Презентация на тему Обработка глаз тяжелобольному пациенту. Работа студентов

От неврологии к зрительному механизму

Убеждение, что многие функции человека контролируются головным мозгом, разделяют
неврологи с начала XIX века. Мнения разнились по вопросу, используются ли определенные
части коры головного мозга для выполнения отдельных операций или для каждой операции
задействуется весь мозг целиком. Сегодня знаменитый эксперимент французского невролога
Пьера Поля Брока (Pierre Paul Broca) привел к всеобщему признанию теории специфического
расположения. Брока лечил пациента, который не мог говорить 10 лет, хотя с голосовыми
связками у него было все в порядке. Когда человек умер в 1861 году, вскрытие показало,
что левая часть его мозга была деформирована. Брока сделал предположение, что речь
контролируется этой частью коры головного мозга. Его теория была подтверждена
последующими обследованиями пациентов с повреждениями головного мозга, что позволило,
в конечном итоге, отметить центры жизненно важных функций человеческого мозга.

Столетием позже, в 1950-х годах, ученые Д.Х. Хьюбел (D.H. Hubel) и Т.Н. Визель (T.N. Wiesel)
провели эксперименты в мозгом живых обезьян и кошек. В зрительном центре коры головного
мозга они обнаружили нервные клетки, которые особенно чувствительны к горизонтальным,
вертикальным и диагональным линиям в поле зрения (рис. 9). Их сложная техника
микрохирургии была впоследствии принята к применению другими учеными.

Таким образом,
кора головного мозга не просто содержит в себе центры для выполнения различных функции,
но и внутри каждого центра, как, например, в зрительном центре, отдельные нервные клетки
активируются только при поступлении очень специфических сигналов. Эти сигналы поступающие
с сетчатки глаза, коррелируют с четко определенными ситуациями внешнего мира. Сегодня
предполагается, что информация о различных формах и пространственном расположении
объектов содержится в зрительной памяти, и информация от активированных нервных клеток
сравнивается с этой хранимой информацией.

Эта теория детекторов повлияла на направление в исследованиях зрительного восприятия в
середине 1960-х годов. Тем же самым путем последовали и ученые, связанные с
«искусственным интеллектом». Компьютерная симуляция процесса человеческого
зрения, также называемое «машинное зрение», рассматривалась как одна из наиболее легко
достижимых целей в данных исследованиях. Но все сложилось несколько иначе. Скоро стало
ясно, что фактически невозможно написать программы, которые были бы способны распознавать
изменения интенсивности света, тени, структуру поверхности и беспорядочные наборы сложных
объектов в значащие образы. Более того, такое распознавание образов потребовало
неограниченных объемов памяти, так как изображения несчетного числа объектов необходимо
хранить в памяти в бессчетном количестве вариаций расположения и ситуаций освещения.

Какие-либо дальнейшие продвижения в области распознавания образов в условиях реального
мира не представлялись возможными. Вызывает сомнение надежда, что когда-либо компьютер
сможет симулировать человеческий мозг. В сравнении с человеческим мозгом, в котором
каждая нервная клетка имеет порядка 10 000 связей с другими нервными клетками,
эквивалентное компьютерное соотношение 1:1 едва ли выглядит адекватным!

Как правильно обрабатывать глазки

О том, чем протирать глазки новорожденному ребенку, решать маме. Но вот о том, как правильно их обрабатывать выбранным средством, должны знать все

Ведь любая неосторожность может привести к неприятным последствиям

1. Глазки малышу нужно протирать от внешнего уголка к внутреннему. Соблюдать данную рекомендацию необходимо ввиду физиологических особенностей самого глаза. Ведь инфекция (она может не проявлять себя в первые дни) скапливается исключительно во внутреннем уголке, возле переносицы. А если вы будете протирать глаз в обратном направлении, вы рискуете разнести ее по всему глазику малыша.
2. Каждый глаз ребенка нужно промывать отдельно. Для того чтобы протереть каждый из них вы должны использовать два разных ватных диска.
3. Промывать глазки нужно ежедневно. Лучше всего если вы будете их протирать дважды в день – утром и вечером. Так вы приучите кроху к умыванию.

От изображения к обработке данных

Девид Марр (David Marr) из Лаборатории искусственного интеллекта при
Массачусетском Технологическом Институте первым попытался приблизиться к
предмету с совершенно другой стороны в своей книге «Зрение» (Vision),
изданной уже после его смерти. В ней он стремился рассмотреть основную
проблему и предложить возможные пути ее решения. Результаты Марра конечно
не окончательны и по сей день открыты для исследований с разных направлений,
но тем не менее основным достоинством его книги является ее логичность и
последовательность выводов. Во всяком случае, подход Марра дает очень
полезную основу, на котором можно строить исследования невозможных объектов
и двойственных фигур. На следующих страницах мы попытаемся проследить ход
мыслей Марра.

