину контура зрачка, соотношение площадей слева и справа и соотношение площадей сверху и снизу).

    Из-за различий в размере зрачка, исходном положении и угле обзора объектов необходимо нормализовать информацию о зрачке. Предположим, что f i является определенной характеристикой зрачка, полученной из изображения движения глаз кадра i , а всего видео содержит M кадров, тогда нормализованная характеристика g i

    0 равна получается по уравнению (1).

    gi=(fi-mini=1~M(fi))/(maxi=1~M(fi)-mini=1~M(fi))(1)

    При указанной выше обработке значения нормализованных признаков будут находиться в диапазоне 0–1. g = [ g 1 , g 2 ,…, g M ] строится как вектор признаков. Эта особенность соответствует определенному параметру зрачка в конкретной экспериментальной схеме. Если имеется s экспериментальных схем, и в каждой из них извлекается k параметров от обнаруженного зрачка, то для каждого испытуемого будет получено s × k векторов признаков; то есть для каждого участника будет установлено s × k векторов признаков для последующей классификации и распознавания.Поскольку функция g исходит непосредственно из информации об зрачке, в следующих разделах этой статьи она называется исходной функцией движения глаз.

    Извлечение эволюционных признаков

    Характеристическая информация о движении глаз, полученная в результате эксперимента по отслеживанию взгляда, изменяется во времени, и ее ключевая патологическая информация может существовать в какой-то особый период. Следовательно, модель классификации заболеваний должна строиться на основе особенностей движения глаз, должна иметь память во временной области и должна автоматически сохранять важную мгновенную информацию в соответствии с правилами или результатами классификации.LSTM — это своего рода специальный RNN, который может обрабатывать зависимость на большом расстоянии, с которой RNN обычно не могут справиться, и особенно подходит для извлечения признаков и классификации сигналов временных рядов. Он широко используется в обработке естественного языка, анализе текста, распознавании речи, машинном переводе и других областях.

    Поскольку информация о движении глаз также может использоваться в качестве сигналов временных рядов, сеть LSTM используется для классификации признаков движения глаз в нашем исследовании. Согласно схемам эксперимента с отслеживанием взгляда, характеристики временной последовательности g = [ g 1 , g 2 ,…, g M ] равные временные интервалы, а затем вводятся в каждую ячейку сети LSTM.За последним скрытым слоем LSTM следует полная сеть соединений. Количество нейронов в выходном слое полной сети соединений представляет категории классификации. Наконец, результат дискриминации образца получается с помощью функции Softmax, как показано на рисунке 4A.

    Рисунок 4. Результаты сетевой классификации с долговременной кратковременной памятью (LSTM) служили эволюционными признаками движения глаз: (A) классификатор LSTM в нашей работе и (B) выборочная карта распределения, основанная на эволюционных признаках движения глаз .

    В нашем исследовании вектор признаков g , который используется в качестве входных данных сети LSTM, называется исходным признаком движения глаз, и его классификационная способность слаба. Можно ожидать, что некоторые признаки могут не быть связаны с частичными специфическими заболеваниями и, таким образом, не иметь значения для классификации. Необходимо эффективно объединить все функции вместе, чтобы получить более точные результаты классификации.

    Поэтому мы используем результаты классификации P i классификатора LSTM в качестве эволюционных признаков движения глаз для последующей классификации.В этом исследовании мы выбрали три категории, включая здоровых людей, пациентов с черепно-мозговой травмой и пациентов с головокружением, поэтому мы получим P i , i = 1,2,3. Поскольку P 1 + P 2 + P 3 = 1, в трех функциях есть только две свободные переменные; таким образом, мы выбираем P 1 и P 2 в качестве эволюционных признаков; то есть через классификационную сеть LSTM исходный вектор признаков g с M элементами преобразуется в эволюционный вектор признаков E f = [ P 1 0 ,

    9

    2 ] с двумя элементами.Всего из s × k признаков мы формируем s × k векторов признаков с именем Ef . Поскольку эволюционные признаки получаются сетью LSTM путем изучения меток обучающих выборок, они обладают более сильными способностями различать выборки.

    На рисунке 4B представлено распределение выборки с определенным вектором признаков Ef . Набор образцов включает 32 образца трех типов, в том числе по 8, 12 и 12 образцов каждого типа.Видно, что классификационная способность этого вектора признаков к этим трем категориям выборок плохая.

    Метод классификации болезней на основе дерева решений и случайного леса

    Поскольку один классификатор LSTM исходит из функции движения глаз определенной экспериментальной схемы, его классификационная способность для различных заболеваний будет сильно различаться и не может быть точно оценена. В самом деле, как показал предыдущий анализ, при наличии s экспериментальных схем и k параметров из обнаруженного зрачка в каждой схеме, следовательно, для испытуемого будет получено s × k исходных признаков. .Поскольку два компонента признаков, такие как [ P 1 , P 2 ], могут быть получены через сеть LSTM из каждого исходного признака, всего 2 × с × k эволюционных признаков могут быть получены для каждый предмет. Эти функции можно использовать для создания более эффективных классификаторов.

    Дерево решений и RF-алгоритмы — это своего рода метод искусственного интеллекта, который может эффективно решать такие проблемы. RF относится к классификатору, который использует несколько деревьев для обучения и прогнозирования выборок.Этот классификатор был впервые предложен Лео Брейманом и Адель Катлер и зарегистрирован как товарный знак. RF — это, по сути, тип ансамблевого обучения, который является ветвью машинного обучения. Его основной единицей является дерево решений, а его выходная категория определяется тем, какая выходная категория содержит большинство всех деревьев решений. Таким образом, построение деревьев решений является ключевым этапом алгоритма RF. В нашем исследовании дерево решений и RF-алгоритмы используются для решения задачи совместной классификации признаков движения глаз.

    Построение дерева решений

    Дерево решений — это контролируемый метод машинного обучения. Учитывая 2 × s × k эволюционных признаков движения глаз образца и его метки, путем обучения можно получить дерево решений, которое может дать результаты классификации для новых образцов. Алгоритмы генерации дерева решений включают ID3, C4.5 и CART. Дерево решений имеет древовидную структуру, в которой каждый внутренний узел представляет оценку признака, каждая ветвь представляет вывод результата оценки и, наконец, каждый конечный узел представляет результат классификации.

    В нашем исследовании были отобраны три категории выборок, и каждая выборка имеет 2 × s × k признаков. Алгоритм C4.5 используется для построения дерева решений. Как правило, предположим, что набор выборок, названный D, содержит W категорий с общим количеством N выборок. N 3 1 , N

    3 2 2
    436 W — это количество образцов, соответствующих W , и уравнение N = N 1 + N 2 + ⋯ + N W выполнено.Количество признаков обозначено как M , M = 2 × с × k . Ключевыми задачами при построении деревьев решений являются выбор признака узла ветвления и определение значения признака для сравнения. Поскольку в наборе выборок предполагается N выборок, каждый признак имеет N значений. Может быть N -1 точек сегментации для разделения значений признака. Для M признаков имеется M × ( N −1) точек сегментации.Согласно алгоритму C4.5 скорость прироста информации должна рассчитываться для каждой точки сегментации.

    Во-первых, энтропия выборки D, называемая H ( D ), вычисляется по уравнению (2):

    H⁢(D)=-∑l=1WNlN⁢log2⁡NlN(2)

    Пусть точка сегментации функции будет J , что делит образец набор D в два набора, J J 6 и J N j J 3 1 образцов в двух наборах соответственно.Рассматривая классификацию образцов J 1 в первом наборе, предположим, что он содержит p категорий, p W . Между тем, числа образцов категорий P называются D , D , D 2 , …, D P , соответственно, и J 1 = d 1 + d 2 + … + d p , то энтропия первого набора определяется уравнением (3).

    H⁢(J1)=-∑l=1pdlJ1⁢log2⁡dlJ1.(3)

    Аналогично, рассматривая классификацию выборок J 2 во втором наборе, предположим, что он содержит q категорий, q W , а количество проб 0 q категорий назван как D D , D D

  • 3 2 , …, D 3 Q
  • 6, соответственно, и J D
  • 3 1

    6 + D 2 + … + d q , то энтропия второго множества определяется уравнением (4).

    H⁢(J2)=-∑l=1qdlJ2⁢log2⁡dlJ2(4)

    Условная энтропия выборочного набора D, сегментированного по признаку J , рассчитывается по уравнению (5).

    H⁢(D|J)=∑i=12JiN⁢H⁢(Ji).(5)

    В соответствии с вышеупомянутым вычислением можно получить информационный прирост g ( D , J ) точки сегментации признака J [см. уравнение (6)].

    г⁢(D,J)=H⁢(D)-H⁢(D|J)(6)

    Для двух наборов выборок, сформированных в соответствии с разбиением по точке сегментации J , энтропия определяется уравнением (7).

    H⁢(J)=-∑i=12JiN⁢log2⁡JiN(7)

    Наконец, согласно уравнению (8), мы можем рассчитать скорость прироста информации g r ( D , J ), вызванную делением выборки D на сегментацию признаков J

    гр⁢(Д,Дж)=г⁢(Д,Дж)/Н⁢(Дж)(8)

    После вычисления скоростей прироста информации для всех возможных точек разбиения J выбирается точка сегментации J с максимальной скоростью прироста информации для реализации ветвления узла.В соответствии с ограничениями построения дерева решений, такими как глубина дерева, минимальное количество узлов, разрешенных для разделения, и т. д., может быть построено дерево решений. Как правило, дерево решений будет расти до тех пор, пока не будет достигнута одна категория; то есть p или q равно 1. Дерево решений можно использовать для предварительной классификации тестовых образцов.

    Случайное построение леса для классификации болезней

    Так называемый RF используется для случайного выбора образцов и признаков, построения нескольких деревьев решений.Окончательные результаты классификации определяются голосованием этих деревьев решений. Чтобы повысить надежность и избежать переобучения, при построении каждого дерева решений будет два случайных выбора. Конкретные шаги описаны следующим образом:

    (1) Сначала образцы выбираются случайным образом. Для N выборок набора D методом бутстрапа случайным образом выбираются N выборок с заменой для формирования выборки, которая используется для нового построения дерева решений.

    (2) Всего log 2 ([ M ( N −1 ))] точек сегментации признаков выбираются случайным образом из M × ( N −1) точек сегментации в каждой узел ветви дерева. Вычисляется скорость прироста информации для всех выбранных точек, и точка сегментации с максимальным значением выбирается для узлов ветвления. Тем временем принятая точка сегментации помечается, чтобы избежать повторного выбора в следующих узлах ветвления.

    (3) Каждое дерево растет до максимума без какой-либо обрезки, чтобы получить дерево решений.

    (4) Повторите вышеупомянутые шаги с (1) по (3), при этом несколько деревьев решений генерируются для составления RF. Используйте классификатор RF для проверки новых данных. Результат классификации зависит от количества голосов классификаторов дерева решений. Образцы, не отобранные в процессе построения дерева решений, могут быть использованы в качестве тестовых образцов для проверки работоспособности классификатора РФ.

    Результаты

    Группировка образцов и извлечение исходных признаков движения глаз

    Для проверки предложенного выше метода классификации мы разработали две экспериментальные схемы: оптокинетический тест и тест плавного преследования; таким образом, с = 2. Траектории движения световых пятен показаны на рис. 2. Испытуемые следят за движущимися световыми пятнами, пока записывается 250 кадров видео с частотой кадров 30 кадров в секунду. Зрачок определяется из каждого кадра, а затем абсцисса x , ордината y и площадь зрачка r извлекаются как признаки движения глаз, k = 3.Таким образом, число исходных признаков движения глаз равно с × к = 6,

    .

