Зрительные вызванные потенциалы и движения глаза при фиксации как средства объективного мониторинга зрительных функций у детей с нарушением центрального зрения

Технологии мониторинга зрительных функций

УДК 617.75 Д.И. КОШЕЛЕВ

Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Минздрава России, г. Уфа

Зрительные вызванные потенциалы и движения глаза при фиксации как средства объективного мониторинга зрительных функций у детей с нарушением центрального зрения

Контактная информация:

Кошелев Дмитрий Иванович — кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией нейрофизиологии зрения Адрес: 450075, г. Уфа, ул. Рихарда Зорге, д. 67/1, тел.: +7 (347) 293-42-11, e-mail: koshelev_d@mail.ru

Оценить эффективность совместного анализа зрительных вызванных потенциалов на обращаемый шахматный паттерн и параметров движений глаза во время фиксации у детей с нарушением центрального зрения.

Материал и методы. Зрительные вызванные потенциалы и движения глаза при фиксации были зарегистрированы в норме, при амблиопии, нистагме и нарушении функций центральной сетчатки. Регистрация ЗВП осуществлялась бинокулярно и монокулярно с расстояния 1 м. В качестве стимула использовался шахматный паттерн с размером ячеек 240, 96, 48, 24 и 12 угловых минут. Регистрацию движений глаза во время фиксации осуществляли с помощью микропериметра MP-1 с пространственным разрешением 6 угловых минут и временным разрешением 25 Гц.

Результаты. Согласованный анализ ЗВП и движений глаза продемонстрировал высокую информативность при патологии центрального зрения у детей. Основными значимыми параметрами при оценке серии ЗВП являлись характер изменения амплитудно-временных параметров комплекса N75-P100 и размер ячеек паттерна, вызывающий ответ максимальной амплитуды. Важнейшими характеристиками движений глаза являлись: положение области фиксации относительно фовеа, амплитуда и ритмичность микродвижений глаза.

Выводы. Показано, что совместное использование данных ЗВП и результатов регистрации движений глаза при фиксации позволяет оценить потенциальные возможности и выявить неэффективно функционирующие звенья зрительной системы. На основе этих данных возможно осуществление объективного мониторинга зрительных функций и планирование эффективной программы развития зрения ребенка, включающей оперативное и функциональное лечение.

Ключевые слова: зрительные вызванные потенциалы, движения глаз при фиксации, мониторинг зрительных функций.

DOI: 10.32000/2072-1757-2019-1-127-133

D.I. KOSHELEV

Russian Eye and Plastic Surgery Center of the Russian Federation Health Ministry, Ufa, the Republic of Bashkortostan, Russian Federation

Visual evoked potentials and fixational eye movements as a method of objective monitoring of visual functions in children with impaired central vision

Contact details:

Koshelev D.I. — D. Sc. (biology), Associate Professor, Head of the Laboratory of Neurophysiology of Vision

Address: 67/1 R. Sorge St., Ufa, the Republic of Bashkortostan, Russian Federation, 450075, tel.: +7 (347) 293-42-11, e-mail: koshelev_d@mail.ru

To assess the effectiveness of combined analysis of visual evoked potentials (VEP) to the reversal checkboard pattern and parameters of fixational eye movements in children with impaired central vision.

Material and methods. Visual evoked potentials and fixational eye movements were recorded in subjects with normal vision, with amblyopia, nystagmus and dysfunction of the central retina. VEP was registered binocularly and monocularly from the distance of 1 meter. A sequential series of checkboard patterns with a check size of 240, 96, 48, 24 and 12 arcminutes were used as a stimulus. The registration of eye movements during fixation was performed using an MP-1 microperimeter with a spatial resolution of 6 arcminutes and a temporal resolution of 25 Hz.

Results. Combined analysis of VEP and eye movements demonstrated highly informative results in the assessment of central vision pathology in children. The main parameters in evaluation of the VEP series were the character of changes in the amplitude-latency parameters of the N75-P100 complex and the size of the pattern checks causing a response of the maximum amplitude. The most important characteristics of eye movements were: position of the fixational area relative to the fovea, amplitude and rhythm of eye movements.