Марр описал недостатки традиционной теории зрительного восприятия так:

«Попытки понять зрительное восприятие, изучая лишь нейроны, подобно попытке
понять полет птицы, изучая лишь ее перья. Это просто невозможно. Чтобы понять
полет птицы нам необходимо понять аэродинамику, и только потом структура
перьев и различные формы птичьих крыльев будут иметь для нас какое-то значение&quot.
В данном контексте Марр называет Дж. Дж. Гибсона (J. J. Gobson) первым, кто
коснулся важных вопросов в данной области изучения зрения

По мнению Марра,
самый важный вклад Гибсона состоял в том, что «самое важное в органах чувств
то, что они являются информационными каналами из внешнего мира к нашему восприятию
(…) Он поставил критически важный вопрос – Как каждый из нас получает одинаковые
результаты при восприятии в повседневной жизни в постоянно изменяющихся условиях?
Это очень важный вопрос, показывающий, что Гибсон правильно рассматривал проблему
зрительного восприятия как восстановление из информации, полученной от сенсоров,
«правильных» свойств объектов внешнего мира». И таким образом мы
достигли области обработки информации.

Не должно возникать вопросов о том, что Марр хотел игнорировать другие объяснения
феномена зрения. Напротив, он специально подчеркивает, что зрение не может быть
удовлетворительно разъяснено только с одной точки зрения. Объяснения должны быть
найдены для повседневных событий, согласующиеся с результатами экспериментальной
психологии и всеми открытиями в данной области, сделанными психологами и
неврологами в области анатомии нервной системы. Что касается обработки информации,
то ученым компьютерных наук хотелось бы знать, как зрительная система может быть
запрограммирована, какие алгоритмы наилучшим образом подходят для данной задачи.
Короче, как зрение можно запрограммировать. Только всесторонняя теория может быть
принята как удовлетворительное объяснение процесса видения.

Марр работал над данной проблемой с 1973 года по 1980 год. К сожалению, он не
смог закончить свою работу, но он смог заложить прочный фундамент для дальнейших
исследований.

Глаз как оптическое устройство

Глаз (см. рис. 1) работает подобно фотокамере. Хрусталик (lens) проецирует
перевернутое уменьшенное изображение из внешнего мира на сетчатку (retina) –
сеть фоточувствительных клеток, расположенных напротив зрачка (pupil) и
занимающих более половины площади внутренней поверхности глазного яблока.
Как оптический инструмент, глаз долгое время являлся маленькой загадка.
В то время как камера фокусируется движением хрусталика ближе или дальше
от светочувствительного слоя, его способность к преломлению света
настраивается во время аккомодации (адаптации глаза на определенное
расстояние). Форма глазной линзы изменяется при помощи мерцательной мышцы
(ciliary muscle). Когда мышца сжимается, хрусталик становится более круглым,
при помощи чего сфокусированное изображение более близких предметов
поступает на сетчатку. Диафрагма человеческого глаза настраивается также
как в фотоаппарате. Зрачок управляет величиной раскрытия хрусталика,
расширяясь или сжимаясь при помощи радиальных мышц, окрашивающих радужную
оболочку глаза (iris) характерным для него цветом. Когда наш глаз перемещает
взгляд в область, на которой он желает сфокусироваться, фокусное расстояние
и размер зрачка мгновенно настраиваются под необходимые условия «автоматически».

Структура сетчатки (рис. 2), фоточувствительного слоя внутри глаза,
очень сложна. Оптический нерв (вместе с кровеносными сосудами) отходит
от задней стенки глаза. В этом месте нет фоточувствительных клеток, и
оно известно под названием «слепое пятно». Нервные волокна разветвляются
и оканчиваются клетками трех разных типов, которые улавливают
поступающий на них свет. Отростки, идущие из третьего, самого внутреннего
слоя клеток, – содержат молекулы, которые временно меняют свою структуру
при обработке поступившего света, и тем самым испускают электрический
импульс. Фоточувствительные клетки называются палочками (rods) и
колбочками (cones) по форме их отростков. Колбочки чувствительны к цвету,
в то время как палочки – нет. С другой стороны фоточувствительность
палочек гораздо выше, чем у колбочек. Один глаз содержит порядка ста
миллионов палочек и шести миллионов колбочек, распределенных по сетчатке
неравномерно. Точно напротив зрачка лежит так называемое желтое пятно
(рис. 3), которое состоит только из колбочек в относительно плотной
концентрации. Когда мы хотим увидеть что-то в фокусе, мы располагаем глаз
так, чтобы изображение падало на желтое пятно. Между клетками сетчатки
много взаимосвязей, и электрические импульсы от ста миллионов
фоточувствительных клеток отправляются мозгу всего по миллиону нервным
волокнам. Таким образом, глаз можно поверхностно описать как фото-
или теле-камеру с загруженной фоточувствительной пленкой.