    Совместно с медицинскими учреждениями мы набрали для участия в эксперименте 60 пациентов двух категорий, в том числе 24 пациента с черепно-мозговой травмой и 36 пациентов с головокружением. Кроме того, для сравнительного тестирования были приглашены 36 здоровых добровольцев. Здоровые контроли, пациенты с травмой головного мозга (включая инфаркт головного мозга) и пациенты с головокружением записываются как C1, C2 и C3 соответственно.

    В соответствии с требованиями построения классификатора в нашем исследовании все 96 образцов были разделены на три группы. Первая и вторая группы назывались учебными; первая группа использовалась для обучения классификатора LSTM, а вторая использовалась для обучения дерева решений и RF. Третья группа называлась группой тестирования и использовалась для проверки производительности всех промежуточных или конечных классификаторов. Каждая группа содержала 32 образца, и распределение каждой группы образцов в каждой категории показано в таблице 1.

    Таблица 1. Состав трех групп образцов.

    Все 96 испытуемых участвовали в экспериментах по отслеживанию взгляда. Для каждого испытуемого были рассчитаны шесть характеристик движения глаз: г i , i =  1,2,…,6, и эти характеристики называются исходными характеристиками движения глаз.

    Обучение классификаторов LSTM и извлечение эволюционных функций

    На предыдущем этапе было получено шесть исходных признаков движения глаз.Поскольку они получены из 250 кадров записанного движения глаз, каждая функция представляет собой вектор, содержащий 250 элементов. Классификаторы LSTM создаются для каждого вектора признаков, и все шесть классификаторов имеют одинаковую структуру. 250 элементов разделены на 10 срезов в соответствии с временной последовательностью, и каждый срез содержит 25 элементов; то есть на рисунке 4A вектор Xi содержит 25 элементов, тогда как t = 10. Количество нейронов в скрытом слое установлено равным 64, а выход полной сети соединений равен трем, что соответствует категории образцов.

    32 образца группы 1 используются для обучения классификатора LSTM. Поскольку для каждого вектора признаков обучается один классификатор LSTM, можно получить шесть классификаторов LSTM. Python + Tensorflow применяется для реализации экспериментального моделирования. На рис. 5 показано изменение точности классификации для шести классификаторов по циклам итераций в процессе обучения. Точность определяется как отношение числа правильно классифицированных образцов к общему количеству образцов во всех категориях.

    Рисунок 5. Точность классификации менялась в процессе обучения.

    Из рисунка 5 видно, что скорость сходимости шести классификаторов различна, но после почти 60 итераций все классификаторы могут правильно классифицировать обучающие выборки, поэтому мы получаем шесть LSTM-классификаторов на основе выборок обучающей группы 1.

    Чтобы получить особенности эволюционного движения глаз, мы используем шесть классификаторов LSTM для тестирования образцов в обучающей группе 2.Признаки выборки, отобранные при тестировании каждого классификатора, должны соответствовать признакам, принятым при обучении каждого классификатора. Точность каждого классификатора показана в таблице 2. Для каждой выборки в обучающей группе 2 шесть векторов Ef=[P 1 , P 2 ] могут быть получены по результатам тестирования шести LSTM. классификаторы; то есть два компонента признаков, называемые P 1 и P 2 , получены из каждого классификатора LSTM.В итоге для каждой выборки получается 2 × с × k = 12 признаков. Они называются эволюционными особенностями движения глаз и выражаются как f 1 ,⋯, f 12 . Их соответствующие соотношения показаны в таблице 3.

    Таблица 2. Точность шести классификаторов долговременной памяти для образцов в обучающей группе 2.

    Таблица 3. Соответствующие соотношения между эволюционными признаками и результатами тестирования классификаторов долговременной памяти.

    12 признаков в таблице 3 являются эволюционными признаками, которые получены с помощью шести классификаторов LSTM и выборок в обучающей группе 2. Эти признаки будут использоваться для построения деревьев решений и RF.

    Построение дерева решений и анализ производительности

    После получения 12 эволюционных признаков движения глаз f 1 ,⋯, f 12 их можно использовать для построения деревьев решений и RF согласно С4.5 алгоритм.

    Поскольку в обучающей группе 2 32 образца, для каждого признака будет максимум 31 точка сегментации; то есть M = 2 × s × k = 12, N = 32. Следовательно, сумма точек сегментации признаков J равна M × ( N −1) = 1 32 выборки случайным образом выбираются 32 раза методом начальной загрузки, чтобы получить новый набор выборок. Затем из 372 точек сегментации случайным образом выбираются log 2 ⁡( M ( N −1))≈8 точек сегментации признаков для построения дерева решений, которое затем обрабатывается в соответствии с шагами, описанными в «Построение случайного леса для классификации болезней.На рис. 6 показаны два дерева решений, построенные вышеуказанным методом.

    Рисунок 6. Два дерева решений, построенные путем случайного выбора выборок и признаков.

    Из деревьев решений на Рисунке 6 видно, что, хотя выбрано восемь признаков, в конечном итоге в каждом дереве принимается только три-четыре признака из-за небольшого количества выборок. Если будет собрано больше выборок, каждое дерево решений будет использовать больше функций, и надежность классификации будет выше.

    Построение и анализ производительности классификаторов случайного леса

    Предыдущая процедура повторяется для построения 20 деревьев решений на основе случайно выбранных выборок и признаков. В процессе построения дерева решений признаки, используемые в ветви узла, больше не выбираются. В соответствии с результатами классификации каждого дерева решений категория с наибольшим количеством голосов считается результатом классификации субъекта.

    Группа образцов 3 специально разработана для радиочастотных испытаний, чтобы проанализировать эффективность этого метода.Для сравнительного анализа группа выборок 3 используется для проверки всех предыдущих классификаторов.

    Чтобы проверить эффективность нашего метода, мы вычисляем три ключевых показателя точности, полноты и FScore для оценки производительности классификаторов. Сначала мы выбираем два классификатора LSTM, и их результаты представлены на рисунке 7. На рисунке 7A показаны вышеупомянутые значения трех параметров классификаторов LSTM 1 и 2. Поскольку эксперимент включает три категории, эти показатели производительности определены только для бинарных классификации, мы преобразуем три категории в три задачи бинарной классификации, выбирая одну категорию и оценивая ее по оставшимся двум категориям для расчета параметров.Три маркера в горизонтальном направлении представляют классификации C1, C2 и C3 по сравнению с остальными классами соответственно. По оси ординат представлены результаты расчета трех показателей двух классификаторов.

    Рисунок 7. Производительность двух классификаторов с долговременной кратковременной памятью (LSTM). (A) Три показателя эффективности классификации двух классификаторов LSTM. (B) Кривые рабочих характеристик приемника (ROC) и значения площади под кривой (AUC) классификатора LSTM 1. (C) Кривые ROC и значения AUC классификатора LSTM 2.

    Рисунки 7B, C соответственно соответствуют двум классификаторам LSTM, каждый из которых показывает пять кривых. Три из них представляют собой кривые ROC, относящиеся к вышеупомянутым трем задачам бинарной классификации, а две другие представляют собой средние значения, полученные путем применения макро- и микрометодов из трех кривых. Кроме того, для каждой из пяти кривых были рассчитаны значения площади под кривой (AUC), которые также представляют эффективность классификации.

    Рисунок 8 создан с использованием того же метода, что и рисунок 7, и каждая кривая связана с двумя классификаторами. Рисунок 8 относится к двум деревьям решений, построенным алгоритмом C4.5. Поскольку дерево решений получает окончательный результат решения, вероятность классификации выборки составляет только 0 или 1 без промежуточного значения, так что при построении кривой ROC существует только один порог. Таким образом, кривая ROC состоит из двух отрезков. Несмотря на это, значения AUC по-прежнему отражают эффективность классификаторов.

    Рис. 8. Производительность двух деревьев решений, построенных по алгоритму C4.5. (A) Три показателя эффективности классификации двух деревьев решений. (B) Кривые рабочих характеристик приемника (ROC) и значения площади под кривой (AUC) дерева решений 1. (C) Кривые ROC и значения AUC дерева решений 2.

    Из этих рисунков видно, что производительность классификатора LSTM нестабильна.Производительность разных классификаторов сильно различается, и производительность классификации одного и того же классификатора для разных классов также сильно различается. Поскольку классификатор LSTM основан на разных функциях, а некоторые функции не связаны с некоторыми заболеваниями, он не имеет классификационного значения. Деревья решений на рисунке 8 получены в результате оптимального выбора различных эволюционных признаков с более сильными классификационными способностями, которые могут быть применены для построения RF. Чтобы проверить эффективность RF для классификации заболеваний, мы сравнили точность трех классификаторов с точностью RF (см. на рисунке 9A).Он содержит три кривые. Первый — это результаты тестирования шести классификаторов LSTM, а второй — результаты тестирования шести деревьев решений, построенных по алгоритму C4.5. Наконец, последняя кривая — это результат классификации RF, построенный по 20 деревьям решений. Для облегчения сравнения и уменьшения случайных факторов мы также строим шесть РФ и записываем точность классификации для каждого из них. На рисунке 9А показана точность классификации трех классификаторов для шести тестов группы образцов 3.

    Рис. 9. (A) Точность испытаний четырех классификаторов для группы образцов 3 (шесть точек на горизонтальной оси представляют шесть испытаний). (B) Три показателя эффективности классификации случайного леса. (C) Кривые рабочих характеристик приемника и значения AUC леса.

    Из рисунка 9А видно, что три классификатора имеют разные показатели точности для тестовых образцов. Показатели точности шести RF равны 0.96875, 0,96875, 0,96875, 0,96875, 0,9375 и 0,9375. В шести тестах из 32 образцов в группе тестирования числа правильной классификации составляют 31, 31, 31, 31, 30 и 30, что значительно выше, чем у других классификаторов, что свидетельствует о хорошей эффективности классификации заболеваний.

    Чтобы дополнительно оценить способность RF к классификации заболеваний, мы вычислили три ключевых показателя точности, отзыва и FScore для оценки производительности (рис. 9B), кривых ROC и значений AUC (рис. 9C).Все они показывают лучшую производительность, чем у других классификаторов.

    Обсуждение

    Медицинские исследования подтвердили, что информация о движении глаз связана с различными видами умственной деятельности и физическими заболеваниями. Однако из-за того, что механизм неясен, трудно напрямую связать характеристики движения глаз с распознаванием болезни. Поэтому методы медицинской диагностики, основанные на движении глаз, нецелесообразны, и особенно трудно различить множественные заболевания.Целью этого исследования является использование передовой технологии искусственного интеллекта для извлечения более ценных характеристик движения глаз с помощью метода контролируемого обучения. Чтобы установить взаимосвязь между заболеваниями и активностью глаз, информацию о движении глаз исследуют на предмет эффективности в отношении нарушений в рамках различных экспериментальных схем. Могут быть созданы более эффективные классификаторы болезней, чтобы выявить потенциальную ценность исследований движения глаз.

    Преимущество этого исследования заключается в том, что, используя способность алгоритма ИИ к обучению для образцов, функции могут быть автоматически оценены и выбраны без предварительных знаний о патологии.Эффективные отношения могут быть установлены с помощью экспериментальных схем для автоматического выделения признаков движения глаз и классификации заболеваний.