Conclusion. It was shown that using the combined data of VEP and the registration of fixational eye movements allows assessing the potential possibilities and identify inefficiently functioning parts of the visual system. Based on these data, it is possible to carry out objective monitoring of visual functions and to plan an effective program for the development of a child's vision, including operational and functional treatment.

Key words: visual evoked potentials, fixational eye movements, monitoring of visual functions.

Одним из важнейших параметров зрительной системы является острота зрения. Именно этот показатель наиболее тесно связан с понятием качества зрения и в значительной степени влияет на качество жизни. Очевидно, что улучшение центрального зрения при его патологии у детей является одной из важнейших задач офтальмологии. Существуют многочисленные причины нарушения центрального зрения у детей. Низкая острота зрения может быть следствием врожденных или приобретенных нарушений различных уровней зрительной системы, генетических аномалий, несовершенств оптической системы глаза или патологии глазодвигательной системы. Несмотря на многообразие причин, лежащих в основе нарушения зрительных функций, одним из важнейших этапов эффективной абилита-ционной программы является объективная оценка актуального функционального состояния зрительного анализатора. Качественное измерение остроты зрения дает ценную информацию о реализуемых зрительной системой возможностях, однако механизмы, лежащие в основе этой реализации, остаются неясными. Такую информацию может дать анализ амплитудно-временных параметров зрительных вызванных потенциалов (ЗВП) и характеристик движений глаза при фиксации (ДГ). Анализ ЗВП позволяет оценить пространственно-частотную настройку зрительной системы и качество функционирования нейронных ансамблей зрительной коры, а характеристики ДГ дают возможность объективно оценить используемый способ квантования непрерывного зрительного потока. Таким образом, согласованный анализ позволяет составить адекватное представление о функциональном состоянии центральных отделов зрительной системы и моторном обеспечении зрительного процесса.

Цель исследования - дать характеристику основным вариантам патологии центрального зрения

у детей с точки зрения информации, получаемой с помощью ЗВП при учете качества зрительно-моторной координации.

В каждой группе мы попытались выявить особенности параметров ЗВП или движений глаза, которые можно рассматривать в качестве ключевых средств объективного мониторинга. Такой подход позволяет эффективно оценивать изменения функций зрительной системы в ходе естественного развития ребенка, в результате функциональных тренировок и после оперативных вмешательств.

Материал и методы

Регистрация ЗВП осуществлялась при помощи 4-канального электронейромиографа «Нейро-МВП-4» производства компании «Нейрософт» (г. Иваново, Россия) и соответствующего программного обеспечения. Электроды для записи ЗВП устанавливались по международной системе 10-20 на точки Oz (активный электрод), Cz (референтный) и Fpz (заземляющий). Импеданс под электродами не превышал 5 кОм. Регистрация ЗВП осуществлялась при бинокулярной и монокулярной стимуляции. В ходе исследования был применен расширенный диапазон пространственных частот при стимуляции центрального поля зрения. В качестве стимула использовался обращаемый шахматный паттерн с размером ячеек 240, 96, 48, 24 и 12 угловых минут. Расширение диапазона в сторону низких пространственных частот было вызвано несколькими причинами, основной из которых является возможность получить устойчивый ответ при низком уровне предметного зрения или нистагме. Зачастую стандартная величина ячеек крупного паттерна, равная 1 угловому градусу [1], не дает возможности зарегистрировать ЗВП, достаточно устойчивый для проведения мониторинга. Еще одна причина применения более широкого частотного диапазона заключается в возможности оценки развития про-