Лекция Элизабет Уоррингтон Elizabeth Warrington

В 1973 году Марр посетил лекцию британского невролога Элизабет Уоррингтон. Она отметила,
что большое количество пациентов с париетальными повреждениями правой части мозга,
которых она осмотрела, могли отлично распознавать и описывать множество объектов при
условии, что эти объекты наблюдались ими в их обычном виде. Например, такие пациенты
без особого труда идентифицировали ведро при виде сбоку, но не были способны распознать
то же самое ведро при виде сверху. На самом деле, даже когда им говорили, что они смотрят
на ведро сверху, они наотрез отказывались в это поверить! Еще более удивительным было
поведение пациентов с повреждениями левой части мозга. Такие пациенты, как правило, не
могут разговаривать, и, следовательно, вербально не могут назвать предмет, на который
они смотрят, или описать его назначение. Тем не менее, они могут показать, что они
правильно воспринимают геометрию предмета независимо от угла обзора. Это побудило Марра
написать следующее: «Лекция Уоррингтон подтолкнула меня к следующим выводам. Во-первых,
представление о форме объекта хранится в каком-то другом месте мозга, поэтому так сильно
отличаются представления о форме предмета и его назначении. Во-вторых, зрение само может
предоставить внутреннее описание формы наблюдаемого объекта, даже если этот объект не
распознается обычным образом… Элизабет Уоррингтон указала на наиболее существенный факт
человеческого зрения – оно говорит о форме, пространстве и взаимном расположении объектов.»
Если это действительно так, то ученые, работающие в области зрительного восприятия и
искусственного интеллекта (в том числе и те, кто работают в области машинного зрения)
должны будут поменять теорию детекторов из экспериментов Хьюбела на совершенно новый набор
тактик.

Теория модулей

Второй стартовой точкой в исследованиях Марра (после работы знакомства с работами Уоррингтон)
является предположение, что наша зрительная система имеет модульную структуру. Выражаясь
компьютерным языком, наша главная программа «Зрение» охватывает широкий круг подпрограмм,
каждая из которых полностью независима от других, и может работать независимо от других
подпрограмм. Ярким примером такой подпрограммы (или модуля) является стереоскопическое
зрение, при помощи которого глубина воспринимается как результат обработки изображений,
поступающих с обоих глаз, которые представляют собой немного отличающиеся друг от друга
изображения. Прежде считалось, что чтобы видеть в трех измерениях, мы сначала распознаем
изображения целиком, а потом решаем какие объекты находятся ближе, а какие дальше. В 1960
году Бела Жулес (Bela Julesz), который был удостоен премией Heineken в 1985 году, смог
продемонстрировать, что пространственное восприятие двумя глазами происходит исключительно
сравнением небольших различий между двумя изображениями, полученными с сетчаток обоих глаз.
Таким образом, можно почувствовать глубину даже там, где нет и не предполагается никаких
объектов. Для своих экспериментов Жулес придумал стереограммы, состоящие из случайно
расположенных точек (см. рис. 11). Изображение, видимое правым глазом, идентично изображению
видимому левым глазом во всем, кроме квадратной центральной области, которая обрезана и
немного смещена к одному краю и снова совмещена с задним планом. Оставшийся белый промежуток
затем был заполнен случайными точками. Если на два изображения (на которых не распознается
никакого объекта) посмотреть сквозь стереоскоп, квадрат, который ранее был вырезан, будет
выглядеть парящим над задним планом. Такие стереограммы содержат пространственные данные,
которые автоматически обрабатываются нашей зрительной системой. Таким образом, стереоскопия
является автономным модулем зрительной системы. Теория модулей показала себя достаточно эффективной.

Средства для промывания глаз

На самом деле все не так страшно, а средства для промывания глаз найдутся практически в каждом доме. К ним относится следующее:

1. Кипяченая вода. Это средство точно найдется у каждой мамы. Главное, чтобы водичка была чистой и теплой.
2. Фурацилин. Разводить таблетку данного препарата нужно в тепленькой воде из расчета 1 таблетка на 250 мл воды. После растворения таблетки воду необходимо пропустить через марлю, чтобы избежать попадания нерастворенных кристалликов в глаз малыша. Хранить данный раствор можно не дольше 48 часов и исключительно в холодильнике.
3. 2% раствор борной кислоты. Это средство можно приобрести в аптеке уже в готовом виде, а можно сделать и собственноручно. Для этого вам понадобится порошок борной кислоты и кипяченая вода комнатной температуры. Раствор делается в пропорции – 1 чайная ложка на стакан.