    Недостатки этого исследования заключаются в нескольких аспектах: во-первых, во время теста испытуемые должны бодрствовать, участвовать в тесте по мере необходимости и стараться держать голову неподвижно, что ограничивает возможности использования. Во-вторых, выборок слишком мало, что делает классификатор недостаточно надежным. В дальнейшей работе мы соберем больше выборок для обучения классификаторов, чтобы повысить надежность.Основываясь на изучении патологических знаний, мы можем представить более ценную экспериментальную схему и извлечь больше признаков для различения болезней. Будут изучены передовые методы классификации и кластеризации, чтобы улучшить способность классификаторов различать конкретные заболевания и, возможно, даже обнаруживать некоторые неизвестные заболевания.

    Заключение

    Чтобы использовать информацию о движении глаз для диагностики заболеваний, применяется технология искусственного интеллекта для самообучения и выделения признаков. Функции могут быть оценены и автоматически выбраны с помощью алгоритма контролируемого обучения.Было разработано множество экспериментальных схем, чтобы направлять испытуемых для отслеживания глаз во время записи видео движения глаз. Зрачок обнаруживается посредством обработки изображения, и получаются разнообразные оригинальные особенности движения глаз. Для каждой исходной функции устанавливается классификатор LSTM, а результаты классификации рассматриваются как эволюционные функции, которые применяются для построения деревьев решений и RF. Процесс построения ФР отражает эффективность оценки и выбора характеристик движения глаз, руководствуясь образцом меток.Экспериментальные результаты также демонстрируют эффективность этого метода и в значительной степени поощряют исследовательскую ценность и перспективность методов ИИ в диагностике заболеваний.

    Заявление о доступности данных

    Все наборы данных, представленные в этом исследовании, включены в статью/дополнительный материал.

    Заявление об этике

    Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Административным управлением университетской больницы Чунцина. Пациенты/участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

    Вклад авторов

    YM и LL разработали исследование. XC провел исследование. LL и YH собрали и проанализировали данные. YM и YH написали рукопись. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    Эта работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок (2018YFB2100100).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Мы благодарим всех испытуемых за их участие в этом исследовании и Джун Ху за его советы по рукописи.

    Ссылки

    Аканд, О., Риццо, Дж. Р., Рукер, Дж. К., Хасанай, Л., Галетта, С. Л., и Бальсер, Л. Дж. (2019). История и будущие направления проверки зрения при черепно-мозговой травме. J. Нейроофтальмол. 39, 68–81. doi: 10.1097/wno.0000000000000726

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Арчибальд, Н.К., Хаттон, С.Б., Кларк, М.П., ​​Мосиманн, У.П., и Берн, Д.Дж. (2013). Визуальное исследование при болезни Паркинсона и деменции при болезни Паркинсона. Мозг 136, 739–750.

    Академия Google

    Асгарпур, М., Техрани-Дуст, М., Ахмади, М., и Мошки, Х. (2015). Визуальное внимание к эмоциональному лицу при шизофрении: исследование слежения за взглядом. Иран. Журнал психиатрии 10, 13–18.

    Академия Google

    Кубар, О.А. (2016). Что мы знаем о движениях глаз при болезни Альцгеймера? Прошедшие 37 лет и будущие направления. Биомарк. Мед. 10, 677–680. doi: 10.2217/bmm-2016-0095

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Crevits, L., Hanse, M.C., Tummers, P., and Van Maele, G. (2000). Антисаккады и запоминающиеся саккады при легкой черепно-мозговой травме. Дж. Нейрол. 247, 179–182. дои: 10.1007/s004150050559

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Дегирменчи, Э., Бир, Л.С., и Ардич, Ф.Н. (2010). Клиническая и электронистагмографическая оценка вестибулярной симптоматики при рецидивирующе-ремиттирующем рассеянном склерозе. Нейрол. Рез. 32, 986–991. дои: 10.1179/016164110×126812405

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Дикришио, А.С., и Трояни, В. (2017). Адаптация зрачков соответствует количественным показателям признаков аутизма у детей. Научный представитель 7:6476.

    Академия Google

    Довиаш С., Бакаш Б., Эйнхойзер В., Леубе Д., Кирхер Т. и Бреммер Ф. (2016). Движения глаз больных шизофренией в естественной среде. евро. Арка психиатр. клин. Неврологи. 266, 43–54.

    Академия Google

    Дуке, А., и Васкес, К. (2018). Неспособность показать эффективность тренировки внимания с помощью точечного зонда при дисфории: данные исследования слежения за глазами. Дж. Клин. Психол. 74, 2145–2160. doi: 10.1002/jclp.22652

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Фернандес Г., Манес Ф., Полити Л. Е., Ороско Д., Шумахер М., Кастро Л. и др.(2016). Пациенты с легкой формой болезни Альцгеймера не могут использовать свою рабочую память: данные метода отслеживания взгляда. J. Alzheimers Dis. 50, 827–838. doi: 10.3233/jad-150265

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Джордано Д., Пино К., Кавасидис И., Спампинато К., Ди Пьетро М., Риццо Р. и соавт. (2017). «Компьютерная система на основе устройства отслеживания глаз для поддержки глазодвигательных исследований и исследований дефицита внимания», в материалах Proceedings of the 2017 IEEE 30th International Symposium on Computer-Based Medical Systems (Piscataway, NJ: IEEE) 538–543.

    Академия Google

    Хейтгер, М. Х., Андерсон, Т. Дж., и Джонс, Р. Д. (2002). Саккадные последовательности как маркеры церебральной дисфункции после легкой закрытой черепно-мозговой травмы. Прог. Мозг Res. 140, 433–448. doi: 10.1016/s0079-6123(02)40067-2

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Heitger, M.H., Anderson, T.J., Jones, R.D., Dalrymple-Alford, J.C., Frampton, C.M., and Ardagh, M.W. (2004). Нарушения движения глаз и зрительно-моторных движений рук после легкой закрытой черепно-мозговой травмы. Мозг 127, 575–590. doi: 10.1093/мозг/awh066

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Heitger, M.H., Jones, R.D., Dalrymple-Alford, JC, Frampton, C.M., Ardagh, M.W., и Anderson, T.J. (2006). Двигательный дефицит и восстановление в течение первого года после легкой закрытой черепно-мозговой травмы. Черепно-мозговая травма 20, 807–824. дои: 10.1080/0269

    00676354

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хайтгер, М.Х., Джонс, Р. Д., Маклеод, А. Д., Снелл, Д. Л., Фрэмптон, К. М., и Андерсон, Т. Дж. (2009). Нарушение движений глаз при постконтузионном синдроме указывает на субоптимальную функцию мозга, не зависящую от депрессии, симуляции или интеллектуальных способностей. Мозг 132, 2850–2870. дои: 10.1093/мозг/awp181

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хунфалвей, М., Робертс, К.-М., Мюррей, Н., Тьяги, А., Келли, Х., и Болте, Т. (2019). Горизонтальные и вертикальные саккады в собственном темпе как диагностический маркер черепно-мозговой травмы. Сотрясение мозга 4:Cnc60. doi: 10.2217/cnc-2019-0001

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Котари Р., Ян З., Канан К., Бейли Р., Пельц Дж. Б. и Диас Г. Дж. (2020). Взгляд в дикой природе: набор данных для изучения координации глаз и головы в повседневной деятельности. Науч. Респ. 10:2539.

    Академия Google

    Краус, М.Ф., Литтл, Д.М., Доннелл, А.Дж., Рейли, Дж.Л., Симонян, Н., и Суини, Дж.А. (2007). Глазодвигательная функция при хронической черепно-мозговой травме. Когн. Поведение Нейрол. 20, 170–178. doi: 10.1097/wnn.0b013e318142badb

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ли М., Лу С., Ван Г., Фэн Л., Фу Б. и Чжун Н. (2016). Облегчение отрицательного, а не положительного смещения внимания у пациентов с депрессией в стадии ремиссии: исследование слежения за глазами. Дж. Междунар. Мед. Рез. 44, 1072–1086. дои: 10.1177/0300060516662134

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Лим, Дж.К., Ли, К. Х., Хе, З., Вингрис, А. Дж., Вонг, В. Х., и Карриер, Н. (2016). Глаз как биомаркер болезни Альцгеймера. Фронт. Неврологи. 10:536. doi: 10.3389/fnins.2016.00536

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Malsert, J., Guyader, N., Chauvin, A., Polosan, M., Poulet, E., Szekely, D., et al. (2012). Антисаккады как последующий инструмент в терапии большого депрессивного расстройства: экспериментальное исследование. Психиатрия. Рез. 200, 1051–1053.doi: 10.1016/j.psychres.2012.05.007

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Морита К., Миура К., Фуджимото М., Ямамори Х., Ясуда Ю., Ивасэ М. и др. (2017). Движение глаз как биомаркер шизофрении: использование интегральной оценки движения глаз. Психиатр. клин. Неврологи. 71, 104–114. doi: 10.1111/pcn.12460

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Муриас М., Майор С., Давлантис К., Франц Л., Harris, A., Rardin, B., et al. (2018). Валидация показателей социального внимания по отслеживанию взгляда как потенциального биомаркера для клинических испытаний аутизма. Аутизм. Рез. 11, 166–174. doi: 10.1002/aur.1894

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Пирсон, Б. К., Армитаж, К. Р., Хорнер, К. В., и Карпентер, Р. Х. (2007). Саккадометрия: возможное применение измерения распределения латентности для мониторинга сотрясения мозга. Брит. Дж. Спорт. Мед. 41, 610–612. doi: 10.1136/bjsm.2007.036731

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Риццо, Дж. Р., Хадсон, Т. Е., Дай, В., Биркемайер, Дж., Паскулли, Р. М., Селесник, И., и соавт. (2016). Быстрое называние чисел при хроническом сотрясении мозга: движения глаз в тесте Кинга-Девика. Энн. клин. Перевод Нейр. 3, 801–811. doi: 10.1002/acn3.345

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Шэнфу Л., Сюй Дж. и Ли М.(2017). Оценки смещения внимания у пациентов с депрессией и влиянием возраста: контролируемое исследование с отслеживанием взгляда. Дж. Междунар. Мед. Рез. 45, 1518–1527. дои: 10.1177/0300060517708920

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Зильберг, Дж. Э., Агцидис, И., Старцев, М., Фассхауэр, Т., Силлинг, К., Шпренгер, А., и соавт. (2018). Бесплатное визуальное исследование природных фильмов о шизофрении. евро. Арка Психиатрия клин. Неврологи. 269, 407–418.doi: 10.1007/s00406-017-0863-1

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Вакил Э., Авив О., Мишаэль М., Швизер Ашкенази С. и Захер Ю. (2019). Прямые и косвенные измерения контекста у пациентов с черепно-мозговой травмой легкой и тяжелой степени (ЧМТ): дополнительный вклад отслеживания взгляда. Дж. Клин. Эксп. нейропсих. 41, 644–652. дои: 10.1080/13803395.2019.1604946

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Варгас-Куэнтас, Н.И., Роман-Гонсалес А., Гилман Р.Х., Барриентос Ф., Тинг Дж., Идальго Д. и соавт. (2017). Разработка алгоритма отслеживания взгляда как потенциального инструмента для ранней диагностики расстройств аутистического спектра у детей. PLoS One 12:e0188826. doi: 10.1371/journal.pone.0188826

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Wiener-Vacher, S.R., Wiener, S.I., Ajrezo, L., Obeid, R., Mohamed, D., Boizeau, P., et al. (2019). Головокружение и недостаточность конвергенции у детей: скрининг и лечение. Фронт. интегр. Нейроск. 13:25. doi: 10.3389/fnint.2019.00025

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Williams, I.M., Ponsford, J.L., Gibson, K.L., Mulhall, L.E., Curran, C.A., and Abel, L.A. (1997). Церебральный контроль саккад и результаты нейропсихологических тестов после черепно-мозговой травмы. Дж. Клин. Неврологи. 4, 186–196. doi: 10.1016/s0967-5868(97)-2

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Сюй, Х., Сяомин, Л., Сяньлу, К., и Янхонг, Ю. (2017a). Исследование движения глаз пациентов с депрессивным расстройством печени и синдромом застоя Ци. Подбородок. Арка традиц. Подбородок. Мед. 35, 889–891.