странственно-частотных механизмов мозга по амплитуде ЗВП на различные размеры ячеек шахматного паттерна, которая в норме увеличивается при уменьшении их размера в исследованном нами диапазоне. Таким образом, мы получаем возможность сопоставлять актуальную остроту зрения и активность зрительной системы при восприятии различных пространственных частот. Совместно с оценкой активности различных пространственно-частотных каналов, регистрация движений глаза позволяет оценить качество работы моторного сопровождения зрительного процесса. Известно, что зрительный процесс неразрывно связан с движениями глаза и невозможен в условиях стабилизации изображения на сетчатке [2, 3]. Комплексная информация дает возможность адекватно оценивать актуальное состояние зрительной системы ребенка и судить о механизмах достижения демонстрируемой остроты зрения, а также более четко оценивать источники потенциальных возможностей зрительной системы и эффективность лечебных мероприятий. Кроме того, в результате более широкого охвата пространственных частот увеличивается вероятность получить устойчивый ЗВП, пригодный для последующего мониторинга зрительных функций. В статье показаны результаты регистрации ЗВП при бинокулярной стимуляции.

Регистрацию ДГ осуществляли с помощью микропериметра MP-1 (Nidek Technologies, Italy) с пространственным разрешением 6 угловых минут и временным разрешением 25 Гц. Запись ДГ производилась во время 30-секундной фиксации неподвижного объекта, что позволяло зарегистрировать 750 положений глаза, которые составляли фиксационное поле. Объектом фиксации служил крест размером от 1 до 4 угловых градусов. Во всех случаях испытуемые хорошо различали объект фиксации. После окончания записи проводилось фотографирование глазного дна с последующим сопоставлением полученного снимка и записи движений глаза при фиксации. Это давало возможность оценить положение фиксационного поля относительно фовеа, точность фиксации и характер смещений глаза в ее процессе.

Для представления результатов регистрации ДГ мы приводим диаграмму разброса положений глаза в течение 30-секундной фиксации. Также на рисунке показан 3-секундный фрагмент записи для демонстрации амплитуды и ритмичности смещений глаза в процессе фиксации. Эти характеристики дают достаточное представление о размере оперативного поля зрения и моторном обеспечении зрительного процесса.

Норма

Прежде чем приступить к описанию характерных особенностей ЗВП и ДГ у детей с нарушением зрения, кратко охарактеризуем остроту зрения и вышеуказанные параметры в нормативной выборке. Более подробно характеристики нормативной группы изложены в нашей совместной статье с А.А. Ивлевой. Медианное значение остроты зрения в выборке составляло 1,7 с межквартильным интервалом 1,5-1,8. Факт значительного превышения остроты зрения в норме условной 1,0 неоднократно отмечается ранее в исследованиях на выборках различного возраста [4, 5]. На наш взгляд, это имеет большое значение при оценке состояния и потенциальных возможностей худшего глаза при односторонних нарушениях. В таких случаях острота зрения лучшего глаза часто принимается равной

1,0, без проверки его предельных возможностей, что искусственно снижает уровень различий между глазами.

Изменения амплитудно-временных параметров ЗВП при уменьшении размера ячеек стимулирующего паттерна в группе детей без патологии зрения заключаются в постепенном нарастании амплитуды основного комплекса ЗВП Ы75-Р100 с согласованным увеличением латентности вышеуказанных компонентов.

ДГ у детей без патологии зрения характеризовались высокой стабильностью и наличием ритмических микродвижений с частотой около 8 Гц и амплитудой до 15 угловых минут (рис. 1). Разнообразие ДГ определялось количеством нерегулярных микро-саккад амплитудой до 45 угловых минут, связанных с восстановлением фиксации после моргания или колебанием уровня селективного внимания.

Нормативная группа является хорошим примером того, что высокая острота зрения может достигаться в широком диапазоне активности центральных отделов зрительной системы и моторного сопровождения, которые отражают индивидуальные особенности зрительного процесса. Таким образом, параметры ЗВП и ДГ у детей без нарушения зрения можно использовать в качестве средства наблюдения за развитием зрительных функций и выявления неэффективно функционирующих звеньев зрительной системы.

Амблиопия

Пациенты с амблиопией демонстрируют широкий диапазон возможных сочетаний параметров ЗВП и ДГ [6]. В зависимости от того, носит амблиопия моно- или билатеральный характер, изменения ЗВП и ДГ имеют различный характер.

