You-gen.ru

Здоровье и медицина
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ЦНС, наркотики и рок-н-ролл: история про прибор, который заставил нас пить, не спать и не моргать

ЦНС, наркотики и рок-н-ролл: история про прибор, который заставил нас пить, не спать и не моргать

Одно из самых забавных применений алгоритмов машинного зрения – это возможность определять скорость реакции нервной системы человека по реакции зрачка на свет.

Это может использоваться для оценки адекватности человека, его готовности к сложной, опасной и ответственной работе (пилот самолета, оператор АЭС, диспетчер метро и т.п.).

Раньше «пинг» делался простой реакцией зрачка на свет фонарика. Например, так делает фельдшер скорой. Но можно оценивать ещё и скорость реакции, что даёт куда больше информации. Мы нашли способ автоматизировать это, определяя зрачки на камере со съёмкой 40 fps. Вычислительная сложность невысокая, 3-5 тысяч сравнений на кадр — полный реалтайм:

Данные пупиллометрии здорового человека

По скорости реакции зрачка на свет (сужение и восстановление диаметра зрачка после вспышки) можно оценить скорость прохождения нервного импульса, а также скорость его последующей обработки в нервной системе.

То есть да, это – своеобразный пинг вашей ЦНС. Выглядит эта штука как 3D-очки.

Вот наш прототип. Обычно мы встраиваем его в диагностические терминалы (то есть из устройства торчат вот эти очки), но бывает – используем и отдельно. Можно сделать красивее, но смысла особого нет, это предсерийный образец:



Что это даёт?

Ещё конце XVII века врачи начали замечать, что пациенты в разных состояниях по-разному реагируют на свет. Спустя почти 300 лет исследования подхватил мэтр Экхард Хесс, который также сделал вывод, что на скорость реакции зрачка влияет усталость и виды мысленного напряжения перед оценкой. В целом – скорость расширения зрачка после вспышки света (адаптации к темноте) может служить мерилом степени возбуждения нервной системы. В 1982 году Хесс же доказал, что зрачки больше раскрываются, когда вы смотрите на предмет, который вам интересен. Показывал он испытуемым-мужчинам, конечно, фото девушек. Потом постепенно перешли к более тонким материям – любимой еде, кандидату от своей партии и так далее. Потом перешли к измерению ментальной нагрузки. Чем интенсивнее человек думает, тем медленнее расширяются зрачки. Тогда мозг «нагружали» арифметикой. Сегодня бы мы сказали, что процессы параллелятся, и когда вычислительная мощность мозга чем-то занята, оценка окружающего состояния по освещению ведётся медленнее. Осталось недоказанным предположение, что расширенные зрачки служат одним из аттракторов в невербальной коммуникации.

Ещё позднее стали появляться исследования, численно связанные с влиянием на зрачковый рефлекс различных видов мысленного напряжения (внимательное рассмотрение предметов, проведение вычислений в уме) и нервных расстройств (депрессия, повышенная возбудимость и т.д.).

Как работает прибор

Это такие большие очки или бинокль. Вам надо заглянуть внутрь на несколько секунд, там инфракрасные светодиоды и видеокамеры.

Если быть более точным, используются: светодиоды инфракрасного спектра — для подсветки глаз, они невидимы для человеческого зрения; светодиоды видимого спектра — с белым светом, для вспышки; цифровая камера для ИК-диапазона с объективом и ещё маленький диод-метка для фокусирования взгляда во время проведения обследования. В «бинокле» также умещается управляющая плата, разъемы и прочий обвес.

Сначала он распознаёт вас по радужке, чтобы вы не принесли чужие глаза. Само обследование после аутентификации длится от 6 до 8 секунд, обследуемый плотно прикладывает к глазам маску устройства так, чтобы исключить внешнюю засветку. В первые 1-2 секунды происходит адаптация к темноте. В это время зрачки расширяются примерно до 5-6-7 миллиметров, пытаясь отдать на сетчатку максимум света, чтобы можно было распознать хоть что-то. Мы подсвечиваем глаза инфракрасным светодиодом, — для человека этот диапазон не виден, и зрачок на него не реагирует. Смотрите, зрачки большие и красивые:

После достижения максимального диаметра зрачка в течение 200 мс загораются диоды белого света (световой стимул). Начало светового стимула принимается за ноль по шкале времени при построении пупиллограммы – графика зависимости изменения диаметра зрачка от времени. Нас интересует следующие 5 секунд после вспышки. Точка Dmin (максимальное сжатие сфинктеров зрачков) выглядит вот так:

Цифровая камера регистрирует изображения двух глаз с частотой не менее 40 кадров в секунду. Управляющее программное обеспечение (ПО) находит на каждом кадре зрачок и определяет его диаметр.