    Академия Google

    Сюй Ю., Тяньхун З. и Цзицзюнь В. Сяозе. (2017б). Прогресс исследования плавного следящего движения глаз при шизофрении. Дж. Междунар. Психиатрия 44, 395–397.

    Академия Google

    Ян, Х., Ю, Т., Яо, Дж., Тай, З., Ван, М. и Инь, З. (2015).Количественная оценка эффективности хирургического лечения врожденного идиопатического нистагма с помощью цифрового айтрекера. [Чжунхуа янь кэ дза чжи] Чис. Дж. Офтальмол. 51, 439–444.

    Академия Google

    Ю, Л., Ситянь, П., Шуай, X., и Хунъин, Л. (2016). Айтрекер, используемый для выявления шизофрении. Пекин Биомед. англ. 35, 639–644.

    Академия Google

    Занди А.С., Куддус А., Прест Л. и Комо Ф.Дж.Э. (2019). Ненавязчивое обнаружение сонливого вождения на основе данных отслеживания взгляда. Транспорт. Рез. Рек. 2673, 247–257. дои: 10.1177/0361198119847985

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Физика света и цвета. Человеческое зрение и цветовосприятие

    Стереоцветное зрение человека — очень сложный процесс, который до конца не изучен, несмотря на сотни лет интенсивных исследований и моделирования. Зрение предполагает почти одновременное взаимодействие двух глаз и мозга через сеть нейронов, рецепторов и других специализированных клеток.Первыми шагами в этом сенсорном процессе являются стимуляция световых рецепторов в глазах, преобразование световых стимулов или изображений в сигналы и передача электрических сигналов, содержащих зрительную информацию, от каждого глаза в мозг через зрительные нервы . Эта информация обрабатывается в несколько этапов, в конечном итоге достигая зрительной коры головного мозга.

    Человеческий глаз оснащен различными оптическими компонентами, включая роговицу, радужную оболочку, зрачок, водянистую и стекловидную жидкости, линзу с переменным фокусным расстоянием и сетчатку (как показано на рис. 1).Вместе эти элементы формируют изображения объектов, попадающих в поле зрения каждого глаза. При наблюдении объекта он сначала фокусируется через выпуклые роговицы и линзовые элементы, формируя перевернутое изображение на поверхности сетчатки , многослойной мембраны, содержащей миллионы светочувствительных клеток. Чтобы достичь сетчатки, световые лучи, сфокусированные роговицей, должны последовательно пройти водянистую влагу (в передней камере), хрусталик, студенистое стекловидное тело, а также сосудистый и нейрональный слои сетчатки, прежде чем они достигнут сетчатки. светочувствительные наружные сегменты колбочек и палочек.Эти фотосенсорные клетки обнаруживают изображение и преобразуют его в серию электрических сигналов для передачи в мозг.

    Несмотря на некоторые заблуждения из-за широкого спектра терминологии, используемой для описания анатомии глаза, именно роговица, а не хрусталик, отвечает за большую часть общей преломляющей силы глаза. Будучи гладкой и прозрачной, как стекло, но такой же гибкой и прочной, как пластик, передняя, ​​сильно изогнутая, прозрачная часть внешней стенки глазного яблока позволяет световым лучам, формирующим изображение, проходить внутрь.Роговица также защищает глаз, создавая физический барьер, защищающий внутреннюю часть глаза от микроорганизмов, пыли, волокон, химических и других вредных материалов. Хотя роговица намного тоньше по ширине, чем хрусталик, она обеспечивает около 65 процентов преломляющей способности глаза. Большая часть способности преломлять свет сосредоточена в центре роговицы, которая круглее и тоньше, чем периферические участки ткани.

    Являясь окном, контролирующим поступление света в глаз, роговица (рис. 2) необходима для хорошего зрения, а также действует как фильтр ультрафиолетового излучения.Роговица удаляет некоторые из наиболее вредных ультрафиолетовых длин волн, присутствующих в солнечном свете, тем самым дополнительно защищая очень восприимчивую сетчатку и хрусталик от повреждений. Если роговица искривлена ​​слишком сильно, как в случае близорукости, удаленные объекты будут казаться размытыми из-за несовершенного преломления света на сетчатке. При состоянии, известном как астигматизм , дефекты или неровности роговицы приводят к неравномерному преломлению, что приводит к искажению изображений, проецируемых на сетчатку.

    В отличие от большинства тканей тела, роговица не содержит кровеносных сосудов для питания или защиты от инфекции. Даже самые маленькие капилляры будут мешать точному процессу рефракции. Роговица получает питание от слез и водянистой влаги, которая заполняет камеры позади структуры. Внешний эпителиальный слой роговицы заполнен тысячами мелких нервных окончаний, что делает роговицу чрезвычайно чувствительной к боли при трении или царапании.Составляя около 10 процентов толщины ткани, эпителиальный слой роговицы блокирует попадание инородных тел в глаз, обеспечивая при этом гладкую поверхность для поглощения кислорода и питательных веществ. Центральный слой роговицы, известный как строма , составляет около 90 процентов ткани и состоит из водонасыщенной волокнистой белковой сети, которая обеспечивает прочность, эластичность и форму для поддержки эпителия. Питательные клетки дополняют оставшуюся часть слоя стромы.Поскольку строма имеет тенденцию поглощать воду, основная задача ткани эндотелия состоит в том, чтобы выкачивать лишнюю воду из стромы. Без этого нагнетающего действия строма набухала бы от воды, становилась мутной и, в конечном итоге, делала роговицу непрозрачной, делая глаз слепым.

    Частичная или полная потеря прозрачности хрусталиком или его капсулой приводит к распространенному состоянию, известному как катаракта . Катаракта является основной причиной слепоты во всем мире и представляет собой важную причину нарушения зрения в Соединенных Штатах.Развитие катаракты у взрослых связано с нормальным старением, воздействием солнечного света, курением, неправильным питанием, травмой глаза, системными заболеваниями, такими как диабет и глаукома, и нежелательными побочными эффектами от некоторых фармацевтических препаратов, включая стероиды. На ранних стадиях человек, страдающий катарактой, воспринимает мир как размытый или не в фокусе. Ясному зрению препятствует уменьшение количества света, попадающего на сетчатку, и помутнение изображения (из-за дифракции и светорассеяния), как будто человек наблюдает за окружающей средой сквозь туман или дымку (см. рис. 3).Удаление непрозрачного хрусталика во время операции по удалению катаракты с последующей заменой на пластиковую линзу ( имплантаты интраокулярной линзы ) часто приводит к коррекции зрения при несвязанных состояниях, таких как близорукость или дальнозоркость.

    Функция сетчатки аналогична комбинации цифрового датчика изображения (например, устройства с зарядовой связью (ПЗС)) с аналого-цифровым преобразователем, используемого в современных системах цифровых камер. Воспринимающие изображение рецепторы глаз, известные как палочки и колбочки , связаны с волокнами пучка зрительного нерва через ряд специализированных клеток, которые координируют передачу сигналов в мозг.Количество света, попадающего в каждый глаз, контролируется радужной оболочкой , круглой диафрагмой, которая широко открывается при низком уровне освещенности и закрывается для защиты зрачка (апертуры) и сетчатки при очень высоком уровне освещенности.

    При изменении освещения диаметр зрачка (расположенного перед хрусталиком) рефлекторно изменяется в пределах от 2 до 8 миллиметров, модулируя количество света, попадающего на сетчатку. При очень ярком освещении зрачок сужается и периферические участки преломляющих элементов исключаются из оптического пути.В результате световые лучи, формирующие изображение, сталкиваются с меньшим количеством аберраций, и изображение на сетчатке становится более четким. Очень узкий зрачок (примерно 2 миллиметра) создает дифракционные артефакты, которые размазывают изображение точечного источника на сетчатке.

    В головном мозге нервные волокна зрительных нервов от каждого глаза пересекаются в перекресте зрительных нервов , где визуальная информация от обеих сетчаток, проходящая параллельными путями, коррелирует, что-то вроде функции генератора коррекции временной развертки в цифровом видео магнитофон.Оттуда зрительная информация проходит через зрительный тракт к коленчатым латеральным ядрам коленчатого тела в таламусе , где сигналы распределяются через оптических лучей к двум зрительным корам , расположенным на нижний задний отдел каждой половины головного мозга . В нижних слоях коры информация от каждого глаза сохраняется в виде столбчатых полос глазного доминирования . По мере того, как зрительные сигналы передаются в верхние слои коры, информация от двух глаз объединяется и формируется бинокулярное зрение.При аномальных офтальмологических состояниях, таких как фория (смещение) глаз, включая косоглазие (более известное как косоглазие), нарушается стереозрение, а также осанка и восприятие глубины. В тех случаях, когда офтальмологическая хирургия не оправдана, призматические линзы, установленные в очках, могут исправить некоторые из этих аномалий. Причинами прерывания бинокулярного слияния могут быть черепно-мозговая или родовая травма, нервно-мышечное заболевание или врожденные дефекты.

    Центральная ямка расположена в области вблизи центра сетчатки и расположена непосредственно вдоль оптической оси каждого глаза.Известная также как «желтое пятно», ямка небольшая (менее 1 квадратного миллиметра), но очень специализированная. Эти области содержат исключительно плотно упакованные колбочки высокой плотности (более 200 000 колбочек на квадратный миллиметр у взрослых людей; см. рис. 4). Центральная ямка является областью самого острого зрения и обеспечивает максимальное разрешение пространства (пространственное разрешение), контрастность и цвет. Каждый глаз населен примерно семью миллионами колбочек, очень тонких (диаметром 3 микрометра) и удлиненных.Плотность клеток колбочек уменьшается за пределами центральной ямки по мере того, как отношение палочек к клеткам колбочек постепенно увеличивается (рис. 4). На периферии сетчатки общее число обоих типов световых рецепторов существенно снижается, что вызывает резкую потерю зрительной чувствительности на границах сетчатки. Это компенсируется тем фактом, что люди постоянно сканируют объекты в поле зрения (из-за непроизвольных быстрых движений глаз), в результате чего воспринимаемое изображение остается одинаково четким. Фактически, когда изображение не может перемещаться относительно сетчатки (с помощью оптического фиксирующего устройства), глаз перестает воспринимать изображение через несколько секунд.

    Расположение сенсорных рецепторов в наружных сегментах сетчатки частично определяет предел разрешающей способности в различных областях глаза. Для разрешения изображения ряд менее стимулированных фоторецепторов должен быть помещен между двумя рядами фоторецепторов, которые сильно стимулируются. В противном случае невозможно различить, возникла ли стимуляция от двух близко расположенных изображений или от одного изображения, охватывающего два ряда рецепторов. С межцентровым расстоянием от 1.5 и 2 микрометра для колбочек в центральной ямке, оптические стимулы, имеющие расстояние примерно от 3 до 4 микрометров, должны производить на сетчатке разрешимый набор интенсивностей. Для справки: радиус первого минимума дифракционной картины, формируемой на сетчатке, составляет около 4,6 микрометра при длине волны 550 нанометров и диаметре зрачка 2 миллиметра. Таким образом, расположение чувствительных элементов в сетчатке будет определять предельную разрешающую способность глаза. Другой фактор, называемый остротой зрения (способность глаза обнаруживать мелкие объекты и разрешать их разделение), зависит от многих параметров, включая определение термина и метод измерения остроты зрения.Над сетчаткой острота зрения обычно самая высокая в центральной ямке, которая охватывает поле зрения примерно на 1,4 градуса.