При монолатеральной амблиопии ЗВП в условиях

Рисунок 1

Параметры движений глаза при фиксации в норме. Вверху показан разброс положений глаза при фиксации и масштаб. Внизу 3-се-кундная часть записи Fig. 1

Parameters of normal eye movements in fixation. Top: interval of fixational eye positions and scale. Below: a 3 second long part of the recording

бинокулярной стимуляции может не иметь отличий от нормы и демонстрирует ответ максимальной амплитуды при размере ячеек 12 угловых минут (рис. 2). Наряду с этим встречаются пациенты, у которых наблюдается снижение амплитуды ЗВП в области высоких пространственных частот (рис. 3). Это подтверждает мнение о том, что в ряде случаев, даже при высокой остроте зрения лучшего глаза, односторонняя амблиопия может характеризоваться нарушением функций обоих глаз [7]. При двусторонней амблиопии ЗВП максимальной амплитуды регистрируется при стимуляции крупноклеточным паттерном. Дальнейшее уменьшение ячеек паттерна приводит к снижению амплитуды основного комплекса ЗВП и может сопровождаться увеличением латентности комплекса N75-P100 (рис. 4). Как правило, чем больше размер ячеек, при котором наблюдается максимальная амплитуда ЗВП, тем ниже демонстрируемая острота зрения. В результате мы получаем информацию о том, какой размер стимулирующих элементов является оптимальным для зрительной коры, и какие пространственно-частотные каналы наиболее развиты. ЗВП максимальной амплитуды играет важную роль в процессе дальнейшего исследования. Монокулярное тестирование при данном размере ячеек, независимо от вида амблиопии, позволяет оценить характер межокулярной интеграции. Кроме того, в случае двусторонней амблиопии, монокулярное тестирование позволяет выявить доминирующий глаз, а при односторонней амблиопии указывает на глубину нарушения функций худшего глаза. ЗВП максимальной амплитуды, как правило, демонстрирует высокую стабильность воспроизведения и может использоваться в качестве точки отсчета при мониторинге зрительных функций.

Рисунок 2

ЗВП при односторонней рефракционной ам-блиопии слабой степени Fig. 2

VEP in unilateral refractional amblyopia of weak degree

Движения лучшего глаза при односторонней ам-блиопии, как правило, не имеют различий с наблюдаемыми в норме. Движения глаза с амблиопией изменены и характеризуются меньшей стабильностью, саккадами большей амплитуды и редуцированием ритмического компонента движений (рис. 5). Это согласуется с литературными данными [8]. В целом движения глаза с амблиопией при одностороннем характере нарушения в большей степени отличаются от нормы и более разнообразны, нежели при амблиопии, затрагивающей оба глаза примерно в равной степени. Моторные различия при односторонней амблиопии указывают на степень сенсорного доминирования лучшего глаза в естественной зрительной среде и являются великолепным средством мониторинга развития зрительных функций глаза с амблиопией.

При двусторонней амблиопии ДГ изменены в зависимости от ее степени. Основные изменения, так же как и при односторонней амблиопии, заключаются в снижении стабильности фиксации и редуцировании ритмической составляющей. Выраженность данных изменений связана со степенью снижения зрительных функций и общим развитием внимания. В случае, когда амблиопия затрагивает оба глаза, параметры ДГ при фиксации прекрасно дополняют данные остроты зрения, демонстрируя качество моторного сопровождения зрительного процесса.

Таким образом, при амблиопии параметры ЗВП и ДГ хорошо дополняют друг друга, позволяют объективно оценивать актуальное состояние зрительной системы, способствуя пониманию механизмов реализации демонстрируемой остроты зрения. Полученная информация может быть использована при планировании лечебных мероприятий и быть

Рисунок 3

ЗВП при односторонней рефракционной амблиопии средней степени Fig. 3

VEP in unilateral refractional amblyopia of medium degree

Рисунок 4

ЗВП при двусторонней рефракционной амбли-опии средней степени Fig. 4

VEP in bilateral refractional amblyopia of medium degree

Обозначения

Рисунок 5

Движения глаза при амблиопии. как на рисунке 1 Fig. 5

Eye movements in amblyopia. Legend as in Fig.1

основой для качественного мониторинга зрительных функций.