Дальше зрачок постепенно расширяется.

Основная задача: нам нужно получить пупиллограмму, то есть график реакции зрачка на свет. Распознаём видео, убираем шум в данных (у нас много опорных кадров) и получаем в итоге график (это пример моего коллеги, условно-здорового человека):

Пупиллограмма содержит три важных участка: латентную область, область сужения зрачка и область восстановления. Ключевыми параметрами латентной области является начальный диаметр зрачка (DN) и время задержки реакции зрачка от начала светового воздействия (TL). Вторая область графика характеризуется минимальным диаметром (Dmin) и временем сужения (TC), третья область – точками восстановления диаметра зрачка на 50, 66 и 75 процентов амплитуды сужения. Пупиллограмма может быть признана непригодной для оценки, если человек закрыл глаза во время светового воздействия, слишком часто моргал или особенно сильно водил глазами из стороны в сторону. Некорректные результаты можно получить и для испытуемого в цветных линзах.

Читать еще:  Симптомы болезни — психогенные боли

Затем ПО анализирует эти параметры, самые главные из которых – скорость сужения и скорость расширения зрачка. После этого делается вывод об адекватности человека и его готовности к сложной и опасной работе.

Графики людей сильно уставших, после сильного недосыпа или в состоянии опьянения, алкогольного или наркотического – будут отличаться от графиков людей в адекватном состоянии. Особенно хорошо разница будет заметна, если вначале мы получим эталон – обследуем человека, когда он в нормальном состоянии, а позже – в ненормальном.

Тесты

Мы тестировали прибор на примерно 760 сотрудниках компании в разных условиях (включая корпоративы и дни после них). Всего 3496 измерений до публикации (новые добавляются каждый день). Самое сложное – это не столько распознавание, сколько оценка получаемого графика. Мы ещё в рамках теста ездили по разным интересным клиникам, где пациентам с известным диагнозом (например, хронический алкоголизм) предлагалось добровольно поучаствовать в исследовании. Испытуемых в наркотическом опьянении для репрезентативной выборки найти сложнее. В рамках исследования мы сотрудничали с несколькими наркологическими клиниками, где проходят лечение пациенты с наркотической зависимостью и психическими расстройствами. Они в медицинских целях принимают такие классы средств, как транквилизаторы, антидепрессанты, нейролептики, антиконвульсанты и седативные вещества, поэтому база накопилась довольно большая.

Нужно было отлаживать алгоритм, собирать больше данных о пациенте и так далее. У каждого человека могут быть индивидуальные особенности реакции зрачка на свет. Самые первые варианты алгоритма иногда выдавали вообще смешные вещи из-за сложностей распознавания. Так вот один раз мы чуть не госпитализировали самого доктора.

По ходу развития проекта и подключения наших бета-тестеров, мы выстроили такую систему, в которой пациент не может сознательно обмануть устройство в «лучшую» сторону. В худшую – может, с помощью ряда мер, но применение как раз должно отсеивать непригодных (например, водителей автобуса перед рейсом) от полностью боеготовых специалистов.

Мы можем проводить оценку, сравнивая с эталоном после медосмотра или с общечеловеческим эталоном для такого типа людей. Поэтому прямо сейчас берём нужные данные из кадрового досье пациента, либо собираем анамнез вот так на полевом приборе (это интерфейс врача):

Если устройство встраивается в диагностический терминал – карточки пациента и данных текущего измерения достаточно для построения очень точной гипотезы.

Предполагается, что диагностический терминал не исключает медосмотр специалистом лично, но в разы ускоряет его. А при условии замера на аппарате всех ключевых показателей (пупиллометр, алкотестер, измеритель давления) – возможно направлять на личный медосмотр только тех, в отношении кого у диагностического терминала появились хотя бы минимальные сомнения, а это уже могут быть 20 человек из 100.