    Пространственное расположение клеток-палочек и колбочек и их связь с нейронами сетчатки представлены на рисунке 5. Клетки-палочки, содержащие только фотопигмент родопсин , обладают максимальной чувствительностью к сине-зеленому свету (длина волны около 500 нанометров). ), хотя они демонстрируют широкий диапазон отклика во всем видимом спектре. Это наиболее распространенные клетки зрительного рецептора, каждый глаз содержит около 125-130 миллионов палочек.Светочувствительность палочек примерно в 1000 раз выше, чем у колбочек. Однако изображения, генерируемые только стимуляцией стержня, относительно нерезкие и ограничиваются оттенками серого, подобными тем, которые можно найти на черно-белом фотографическом изображении с мягким фокусом. Палочковое зрение обычно называют скотопическим или сумеречным зрением, потому что в условиях низкой освещенности можно различать формы и относительную яркость объектов, но не их цвета. Этот механизм адаптации к темноте позволяет обнаруживать потенциальных жертв и хищников по форме и движению у широкого спектра позвоночных.

    Реакция зрительной системы человека является логарифмической, а не линейной, что приводит к способности воспринимать невероятный диапазон яркости (межсценовый динамический диапазон ) более 10 декад. Средь бела дня люди могут визуализировать объекты в ярком солнечном свете, а ночью большие объекты можно обнаружить при свете звезд, когда луна темная. При пороговой чувствительности человеческий глаз может обнаружить присутствие около 100-150 фотонов сине-зеленого света (500 нанометров), попадающих в зрачок.Для верхних семи декад яркости преобладает фотопическое зрение, и именно колбочки сетчатки в первую очередь отвечают за фоторецепцию. Напротив, нижние четыре декады яркости, называемые скотопическим зрением, контролируются палочками.

    Адаптация глаза позволяет зрению функционировать при таких крайних значениях яркости. Однако в течение промежутка времени, предшествующего адаптации, люди могут ощущать диапазон яркости, охватывающий лишь около трех десятков лет.Несколько механизмов отвечают за способность глаза адаптироваться к высокому диапазону уровней яркости. Адаптация может происходить за секунды (за счет начальной зрачковой реакции) или может занять несколько минут (при адаптации к темноте), в зависимости от уровня изменения яркости. Полная чувствительность колбочек достигается примерно через 5 минут, тогда как для адаптации от умеренной фотопической чувствительности к полной скопической чувствительности, продуцируемой палочками, требуется около 30 минут.

    При полной адаптации к свету человеческий глаз реагирует на длину волны от 400 до 700 нанометров с пиковой чувствительностью на 555 нанометрах (в зеленой области спектра видимого света).Глаз, адаптированный к темноте, реагирует на более низкий диапазон длин волн между 380 и 650 нанометрами, с пиком на 507 нанометрах. И для фотопического, и для скоптического зрения эти длины волн не являются абсолютными, а меняются в зависимости от интенсивности света. Пропускание света через глаз становится все ниже при более коротких длинах волн. В сине-зеленой области (500 нанометров) только около 50 процентов света, попадающего в глаз, достигает точки изображения на сетчатке. При 400 нанометрах это значение снижается до скудных 10 процентов даже в молодом глазу.Рассеяние и поглощение света элементами хрусталика способствует дальнейшей потере чувствительности в дальней синей области.

    Колбочки состоят из трех типов клеток, каждая из которых «настроена» на определенную длину волны с максимальной длиной волны 430, 535 или 590 нанометров. Основой для отдельных максимумов является использование трех различных фотопигментов, каждый из которых имеет характерный спектр поглощения видимого света. Фотопигменты изменяют свою конформацию при обнаружении фотона, что позволяет им реагировать с трансдуцином , чтобы инициировать каскад визуальных событий.Трансдуцин представляет собой белок, находящийся в сетчатке и способный эффективно преобразовывать световую энергию в электрический сигнал. Популяция клеток-колбочек намного меньше, чем клеток-палочек, при этом каждый глаз содержит от 5 до 7 миллионов этих цветовых рецепторов. Истинное цветовое зрение индуцируется стимуляцией колбочек. Относительная интенсивность и распределение длины волны света, воздействующего на каждый из трех типов колбочковых рецепторов, определяет отображаемый цвет (в виде мозаики) способом, сравнимым с аддитивным видеомонитором RGB или цветной ПЗС-камерой.

    Луч света, который содержит в основном коротковолновое синее излучение, стимулирует клетки колбочек, которые реагируют на свет с длиной волны 430 нм, в гораздо большей степени, чем два других типа колбочек. Этот луч активирует пигмент синего цвета в определенных колбочках, и этот свет воспринимается как синий. Свет с большей частью длин волн около 550 нанометров воспринимается как зеленый, а луч, содержащий в основном длину волны 600 нанометров или больше, визуализируется как красный. Как упоминалось выше, чистое колбочковое зрение называется фотопическим зрением и доминирует при нормальном уровне освещенности как в помещении, так и на улице.Большинство млекопитающих являются дихроматами , обычно способными различать только голубоватые и зеленоватые компоненты цвета. Напротив, некоторые приматы (в первую очередь люди) демонстрируют 90 479 трихроматических цветов 90 482 со значительной реакцией на красный, зеленый и синий световые стимулы.

    На рисунке 6 показаны спектры поглощения четырех зрительных пигментов человека, которые показывают максимумы в ожидаемых красных, зеленых и синих областях спектра видимого света. Когда все три типа колбочек стимулируются одинаково, свет воспринимается как ахроматический или белый.Например, полуденный солнечный свет кажется людям белым светом, потому что он содержит примерно равное количество красного, зеленого и синего света. Превосходной демонстрацией цветового спектра солнечного света является перехват света стеклянной призмой, которая преломляет (или изгибает) различных длин волн в разной степени, распределяя свет на составляющие его цвета. Восприятие цвета человеком зависит от взаимодействия всех рецепторных клеток со светом, и эта комбинация приводит к почти трехцветной стимуляции.Существуют сдвиги в цветовой чувствительности при изменении уровня освещенности, так что синие цвета выглядят относительно ярче при тусклом свете, а красные цвета выглядят ярче при ярком свете. Этот эффект можно наблюдать, направив фонарик на цветной отпечаток, в результате чего красные цвета внезапно станут намного ярче и насыщеннее.

    В последние годы учет зрительной чувствительности человека к цвету привел к изменениям в давней практике окрашивания машин экстренных служб, таких как пожарные машины и машины скорой помощи, полностью в красный цвет.Хотя цвет предназначен для того, чтобы транспортные средства было легко увидеть и на них можно было реагировать, распределение длины волны не очень хорошо видно при слабом освещении и кажется почти черным ночью. Человеческий глаз гораздо более чувствителен к желто-зеленым или подобным оттенкам, особенно ночью, и теперь большинство новых машин скорой помощи, по крайней мере, частично окрашены в яркий желтовато-зеленый или белый цвет, часто сохраняя некоторые красные блики в интересах традиции.

    При стимуляции только одного или двух типов колбочек диапазон воспринимаемых цветов ограничен.Например, если узкая полоса зеленого света (от 540 до 550 нанометров) используется для стимуляции всех клеток колбочек, только те, которые содержат зеленые фоторецепторы, будут реагировать, вызывая ощущение видения зеленого цвета. Зрительное восприятие человеком основных субтрактивных цветов, таких как желтый, может возникать одним из двух способов. Если красные и зеленые колбочки одновременно стимулируются монохроматическим желтым светом с длиной волны 580 нанометров, рецепторы колбочек реагируют почти одинаково, потому что их спектральное перекрытие поглощения примерно одинаково в этой области спектра видимого света.Такое же цветовое ощущение может быть достигнуто путем индивидуальной стимуляции красных и зеленых клеток колбочек смесью различных красных и зеленых длин волн, выбранных из областей спектров поглощения рецепторов, которые не имеют значительного перекрытия. Результатом в обоих случаях является одновременная стимуляция красных и зеленых колбочек для создания ощущения желтого цвета, хотя конечный результат достигается двумя разными механизмами. Способность воспринимать другие цвета требует стимуляции одного, двух или всех трех типов колбочек в разной степени соответствующей палитрой длин волн.

    Хотя в зрительной системе человека имеется три типа клеток-колбочек с соответствующими цветовыми пигментами, а также световосприимчивые клетки-палочки для скотопического зрения, именно человеческий мозг компенсирует различия длины волны света и источников света при восприятии цвета. Метамеры представляют собой пары различных спектров света, воспринимаемые человеческим мозгом как один и тот же цвет. Интересно, что цвета, интерпретируемые человеком как одинаковые или похожие, иногда легко различимы другими животными, особенно птицами.

    Промежуточные нейроны, передающие визуальную информацию между сетчаткой и мозгом, не просто связаны один к одному с сенсорными клетками. Каждая колбочка и палочка в центральной ямке посылает сигналы, по крайней мере, трем биполярным клеткам, тогда как в более периферических областях сетчатки сигналы от большого количества палочек сходятся к одной ганглиозной клетке. Пространственное разрешение во внешних частях сетчатки ухудшается из-за наличия большого количества палочек, питающих один канал, но участие многих сенсорных клеток в улавливании слабых сигналов значительно улучшает пороговую чувствительность глаза.Эта особенность человеческого глаза в чем-то аналогична результату объединения и в системах цифровых ПЗС-камер с медленной разверткой.

    Сенсорные, биполярные и ганглиозные клетки сетчатки также взаимосвязаны с другими нейронами, образуя сложную сеть путей торможения и возбуждения. В результате сигналы от 5-7 миллионов колбочек и 125 миллионов палочек в сетчатке человека обрабатываются и транспортируются в зрительную кору только примерно 1 миллионом миелинизированных волокон зрительного нерва.Глазные мышцы стимулируются и контролируются ганглиозными клетками латерального коленчатого тела , которое действует как контроль обратной связи между сетчаткой и зрительной корой.

    Сложная сеть возбуждающих и тормозных путей в сетчатке организована в трех слоях нейронных клеток, возникающих из определенной области мозга во время эмбрионального развития. Эти схемы и контуры обратной связи приводят к сочетанию эффектов, обеспечивающих резкость краев, усиление контраста, пространственное суммирование, усреднение шума и другие формы обработки сигналов, возможно, в том числе и некоторые, которые еще не были обнаружены.В человеческом зрении значительная часть обработки изображений происходит в мозгу, но сама сетчатка также участвует в широком спектре задач обработки.