Нистагм

Многочисленной группой пациентов, в которой параметры движений глаза ограничивают возможности пространственного разрешения зрительной системы, являются пациенты с нистагмом. Состав данной группы весьма разнороден по амплитудно-частотным параметрам нистагма и степени нарушения центрального зрения.

При мелкоразмашистом горизонтальном нистагме (рис. 6) в оптимальном частотно-пространственном диапазоне ЗВП не имеет признаков патологических изменений (рис. 7). Как правило, это наблюдается в низкочастотной области тестирования и может являться критерием развития различных пространственно-частотных каналов зрительной системы. С точки зрения зрительно-моторного согласования возможности зрительной системы при таких вариантах нистагма определяются параметрами движений глаза. У таких пациентов качественный мониторинг зрительных функций и оценка потенциальных возможностей могут осуществляться с помощью сопоставления моторных и сенсорных изменений, что позволяет корректировать программу лечебных воздействий.

У пациентов с высокой амплитудой нистагма часто не удается зарегистрировать устойчивый ЗВП на обращаемый паттерн, независимо от условий тестирования. При этом ЗВП на вспышку может иметь незначительные изменения или находиться в пределах нормы. В этом случае ключевым параметром, наряду с остротой зрения, позволяющим

осуществлять объективный мониторинг зрительных функций, является запись движений глаза при фиксации (рис. 8). Регистрация ДГ при нистагме имеет ключевое значение, позволяя объективно оценить амплитуду нистагма, его частоту и общую стабильность. Последняя характеристика указывает на потенциальные возможности уменьшения амплитуды нистагма по наличию на записи участков со снижением его амплитуды.

Таким образом, в случае нистагма, независимо от его амплитуды, наиболее важными для объективного мониторинга зрительных функций являются параметры движений глаза при фиксации и реализуемая острота зрения.

Эксцентричная фиксация

Как правило, при эксцентричной фиксации, независимо от причин нарушения центрального зрения, редко удается получить стабильный ЗВП на обращаемый паттерн даже при самом крупном размере ячеек. При этом амплитудно-временные параметры ЗВП на вспышку могут быть слабо изменены и не отражать функциональное состояние центрального зрения [9]. В таких случаях для оценки уровня зрительных функций каждого глаза, наряду с остротой зрения, более информативны параметры движений глаза при фиксации и ее расположение относительно фовеа (рис. 9, 10) [10, 11]. Местоположение области фиксации дает нам возможность прогнозировать предельную остроту зрения [12], а характер движений глаза демонстрирует степень эффективности зрительно-моторной координации.

По характеру движений четко определяется ведущий глаз и степень его доминирования. При

Рисунок 6

Движения глаза при мелкоразмашистом горизонтальном нистагме. Обозначения как на рисунке 1 Fig. 6

Eye movements in small-swinging horizontal nystagmus. Legend as in Fig.1

Рисунок 7

ЗВП на обращаемый паттерн при мелкоразмашистом горизонтальном нистагме Fig. 7

VEP to reversed pattern in small-swinging horizontal nystagmus

Рисунок 8

Движения глаза при среднеразмашистом горизонтальном нистагме. Обозначения как на рисунке 1 Fig. 8

Eye movements in middle-swinging horizontal nystagmus. Legend as in Fig.1

Рисунок 9

Движения глаза при эксцентричной фиксации. Обозначения как на рисунке 1 Fig. 9

Eye movements in eccentric fixation. Legend as in Fig.1

UNSTABLE

Рисунок 10

Эксцентричное положение области фиксации вблизи диска зрительного нерва. Показан объект фиксации и разброс положений глаза при 30-секундной фиксации Fig. 10

Eccentric position of fixation area near the visual nerve disc. The object of fixation and the interval of eye positions are shown with 30-second fixation

равной по абсолютной величине остроте зрения пациенты с более стабильной фиксацией характеризуются меньшей утомляемостью и более эффективной зрительной деятельностью. Таким образом, после достижения предельной или близкой к данной величине остроты зрения на первый план выходит работа над увеличением пластичности и эффективности моторных компонентов зрения. Очевидно, что данная функция улучшается и в процессе естественной адаптации к эксцентричному зрению. Однако целенаправленная работа, построенная на основе результатов регистрации движений глаза при фиксации, в значительной степени облегчает и ускоряет данную адаптацию. Оптимизация зрительно-моторной координации обеспечивает скорейшую социальную адаптацию пациентов и в значительной степени улучшает качество их жизни.