Откуда берётся карточка? Напомним, раз уж мы встроили камеры в «бинокль», и раз уж мы всё равно распознаём что-то с них, глупо не воспользоваться распространёнными библиотеками распознавания человека по радужке, благо это очень давно решаемая задача. Вот мы и получаем ID пациента, и можем подтягивать его предыдущие данные.

Вот бета-тестеры самоотверженно пожертвовали собой:

Возникли проблемы с линзами:

Даже прозрачные однодневные линзы приводят к снижению выраженности зрачкового рефлекса, что очень похоже на усталость и алкогольное опьянение. Мы предполагаем, что это связано с уменьшением общего количества света, который попадает в глаза, при использовании линз. Этот эффект необходимо обязательно учитывать при анализе таких графиков, поэтому наш интерфейс содержит обязательный вопрос о линзах перед началом обследования.

Сейчас мы продолжаем дорабатывать алгоритмы и методологию. Нужно набирать большую статистику для повышения точности. Прибор уже работает как хороший наркотестер, но мы хотим большего. Сейчас статистика не позволяет делать никаких достоверных диагностических заключений. Кроме того, для хорошей диагностики состояния конкретного человека требуется провести сначала несколько нормальных измерений его зрачковой реакции, чтобы потом с высокой вероятностью после какого-либо воздействия отловить отклонения от нормы — это к вопросу инструкции по эксплуатации для персонала АЭС. Мы стремимся улучшить алгоритм, уменьшить ошибки первого и второго рода. Безопасники и специалисты по обеспечению соблюдения ТБ благостно кивают, глядя на эту работу.

Читать еще:  Здоровье полости рта: пирсинг языка

Достаточно посмотреть

Новое устройство представляет собой компактный прибор с автономным электропитанием, который позволяет получать цифровую информацию о переднем сегменте глаза. Для проведения самодиагностики пользователю необходимо посмотреть в окуляры (как в бинокль), после чего оборудование начинает воздействовать на глаза с помощью светового излучения с определенными длинами волн. Им соответствуют три основных цвета, воспринимаемых человеком (красный, синий и зеленый). В ходе исследования прибор регистрирует реакцию зрачка на воздействие. При наличии патологии она будет зависеть от цвета, который демонстрируется.

По словам разработчиков, данный метод намного более объективен, чем стандартный способ диагностики, при котором пациенту показывают цветовые таблицы.

сотрудник ДПС на посту

— При использовании этой техники можно исключить как человеческий фактор, так и влияние освещенности помещений, в которых происходит показ таблиц, — отметил генеральный директор компании «Зеница» доктор медицинских наук, профессор Валерий Бакуткин.

Целесообразность внедрения такой диагностики подтвердили на кафедре офтальмологии в Московском медико-стоматологическом университете (МГМСУ).

— Аппаратное исследование цветовосприятия по реакции глаз действительно возможно при точной калибровке яркости излучения, что может успешно заменить проверку с помощью бумажных носителей. Однако применяться такой метод может только при прохождении оборудованием соответствующих сертификационных испытаний, — подчеркнул доктор медицинских наук, профессор кафедры офтальмологии МГМСУ Сергей Анисимов.

Параллельно с дальтонизмом по зрачковой реакции с помощью прибора можно диагностировать такое распространенное заболевание глаз, как глаукома. При оценке всего изображения глаза в целом оборудование помогает распознавать негативные последствия ношения контактных линз — в частности, наличие инфекции и кислородное голодание тканей глаза.

Вызывается данный рефлекс комбинацией определенных стимулов, главным из которых считается изменение уровня освещенности окружающего пространства. Помимо этого, изменение размеров зрачка может произойти по следующим причинам:

  • действие ряда медикаментов. Именно поэтому они используются в качестве способа диагностики состояния передозировки препаратов или избыточной глубины наркоза;
  • изменение точки фокусировки зрения человека;
  • эмоциональные всплески, причем как отрицательные, так и положительные в равной степени.

  • При фотографировании цвет зрачков на снимке может отличаться от истинного (см. эффект красных глаз).
  • У осминогов, коз и овец зрачок имеет прямоугольную форму.