    В другом аспекте человеческого зрения, известном как цветовая инвариантность , цвет или оттенок серого объекта не меняется в широком диапазоне яркости. В 1672 году сэр Исаак Ньютон продемонстрировал инвариантность цвета в зрительном восприятии человека и дал ключи к классической теории восприятия цвета и нервной системы.Эдвин Х. Лэнд, основатель Polaroid Corporation, предложил теорию цветового зрения Retinex , основанную на его наблюдениях за цветовой инвариантностью. Пока цвет (или значение серого) просматривается при соответствующем освещении, цветовое пятно не меняет свой цвет даже при изменении яркости сцены. В этом случае градиент освещения в сцене не изменяет воспринимаемый цвет или оттенок серого пятна. Если уровень яркости достигает порога скотопического или сумеречного зрения, ощущение цвета исчезает.В алгоритме Лэнда вычисляются значения яркости окрашенных областей, и энергия в определенной области сцены сравнивается со всеми другими областями сцены для этого диапазона волн. Вычисления выполняются три раза, по одному для каждого диапазона волн (длинная волна, короткая волна и средняя волна), и результирующий триплет значений яркости определяет положение области в трехмерном цветовом пространстве , определяемом теорией Retinex. .

    Термин «дальтонизм» является своего рода неправильным употреблением, поскольку он широко используется в разговорной речи для обозначения любых трудностей с различением цветов.Истинная цветовая слепота, или неспособность видеть любой цвет, встречается крайне редко, хотя целых 8 процентов мужчин и 0,5 процента женщин рождаются с той или иной формой дефекта цветового зрения (см. Таблицу 1). Наследственные нарушения цветового зрения обычно являются результатом дефектов фоторецепторных клеток сетчатки, нейромембраны, которая функционирует как визуализирующая поверхность в задней части глаза. Дефекты цветового зрения также могут быть приобретены в результате болезни, побочных эффектов некоторых лекарств или в результате нормальных процессов старения, и эти дефекты могут поражать другие части глаза, помимо фоторецепторов.

    Нормальные колбочки и чувствительность к пигменту позволяют человеку различать все различные цвета, а также тонкие сочетания оттенков. Этот тип нормального цветового зрения известен как трихромазия и основан на взаимном взаимодействии перекрывающихся диапазонов чувствительности всех трех типов колбочек фоторецепторов. Легкий дефицит цветового зрения возникает, когда пигмент в одном из трех типов колбочек имеет дефект, и его пиковая чувствительность смещается к другой длине волны, что приводит к дефекту зрения, называемому аномальной трихроматией , одной из трех широких категорий дефекта цветового зрения. Дихромазия , более тяжелая форма дальтонизма или цветового дефицита, возникает, когда один из пигментов имеет серьезные отклонения в своих характеристиках поглощения или конкретный пигмент вообще не был произведен. Полное отсутствие цветоощущения, или монохроматизм , встречается крайне редко, но люди с полной цветовой слепотой (палочковые монохроматы) видят лишь разную степень яркости, а мир предстает в черном, белом и оттенках серого. Это состояние возникает только у людей, которые наследуют ген расстройства от обоих родителей.

    Дихроматы могут различать некоторые цвета, поэтому в повседневной жизни они менее подвержены влиянию, чем монохроматы, но обычно они осознают, что у них проблемы с цветовым зрением. Дихроматию подразделяют на три типа: протанопия , дейтеранопия и тританопия (см. рис. 7). Примерно два процента мужского населения наследует один из первых двух типов, а третий встречается гораздо реже.

    Тест на дальтонизм Ишихара

    Дальтонизм, нарушение нормального функционирования человеческого фотопического зрения, может быть вызвано множеством состояний, включая генетические, биохимические, физические повреждения и болезни.В этом интерактивном учебном пособии исследуется и моделируется, как полноцветные изображения выглядят для людей с дальтонизмом, и сравниваются эти изображения с диагностическим тестом на дальтонизм Исихара.

    Протанопия — это красно-зеленый дефект, возникающий в результате потери чувствительности к красному цвету, что приводит к отсутствию воспринимаемой разницы между красным, оранжевым, желтым и зеленым цветом. Кроме того, яркость красного, оранжевого и желтого цветов резко снижается по сравнению с нормальным уровнем. Эффект пониженной интенсивности может привести к тому, что красный свет светофора будет казаться темным (неосвещенным), а красный цвет (в целом) — черным или темно-серым.Протанопы часто учатся правильно отличать красный от зеленого и красный от желтого, в первую очередь основываясь на их кажущейся яркости, а не на какой-либо заметной разнице в оттенках. Зеленый обычно кажется этим людям светлее красного. Поскольку красный свет возникает на одном конце видимого спектра, чувствительность двух других типов колбочек мало перекрывается, и люди с протанопией имеют выраженную потерю чувствительности к свету на длинноволновом (красном) конце спектра.Люди с этим дефектом цветового зрения могут различать синий и желтый цвета, но лавандовый, фиолетовый и пурпурный нельзя отличить от различных оттенков синего из-за ослабления красного компонента в этих оттенках.

    Люди с дейтеранопией, которая представляет собой потерю чувствительности к зеленому, имеют многие из тех же проблем с распознаванием оттенков, что и протанопы, но имеют довольно нормальный уровень чувствительности в видимом спектре. Из-за расположения зеленого света в центре спектра видимого света и перекрывающихся кривых чувствительности колбочковых рецепторов существует некоторая реакция красных и синих фоторецепторов на волны зеленого цвета.Хотя дейтеранопия связана, по крайней мере, с яркостной реакцией на зеленый свет (и с небольшим аномальным снижением интенсивности), названия красный, оранжевый, желтый и зеленый кажутся дейтеранопу слишком большим количеством терминов для обозначения цветов, которые кажутся одинаковыми. Точно так же люди с этим дефектом цветового зрения не различают синий, фиолетовый, пурпурный и лавандовый цвета.

    Цветная слепота и причины
    0 2
    Заболеваемость

    (%)
    аномальный трихроматность 6.0
    Protanomaly Аномальные Красно-зондированию Пигмент 1,0
    Deuteranomaly Аномальные Зеленый-зондирования Пигмент 5,0
    Tritanomaly Аномальный синий пигмент 0,0001
    Дихроматичность 2  1
    Протанопия Отсутствует Красно-зондированию Пигмент 1,0
    Дейтеранопия Отсутствует Зеленый-зондированию Пигмент 1,1
    Тританопия отсутствуют голубой пигмент 0,001
    стержень монохромность Нет функционирующих конусов <0.0001
    Таблица 1

    Тританопия — это отсутствие чувствительности к синему, функционально вызывающее сине-желтый дефект цветового зрения. Люди с этим дефицитом не могут различать синий и желтый цвета, но замечают разницу между красным и зеленым. Заболевание довольно редкое и встречается примерно в равной степени у обоих полов. Тританопы обычно не испытывают таких трудностей при выполнении повседневных задач, как люди с любым из красно-зеленых вариантов дихроматии.Поскольку синие длины волн встречаются только на одном конце спектра, а чувствительность двух других типов колбочек мало перекрывается, полная потеря чувствительности по всему спектру может быть довольно серьезной при этом состоянии.

    Когда колбочковый рецептор теряет чувствительность, но колбочки все еще функционируют, возникающие нарушения цветового зрения считаются аномальной трихроматией и классифицируются так же, как и дихроматические типы. Путаница часто возникает из-за того, что эти состояния называются одинаково, но к ним добавляется суффикс, производный от термина аномалия .Таким образом, protanomaly и deuteranomaly вызывают проблемы с распознаванием оттенков, которые подобны дефектам красно-зеленой дихроматии, хотя и не столь выражены. Протаномалия считается «красной слабостью» цветового зрения, при этом красный (или любой цвет, имеющий красный компонент) визуализируется как более светлый, чем обычно, а оттенки смещаются в сторону зеленого. Дейтераномальный человек проявляет «зеленую слабость» и испытывает аналогичные трудности в различении небольших вариаций оттенков, попадающих в красную, оранжевую, желтую и зеленую области видимого спектра.Это происходит потому, что оттенки кажутся сдвинутыми в сторону красного. Напротив, у дейтераномальных людей нет дефекта потери яркости, который сопровождает протаномалию. Многие люди с этими аномальными вариантами трихроматии не испытывают особых трудностей при выполнении задач, требующих нормального цветового зрения, а некоторые могут даже не осознавать, что их цветовое зрение нарушено. Тританомалия , или голубая слабость, не зарегистрирована как наследственный дефект. В тех немногих случаях, когда дефицит был выявлен, считается, что он приобретен, а не унаследован.Некоторые заболевания глаз (например, глаукома, поражающая синие колбочки) могут привести к тританомалии. Периферическая потеря синих колбочек наиболее распространена при этих заболеваниях.

    Несмотря на ограничения, у дальтоников есть некоторые преимущества остроты зрения, такие как повышенная способность различать замаскированные объекты. Контуры, а не цвета, отвечают за распознавание образов, и улучшение ночного зрения может произойти из-за определенных недостатков цветового зрения. По этим причинам в армии высоко ценятся дальтоники-снайперы и корректировщики.В начале 1900-х годов, чтобы оценить аномальное цветовое зрение человека, был разработан аномалоскоп Нагеля. Используя этот инструмент, наблюдатель манипулирует ручками управления, чтобы сопоставить два цветных поля по цвету и яркости. Другой метод оценки, псевдоизохроматический пластиночный тест Исихары на дальтонизм, названный в честь доктора Синобу Исихара, различает нормальное цветовое зрение и дальтонизм на красно-зеленый цвет (как показано в руководстве и на рисунке 7). Испытуемый с нормальным цветовым зрением может обнаружить разницу оттенков между фигурой и фоном.Для наблюдателя с дефицитом красно-зеленого цвета пластины кажутся изохроматическими без различия между фигурами и узором.

    Как естественная часть процесса старения, человеческий глаз начинает иначе воспринимать цвета в более поздние годы, но не становится «дальтоником» в истинном смысле этого слова. Старение приводит к пожелтению и потемнению хрусталика и роговицы, дегенеративным эффектам, которые также сопровождаются уменьшением размера зрачка. При пожелтении поглощаются более короткие длины волн видимого света, поэтому оттенки синего кажутся темнее.Как следствие, пожилые люди часто испытывают трудности с различением цветов, которые отличаются главным образом содержанием синего, например, синий и серый или красный и фиолетовый. В возрасте 60 лет, по сравнению со зрительной эффективностью 20-летнего человека, только 33 процента света, падающего на роговицу, достигает фоторецепторов сетчатки. Это значение падает примерно до 12,5 процентов к середине 70-х годов.

    Аккомодация человеческого глаза

    Аккомодация глаза относится к физиологическому акту регулировки элементов хрусталика для изменения преломляющей силы и резкого фокусирования объектов, находящихся ближе к глазу.В этом учебном пособии рассматриваются изменения в структуре хрусталика при перемещении объектов относительно глаза.

    Аккомодация глаза относится к процессу физиологической адаптации элемента хрусталика для изменения преломляющей способности и резкого фокусирования объектов, находящихся ближе к глазу. Световые лучи, первоначально преломленные на поверхности роговицы, после прохождения через хрусталик в дальнейшем сходятся. Во время аккомодации сокращение цилиарных мышц ослабляет напряжение хрусталика, что приводит к изменению формы прозрачной и эластичной ткани, а также к ее небольшому перемещению вперед.Чистый эффект изменений хрусталика состоит в том, чтобы отрегулировать фокусное расстояние глаза, чтобы точно сфокусировать изображение на светочувствительном слое клеток, находящихся в сетчатке. Аккомодация также ослабляет напряжение, прикладываемое к хрусталику волокнами цинновых связок, и позволяет передней поверхности хрусталика увеличить свою кривизну. Повышенная степень преломления в сочетании с небольшим смещением вперед положения линзы фокусирует объекты, расположенные ближе к глазу.