Выводы

Таким образом, опыт применения регистрации ЗВП расширенного частотного диапазона совместно с информацией о движениях глаза при фиксации

показал высокую информативность данного подхода. В большинстве случаев патологии зрения у детей получаемая информация позволяет адекватно выстраивать программу лечебных мероприятий, обоснованно выбирать тип оперативного вмешательства или направления функциональной реабилитации. Кроме того, в результате комплексного исследования появляется возможность всесторонне оценивать результаты оперативного лечения и функциональных тренировок с точки зрения воздействия на сенсорное и моторное звено зрительного процесса, что дает возможность осуществлять качественный и высокотехнологичный мониторинг функций центрального зрения у детей.

Кошелев Д.И. - ORCID ID: 0000-0001-6173-1059

ЛИТЕРАТУРА

1. Odom J.V., Bach M., Brigell M. et al. ISCEV standard for clinical visual voked potentials (2009 update) // Doc. Ophthalmol. - 2010. -Vol.120, № 1. - P. 111-119.

2. Ярбус А.Л. Роль движений глаза в процессе зрения. - Москва: Наука, 1965. - 166 с.

3. Martinez-CondeS. Fixational eye movements in normal and pathological vision // Progress in Brain Research. - 2006. - Vol.154. -P.151-176.

4. Мухамадеев Р.А., Кошелев Д.И., Сироткина И.В. Острота зрения и фиксационные характеристики зрительной системы у школьников младших классов // Функциональное состояние и здоровье человека: материалы II Всероссийской науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону. - 2008. - С.138-140.

5. Гареев Е.М., Мухамадеев Р.А., Кошелев Д.И. Зависимость остроты зрения офтальмологически здоровых людей от толщины макулярной области сетчатки // Сенсорные системы. - 2017. -№ 4. - С. 306-311.

6. Кошелев Д.И., Резбаева Г.Н., Яруллина Л.З. Зрительные вызванные потенциалы на обращаемый паттерн и параметры фиксационных движений глаза при выборе тактики лечения амблиопии // Точка зрения. Восток-Запад. - 2017. - № 4. -С. 98-101.

7. Halfeld Furtado de Mendonca R., Abbruzzese S., Bagolini B. et al. Visual evoked potential importance in the complex mechanism of amblyopia // Int Ophthalmol. - 2013. - Vol. 33, № 5. - Р. 515-519.

8. Subramanian V., Jost R.M., Birch E.E. A Quantitative Study of Fixation Stability in Amblyopia // Invest Ophthalmol Vis Sci. -2013. - Vol. 54. - P. 1998-2003.

9. Кошелев Д.И., Галаутдинов М.Ф., Вахмянина А.А. Опыт применения зрительных вызванных потенциалов на вспышку в оценке функций зрительной системы // Вестник ОГУ. - 2014. - № 12. -С. 181-187.

10. Кошелев Д.И., Сироткина И.В., Лебедев И.В. Положение области фиксации и значимые характеристики движений глаза при нарушении центрального зрения // Вестник ОГУ. - 2009. -№ 12. - С. 74-77.

11. Сироткина И.В., Фахретдинова Д.А., Кошелев Д.И. Острота зрения и показатели фиксации при нарушении центрального зрения различного генеза // Вестник ОГУ. - 2014. - № 12. -С. 271-275.

12. Справочник по инженерной психологии / gод ред. Б.Ф. Ломова. - Москва: Машиностроение, 1982. - 368 с.