Возможные причины слепоты у собак

Травмы, аномалии развития или инфекционные агенты могут вызывать различные болезни зрительного аппарата:

увеит (панувеит, иридоциклит, хориоидит);

частичное и полное отслоение сетчатки;

воспаление зрительного нерва;

Возрастные изменения, схожие с болезнями глаз:

Признаки старения рассматриваются, как вариант нормы, но вместе с ними могут протекать и другие патологии, действительно влияя на зрение животного.

Наследственные патологии сетчатки у кошек

Сетчатка является уникальным органом, что обуславливается сложностью строения и тонкими механизмами функционирования. Любые патологические изменения, происходящие в сетчатке, отражаются на зрительных функциях животных, а соответственно и на восприятии окружающего мира.

Рисунок 1. Глазное дно здоровых кошек при офтальмоскопии

Рисунок 1. Глазное дно здоровых кошек при офтальмоскопии.

Патологии сетчатки у кошек занимают одно из ведущих мест в развитии слабовидения и слепоты.

Среди этих патологий особенное место занимают наследственные заболевания сетчатки кошек, которые могут передаваться из поколения в поколение и приводят к необратимой слепоте. Отличительной особенностью наследственных патологий сетчатки у кошек является строгая породная предрасположенность. Это означает, что только породы кошек, такие как абиссинская или персидская, а также некоторые другие, могут иметь такие серьёзные заболевания. Стоить отметить, что, в отличие от собак, у кошек данная патология встречается значительно реже и поражает молодых животных.

Владельцы животных могут отмечать следующие симптомы заболеваний:

  • Снижение зрения в любое время суток;
  • Расширенные зрачки (мидриаз);
  • Непроизвольные колебательные движения глаз (нистагм).

Рисунок 2. Оценка хроматических зрачковых реакций

Рисунок 2. Оценка хроматических зрачковых реакций.

Диагноз о наследственном заболевании сетчатки у кошек ставится только на основании комплексного офтальмологического осмотра. Обязательными и ключевыми методами исследования являются исследование глазного дна (офтальмоскопия и фундоскопия), а также исследование активности сетчатки (электроретинография и оценка хроматических зрачковых реакций).

Наследственная ранняя палочко-колбочковая дисплазия сетчатки (early-onset rod–cone dysplasia (Rdy)

Заболевание встречается у кошек абиссинской породы. Развивается уже в молодом возрасте у котят и поражает оба глаза. Палочко-колбочковая дисплазия является наследственным заболеванием и у абиссинских кошек развивается по аутосомно-доминантному типу.
Общим клиническим симптомом, характеризующим раннюю палочко-колбочковую дисплазию сетчатки, является сниженный зрачковый рефлекс, мидриаз, нистагм и потеря зрения.

При офтальмоскопии глазного дна первые патологические изменения можно визуализировать у котят с 2-3 месячного возраста. К этим изменениям относятся:

  • тапетальная гиперрефлексия (отражательная способность);
  • потеря пигментации;
  • истончение и/или исчезновение сосудов сетчатки.

При электроретинографии изменения функционального состояния палочек и колбочек регистрируются уже на 14 день жизни котят.
Патологический процесс начинается, как правило, в центральной зоне сетчатки и распространяется на периферию, поражая, в конечном счете, всю сетчатку.

Читать еще:  Gentiana lutea (Генциана желтая)

Лечения наследственной палочко-колбочковой дисплазии сетчатки не существует, поэтому необходимо проводить селекционную работу, направленную на исключение из разведения животных-носителей мутантного гена.

Рисунок 3. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки

Рисунок 3. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки.

Наследственная поздняя палочко-колбочковая дегенерация сетчатки (recessively-inherited rod–cone degeneration (rdAc)

Заболевание встречается у кошек абиссинской и сомалийской пород. Начальная стадия патологии начинается с 1,5-2-х летнего возраста и в течение следующих 2-4-х лет прогрессирует до полной потери зрения на обоих глазах.

Наследственная палочко-колбочковая дегенерация сетчатки характеризуется развитием в несколько стадий. Симптомы заболевания включают в себя: обесцвечивание перипапиллярной зоны на стадии предвестников, обесцвечивание тапетума и ослабление сосудистой сети на ранней стадии, появление локальной гиперрефлексии и исчезновение сосудов сетчатки в умеренно продвинутой стадии и генерализованная гиперрефлексия и полное отсутствие сосудов сетчатки на продвинутой стадии.