    Фокус в глазу контролируется комбинацией элементов, включая радужную оболочку, хрусталик, роговицу и мышечную ткань, которые могут изменять форму хрусталика, чтобы глаз мог фокусироваться как на близких, так и на удаленных объектах.Однако в некоторых случаях эти мышцы не работают должным образом или форма глаза слегка изменена, а фокус не пересекается с сетчаткой (состояние, называемое конвергентным зрением ). С возрастом хрусталик становится тверже и не может быть правильно сфокусирован, что приводит к ухудшению зрения. Если точка фокусировки не попадает на сетчатку, это состояние называется близорукостью или близорукостью , и люди с этим недугом не могут фокусироваться на удаленных объектах.В случаях, когда фокус находится за сетчаткой, у глаза возникают проблемы с фокусировкой на близлежащих объектах, что создает состояние, известное как дальнозоркость или гиперметропия . Эти неисправности глаза обычно можно исправить с помощью очков (рис. 8), используя вогнутую линзу для лечения миопии и выпуклую линзу для лечения дальнозоркости.

    Конвергентное зрение не является полностью физиологическим, и на него может повлиять тренировка, если глаза здоровы. Повторяющиеся процедуры могут быть использованы для развития сильного конвергентного зрения.Спортсмены, такие как бейсболисты, имеют хорошо развитое конвергентное зрение. При каждом движении два глаза должны переводиться в унисон, чтобы сохранить бинокулярное зрение, с точным и отзывчивым нервно-мышечным аппаратом, который обычно не подвержен утомлению, контролирующим их подвижность и координацию. Изменения в конвергенции глаз или движении головы учитываются в расчетах, выполняемых сложной системой глаз, чтобы произвести надлежащие нейронные входы в глазные мышцы. Движение глаза на 10 градусов может быть завершено примерно за 40 миллисекунд, при этом вычисления происходят быстрее, чем глаз может достичь намеченной цели.Небольшие движения глаз известны как саккад , а более крупные движения из одной точки в другую называются версиями .

    Зрительная система человека должна не только обнаруживать свет и цвет, но и как оптическая система должна различать различия между объектами или между объектом и его фоном. Известная как физиологический контраст или различение контраста , взаимосвязь между видимой яркостью двух объектов, которые видны либо одновременно ( одновременный контраст ), либо последовательно ( последовательный контраст ) на фоне, может или может не быть одинаковым.В зрительной системе человека контраст снижается в темноте окружающей среды и у людей, страдающих от нарушений цветового зрения, таких как дальтонизм на красный и зеленый цвета. Контраст зависит от бинокулярного зрения, остроты зрения и обработки изображений зрительной корой головного мозга. Низкоконтрастный объект, который невозможно отличить от фона, если он не движется, считается замаскированным . Однако люди с дальтонизмом часто могут обнаруживать замаскированные объекты из-за улучшенного палочного зрения и потери вводящих в заблуждение цветовых сигналов.Увеличение контраста приводит к увеличению видимости, а количественное числовое значение контраста обычно выражается в процентах или отношениях. В оптимальных условиях человеческий глаз едва заметит наличие двухпроцентного контраста.

    Человеческим зрением видимое увеличение контраста воспринимается в узкой зоне по обе стороны от границы между двумя областями разной яркости и/или цветности. В конце девятнадцатого века французский физик Мишель Эжен Шеврель открыл одновременный контраст.В качестве особой функции зрительного восприятия человека выделяются края или контур объекта, что отделяет объект от фона и облегчает ориентацию в пространстве. При расположении на ярком фоне область на краю темного объекта кажется светлее, чем остальная часть фона (фактически контрастность увеличивается). При таком феномене восприятия цвет с самым сильным контрастом, дополнительный цвет, создается (мозгом) на краю. Поскольку цвет и его дополнение воспринимаются одновременно, эффект известен как одновременный контраст .Границы и другие демаркационные линии, разделяющие контрастные области, имеют тенденцию уменьшать эффект (или оптический обман ) за счет устранения краевого контраста. Многие формы оптической микроскопии, в первую очередь фазово-контрастное освещение, используют эти особенности зрительной системы человека. За счет увеличения физического контраста изображения без необходимости изменения объекта с помощью окрашивания или другого метода фазово-контрастный образец защищен от повреждения или гибели (в случае живых образцов).

    пространственно-частотную характеристику человеческого глаза можно оценить, определив способность обнаруживать серию полосок на модулированной синусоидальной решетке. На тестовых решетках чередуются области (полосы) светлого и темного, которые линейно возрастают от более высоких частот к более низким по горизонтальной оси, а контрастность уменьшается логарифмически сверху вниз. Граница полос, которые могут быть различимы людьми с нормальным зрением, составляет от 7 до 10 циклов на градус.Для ахроматического зрения, когда пространственная частота очень низкая (широкий интервал между линиями), требуется высокая контрастность для обнаружения синусоидально изменяющейся интенсивности. По мере увеличения пространственной частоты люди могут обнаруживать периоды с меньшим контрастом, достигая пика около 8 циклов на градус в поле зрения. За пределами этой точки снова требуется более высокий контраст для обнаружения более тонких синусоидальных полос.

    Исследование передаточной функции модуляции ( MTF ) зрительной системы человека показывает, что контраст, необходимый для обнаружения изменения яркости в стандартизированных синусоидальных решетках, увеличивается как на более высоких, так и на более низких пространственных частотах.В этом отношении глаз ведет себя совершенно иначе, чем простое устройство обработки изображений (например, пленочная камера или ПЗС-сенсор). Передаточная функция модуляции простой сфокусированной системы камер показывает максимальную модуляцию на нулевой пространственной частоте, при этом степень модуляции падает более или менее монотонно до нуля на частоте среза камеры.

    Когда яркость сцены периодически колеблется несколько раз в секунду (как это происходит с экранами телевизоров и мониторов компьютеров), люди испытывают раздражающее ощущение, как будто последовательные сцены не связаны друг с другом.При увеличении частоты колебаний раздражение усиливается и достигает максимума на отметке 10 герц, особенно при чередовании ярких вспышек освещения с темнотой. На более высоких частотах сцена больше не кажется разрозненной, а объекты, перемещающиеся из одной сцены в другую, теперь воспринимаются как плавно движущиеся. Обычно называемое мерцанием , раздражающее ощущение мерцания света может сохраняться до 50-60 Гц. За пределами определенной частоты и яркости, известной как критическая частота мерцания ( CFF ), мерцание экрана больше не воспринимается.Это основная причина, по которой увеличение частоты обновления монитора компьютера с 60 до 85–100 герц обеспечивает стабильное изображение без мерцания.

    Достижения в технологии производства полупроводников, особенно комплементарных металл-оксидных полупроводников ( CMOS ) и биполярных CMOS ( BiCMOS ), привели к появлению нового поколения миниатюрных фотодатчиков, которые отличаются исключительным динамическим диапазоном и быстрым откликом. В последнее время для моделирования работы сетчатки глаза человека были организованы массивы сенсорных микросхем CMOS.Эти так называемые глазные чипы , объединяющие оптику, человеческое зрение и микропроцессоры, продвигают офтальмологию через новую область оптобионики . Повреждения сетчатки в результате изнурительных заболеваний зрения, таких как пигментный ретинит и дегенерация желтого пятна , а также старение и травмы сетчатки, которые лишают зрения, исправляются с помощью имплантированных глазных чипов. Кремниевые глазные чипы содержат около 3500 миниатюрных детекторов света, прикрепленных к металлическим электродам, которые имитируют функции человеческих палочек и колбочек.Детекторы света поглощают падающий свет, преломляемый роговицей и хрусталиком, и производят небольшое количество электрического заряда, который стимулирует нейроны сетчатки. Имея диаметр два миллиметра (см. рис. 9), сменная сетчатка вдвое тоньше обычного листа бумаги и имплантируется в карман под поврежденной сетчаткой.

    В качестве альтернативы глазному чипу протез сетчатки с использованием процессора цифровых сигналов и камеры, установленной на очках, захватывает и передает изображение объекта или сцены.По беспроводной связи изображение отправляется на встроенный чип приемника, расположенный рядом со слоями сетчатки, где нервные импульсы отправляются в мозг. Однако искусственная сетчатка не лечит глаукому или нарушения зрения, которые повреждают нервные волокна, ведущие к зрительному нерву. По мере развития оптобионики растет и научное понимание сложной зрительной системы человека.

    Соавторы

    Кеннет Р. Спринг — Научный консультант, Лусби, Мэриленд, 20657.

    Томас Дж.Феллерс и Майкл В. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 г. Восток Пол Дирак Доктор, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

    Как работает глаз свет отражается от объекта, на который мы смотрим, и попадает в глаз. Когда он попадает в глаз, свет не сфокусирован. Первым шагом к видению является фокусировка световых лучей на сетчатке, которая представляет собой светочувствительный слой, находящийся внутри глаза.Как только свет сфокусирован, он стимулирует клетки посылать миллионы электрохимических импульсов по зрительному нерву в мозг. Часть мозга в задней части головы интерпретирует импульсы, позволяя нам видеть объект.

    Свет, преломление и его значение.
    Свет, попадающий в глаз, сначала преломляется или преломляется роговицей — прозрачным окном на внешней передней поверхности глазного яблока. Роговица обеспечивает большую часть оптической силы глаза или способности преломлять свет.

    После того, как свет проходит через роговицу, он снова преломляется — для более точного фокуса — хрусталиком внутри глаза. Хрусталик фокусирует свет на сетчатке. Это достигается тем, что цилиарные мышцы глаза изменяют форму хрусталика, изгибая или сплющивая его, чтобы сфокусировать световые лучи на сетчатке.

    Эта регулировка хрусталика, известная как аккомодация, необходима для фокусировки ближних и дальних объектов. Процесс искривления света для создания сфокусированного изображения на сетчатке называется «преломлением».В идеале свет «преломляется» или перенаправляется таким образом, что лучи фокусируются в точное изображение на сетчатке.

    Большинство проблем со зрением возникают из-за ошибки в преломлении света нашими глазами. При близорукости (миопии) лучи света формируют изображение перед сетчаткой. При дальнозоркости (гиперметропии) лучи фокусируются за сетчаткой. При астигматизме кривизна роговицы неравномерна, в результате чего световые лучи фокусируются более чем в одном месте, так что на сетчатке не может быть сформировано одно четкое изображение, что приводит к нечеткому зрению.С возрастом нам становится все труднее читать или заниматься крупным планом. Это состояние называется пресбиопией и возникает из-за того, что хрусталик менее гибкий и, следовательно, менее способен преломлять свет.

    Поскольку изменить кажущуюся рефракцию глаза относительно легко с помощью корректирующих очков или контактных линз, многие состояния, способствующие нечеткому зрению, можно легко исправить.

    Как мы понимаем свет?
    Сенсорная интерпретация
    Даже если свет сфокусирован на сетчатке, процесс видения не завершен.Во-первых, изображение перевернуто или перевернуто. Свет от различных «кусочков» наблюдаемого объекта стимулирует нервные окончания — фоторецепторы или чувствительные к свету клетки — в сетчатке.

    Палочки и колбочки
    Присутствуют два типа рецепторов — палочки и колбочки. Палочки в основном находятся в периферической части сетчатки и позволяют нам видеть при тусклом свете и обнаруживать периферическое движение. Они в первую очередь отвечают за ночное зрение и визуальную ориентацию. Колбочки в основном находятся в центральной части сетчатки и обеспечивают детальное зрение для таких задач, как чтение или различение удаленных объектов.Они также необходимы для определения цвета. Эти фоторецепторы преобразуют свет в электрохимические импульсы, которые по нервам передаются в мозг.

    Миллионы импульсов проходят по нервным волокнам зрительного нерва в задней части глаза и в конечном итоге достигают зрительной коры головного мозга, расположенной на затылке. Здесь электрохимические импульсы расшифровываются и интерпретируются. Изображение перевернуто так, что мы видим объект правильно вверх. Эта «сенсорная» часть зрения намного сложнее, чем преломляющая часть, и поэтому на нее гораздо труднее точно повлиять.

    Что такое Видение 20/20?
    Возможно, вам будет приятно узнать, что у вас зрение 20/20, и вы думаете, что у вас идеальное зрение. А вы?

    Не обязательно. 20/20 указывает только на то, насколько острым или ясным является ваше зрение на расстоянии. Общее зрение также включает периферическое или боковое зрение, координацию глаз, восприятие глубины, способность к фокусировке и цветовое зрение.

    20/20 описывает нормальную четкость или резкость зрения, измеренную на расстоянии 20 футов от объекта.Если у вас зрение 20/20, вы можете ясно видеть на расстоянии 20 футов то, что обычно должно быть видно на таком расстоянии. Если у вас зрение 20/100, это означает, что вы должны находиться на расстоянии не менее 20 футов, чтобы увидеть то, что человек с нормальным зрением может видеть на расстоянии 100 футов.

    Зрение 25/25 лучше, чем 20/20?
    № 25/25 означает нормальную остроту зрения или остроту зрения на расстоянии 25 футов, а 20/20 указывает на нормальное зрение на расстоянии 20 футов.

    Почему у некоторых людей меньше 20/20?
    На способность ясно видеть объекты влияет множество факторов.Глазные заболевания, такие как близорукость, дальнозоркость, астигматизм или заболевания глаз, влияют на остроту зрения. Большинство людей со зрением чуть ниже 20/20 функционируют очень хорошо, в то время как некоторые люди со зрением лучше 20/20 считают, что их зрение неудовлетворительно. Требования к зрению у всех разные, и удовлетворительное зрение гораздо сложнее, чем просто способность видеть 20/20.

    Если мое зрение хуже оптимального, что мне делать?
    Комплексное обследование глаз позволит выявить причины, которые могут повлиять на вашу способность хорошо видеть.Возможно, мы сможем выписать вам очки, контактные линзы или программу терапии зрения, которая поможет улучшить ваше зрение. Если снижение зрения вызвано заболеванием глаз, может потребоваться использование глазных препаратов или другое лечение. При необходимости направление к специалисту будет принято, если будет обнаружено глазное заболевание, требующее дальнейшего обследования.

    Типы, причины, симптомы и лечение

    Обзор

    Что такое косоглазие (косоглазие)?

    Косоглазие (косоглазие) — это состояние, при котором глаза не совпадают друг с другом.Другими словами, один глаз повернут в направлении, отличном от другого глаза.

    В нормальных условиях шесть мышц, контролирующих движение глаз, работают вместе и направляют оба глаза в одном направлении. Пациенты с косоглазием имеют проблемы с контролем движения глаз и не могут сохранять нормальное выравнивание глаз (положение глаз).

    Косоглазие можно классифицировать по направлению повернутого или смещенного глаза:

    • Поворот внутрь (эзотропия)
    • Поворот наружу (экзотропия)
    • Поворот вверх (гипертропия)
    • Поворот вниз (гипотропия)

    Другие факторы, которые следует учитывать при определении причины и лечении косоглазия:

    • Проблема возникла внезапно или со временем?
    • Присутствовал ли он в первые 6 месяцев жизни или появился позже?
    • Он всегда влияет на один и тот же глаз или переключается между глазами?
    • Является ли степень поворота маленькой, средней или большой?
    • Он присутствует всегда или только часть времени?
    • Есть ли косоглазие в семейном анамнезе?

    Какие бывают виды косоглазия?

    Существует несколько форм косоглазия.Два наиболее распространенных:

    • Аккомодационная эзотропия : Это часто происходит в случаях нескорректированной дальнозоркости и генетической предрасположенности (семейный анамнез) к повороту глаз. удержание удаленных объектов в четком фокусе может привести к обращению глаз внутрь. Симптомы включают двоение в глазах, закрытие или прикрытие одного глаза при взгляде на что-то близкое, а также наклон или поворот головы.Этот тип косоглазия обычно начинается в первые несколько лет жизни. Это состояние обычно лечится с помощью очков, но может также потребоваться повязка на глаза и/или операция на мышцах одного или обоих глаз.
    • Перемежающаяся экзотропия : При этом типе косоглазия один глаз фиксируется (сосредотачивается) на цели, в то время как другой глаз направлен наружу. Симптомы могут включать двоение в глазах, головные боли, трудности с чтением, напряжение глаз и закрытие одного глаза при просмотре удаленных объектов или при ярком свете.У пациентов может не быть никаких симптомов, в то время как отклонения (различия) глаз могут быть замечены окружающими. Прерывистая экзотропия может случиться в любом возрасте. Лечение может включать ношение очков, повязку, упражнения для глаз и/или операцию на мышцах одного или обоих глаз.

    Другой тип косоглазия называется инфантильной эзотропией. Это состояние характеризуется большим поворотом обоих глаз внутрь у младенцев, которое обычно начинается в возрасте до шести месяцев. Обычно дальнозоркость незначительна, и очки не корректируют пересечение.Поворот внутрь может начинаться нерегулярно, но вскоре становится постоянным. Он присутствует, когда ребенок смотрит далеко и вблизи. Лечение этого типа косоглазия заключается в хирургическом вмешательстве на мышцах одного или обоих глаз для коррекции выравнивания.

    Взрослые также могут страдать косоглазием. Чаще всего искривление глаз у взрослых возникает из-за инсульта, но оно также может быть вызвано физической травмой или косоглазием в детстве, которое ранее не лечилось, рецидивировало или прогрессировало.Косоглазие у взрослых можно лечить различными способами, включая наблюдение, наложение повязок, призматические очки и/или хирургическое лечение косоглазия.

    Насколько распространено косоглазие?

    Подсчитано, что четыре процента населения США, или около 13 миллионов человек, страдают косоглазием.

    Симптомы и причины

    Что вызывает косоглазие?

    В большинстве случаев косоглазие возникает в результате нарушения нервно-мышечного контроля движения глаз. Наше понимание этих центров управления в мозге все еще развивается.Реже возникает проблема с собственно глазной мышцей. Косоглазие часто передается по наследству: около 30 процентов детей с косоглазием имеют члена семьи с похожей проблемой.

    Другие состояния, связанные с косоглазием, включают:

    • Неисправленные аномалии рефракции
    • Плохое зрение на один глаз
    • Детский церебральный паралич
    • Синдром Дауна (от 20 до 60% этих пациентов)
    • Гидроцефалия (врожденное заболевание, приводящее к скоплению жидкости в головном мозге)
    • Опухоли головного мозга
    • Инсульт (основная причина косоглазия у взрослых)
    • Травмы головы, которые могут повредить область мозга, отвечающую за управление движением глаз, нервы, контролирующие движение глаз, и глазные мышцы
    • Неврологические (нервная система) проблемы
    • Базедова болезнь (гиперпродукция гормонов щитовидной железы)

    Когда появляются симптомы косоглазия?

    В возрасте от 3 до 4 месяцев глаза младенца должны быть в состоянии сфокусироваться на мелких предметах, глаза должны быть прямыми и ровными.6-месячный ребенок должен уметь фокусировать взгляд как на ближних, так и на дальних предметах.

    Косоглазие обычно появляется у младенцев и детей младшего возраста, чаще всего к 3 годам. Однако у детей старшего возраста и даже у взрослых может развиться косоглазие. Внезапное появление косоглазия, особенно с двоением в глазах, у ребенка старшего возраста или у взрослого может указывать на более серьезное неврологическое расстройство. Если это произойдет, немедленно позвоните своему врачу.

    Состояние, называемое псевдокосоглазием (ложным косоглазием), может создать впечатление, что у ребенка косоглазие, хотя на самом деле глаза смотрят в одном направлении.Псевдострабизм может быть вызван лишней кожей, покрывающей внутренние уголки глаз и/или плоской переносицей. По мере того, как лицо ребенка развивается и растет, глаза больше не будут казаться косоглазыми.

    Диагностика и тесты

    Как диагностируется косоглазие?

    Любой ребенок старше четырех месяцев с подозрением на косоглазие должен пройти полное обследование глаз у детского офтальмолога, уделив дополнительное время изучению того, как глаза фокусируются и двигаются. Экзамен может включать следующее:

    • История болезни (для определения симптомов, имеющихся у пациента, семейного анамнеза, общих проблем со здоровьем, принимаемых лекарств и любых других возможных причин симптомов)
    • Острота зрения (чтение букв из офтальмологической таблицы или изучение зрительного поведения маленьких детей)
    • Рефракция (проверка глаз с помощью ряда корректирующих линз для измерения того, как они фокусируют свет).Дети не обязательно должны быть достаточно взрослыми, чтобы давать словесную обратную связь при проверке наличия очков.
    • Проверка центровки и фокусировки
    • Обследование после расширения (расширения) зрачков для определения состояния внутренних структур глаза

    Управление и лечение

    Как лечится косоглазие?

    Варианты лечения включают следующее:

    • Очки или контактные линзы : Используются у пациентов с нескорректированными аномалиями рефракции.С корректирующими линзами глазам потребуется меньше усилий для фокусировки, и они могут оставаться прямыми.
    • Призменные линзы : Специальные линзы, которые могут отклонять свет, попадающий в глаз, и помогают уменьшить количество поворотов глаз, необходимых для того, чтобы смотреть на объекты.
    • Ортоптика (упражнения для глаз) : Может помочь при некоторых видах косоглазия, особенно при недостаточности конвергенции (форма экзотропии).
    • Лекарства : Глазные капли или мази. Кроме того, инъекции ботулинического токсина типа А (например, ботокса) могут ослабить сверхактивную глазную мышцу.Эти методы лечения могут использоваться вместе с операцией или вместо нее, в зависимости от ситуации пациента.
    • Пластырь : Для лечения амблиопии (ленивого глаза), если она у пациента наблюдается одновременно с косоглазием. Улучшение зрения может также улучшить контроль смещения глаз.
    • Хирургия глазных мышц : Операция по изменению длины или положения глазных мышц таким образом, чтобы глаза располагались правильно. Выполняется под общей анестезией с помощью рассасывающихся швов.Иногда взрослым предлагают операцию по коррекции косоглазия, при которой положение глазных мышц корректируется после операции.

    Что может произойти, если не лечить косоглазие?

    Некоторые считают, что дети перерастут косоглазие или что оно пройдет само по себе. На самом деле, если не лечить, может стать хуже.

    Если глаза не выровнены должным образом, может произойти следующее:

    • Ленивый глаз (амблиопия) или постоянное плохое зрение повернутого глаза.Когда глаза смотрят в разные стороны, мозг получает два изображения. Чтобы избежать двоения в глазах, мозг может игнорировать изображение от повернутого глаза, что приводит к плохому развитию зрения в этом глазу.
    • Затуманенное зрение, которое может повлиять на успеваемость в школе и на работе, а также на получение удовольствия от хобби и досуга
    • Напряжение глаз
    • Усталость
    • Головные боли
    • Двойное зрение
    • Плохое трехмерное (3-D) зрение
    • Низкая самооценка (из-за смущения своей внешности)

    Также возможно, что, не диагностируя косоглазие, можно упустить из виду серьезную проблему (например, опухоль головного мозга, которая вызывает это состояние). Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.