При электроретинографии изменения функционального состояния палочек и колбочек регистрируются уже с 8-12 недельного возраста кошек, что может быть использовано для ранней диагностики заболевания, когда офтальмоскопические изменения ещё не наблюдаются.

Лечения наследственной палочко-колбочковой дегенерации сетчатки не существует, поэтому необходимо проводить селекционную работу, направленную на исключение из разведения больных животных.

Наследственная ранняя прогрессирующая атрофия сетчатки у персидских кошек (PRA)

Заболевание встречается у кошек персидской породы и является наследственным, развивающимся по аутосомно-рецессивному типу.

Патология поражает оба глаза и клинически проявляется в 2-3-х недельном возрасте снижением зрачкового рефлекса. Полная слепота наступает на 16-17 недельном возрасте.

Офтальмоскопические изменения наблюдаются с 2-4-х недельного возраста и включают в себя ослабление сосудистой сети, в частности, центральных вен и артерий сетчатки. С 6-ти недельного возраста отмечается усиление отражательной способности тапетума и развитие гиперрефлексии. С 9-ти недельного возраста регистрируется гиперпигментация и атрофия диска зрительного нерва.

Рисунок 4. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки

Рисунок 4. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки.

При электроретинографии также отмечают снижение активности палочко-колбочкового ответа на ранней стадии заболевания, то говорит о данной патологии, как о заболевании с ранним началом.

Лечения наследственной ранней атрофии сетчатки у персидских кошек не существует. Так как данная патология является наследственной и передаётся из поколения в поколение, то необходимо исключать из разведения животных, носителей дефектного гена.

Наследственная ранняя прогрессирующая атрофия сетчатки у бенгальских кошек (PRA)

Заболевание встречается у бенгальских кошек и является наследственным, развивающимся по аутосомно-рецессивному типу с ранним началом. Данная патология не имеет связи с аналогичной патологией у персидских кошек.

Поражение сетчатки развивается симметрично на обоих глазах у котят с 8-недельного возраста и прогрессирует до полной слепоты 6 месяцам.

Рисунок 5. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки

Рисунок 5. Глазное дно кошек с наследственными патологиями сетчатки.

В отличие от ранних наследственных атрофий сетчатки у кошек персидской и абиссинской породы, которые клинически проявляются снижением зрачкового рефлекса на начальных стадиях, визуальные клинические симптомы данной патологии наблюдаются ближе к 1 году жизни животного, что значительно затрудняет возможность выявления атрофии сетчатки на ранних стадиях.

Патологические изменения глазного дна при прогрессирующей атрофии сетчатки у бенгальских кошек можно визуализировать, начиная с 8 недельного возраста, и включает генерализованное увеличение зернистости, увеличение отражательной способности тапетума, ослабление сосудистой сети, уменьшение диаметра вен и артерий. К 20-25 недельному возрасту изменения становятся более выраженными, а к 40-60 неделе наблюдается тотальная дегенерация сетчатки: генерализованная гиперрефлексия, исчезновение центральных и периферических сосудов.

Лечения наследственной ранней атрофии сетчатки у бенгальских кошек не существует. Так как данная патология является наследственной, то необходимо исключать из разведения животных, носителей дефектного гена.

В заключении стоит отметить, что наследственные патологии сетчатки являются тяжёлым глазным заболеванием, необратимо приводящим к слепоте. К сожалению, лечения данных патологий не разработано. Тем не менее, при постановке диагноза необходимо исключить животных из разведения для предотвращения распространения патологии среди кошек.

Методы диагностики при поражении зрачка

При подозрении на патологию зрачков пациенту выполняют обследование:

  • Осмотр и определение симметричности зрачков;
  • Изучение реакции на источник света;
  • Пупиллометрия, которую проводят в случаях тяжелой патологии;
  • Изучение реакции зрачков при участии других мышц органа зрения.

Следует еще раз отметить, что зрачковое отверстие играет важную роль в формировании четкого зрительного образа за счет регуляции количества световых лучей, попадающих на фоторецепторы. При патологии зрачкового отверстия страдает зрительная функция. Также отмечается изменение зрачка при различных системных патологиях организма. Чтобы обнаружить заболевание вовремя, не следует пренебрегать плановыми осмотрами окулиста.

Зрачок глаза заболевания

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector