УДК 612.648
DOI 10.64831/2619-0001.2020.2.103539
И.И. Рюмина¹, д.м.н., М.В. Кухарцева¹, М.В. Нароган¹,², д.м.н., П.И. Боровиков¹, к.ф.-м.н., В.В. Лагутин¹
¹ ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ, г. Москва, Россия
² ФГАОУ ВО «Первый московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения РФ (Сеченовский университет), г. Москва, Россия
РЕЗЮМЕ. Визуальное развитие новорожденного ребенка в структуре нейропсихического развития сложно переоценить. Существует несколько различных методов диагностики зрительной функции у детей, но не все из них применимы у новорожденного. Оценку зрительной функции в первые несколько дней после рождения можно проводить, наблюдая за спонтанными движениями глаз и возможными отклонениями, такими как спонтанный нистагм, или проверяя способность фиксировать взгляд и прослеживать предмет. Но эта оценка субъективна и не позволяет фиксировать, сравнивать и хранить результаты обследования по мере роста и развития ребенка. Предложенная нами методика помогает объективно определить длительность каждого периода времени, когда малыш смотрит на объект перед камерой. Это свидетельствует о возможности и длительности сосредоточения на привлекательном для ребенка объекте, о вовлеченности новорожденного в процесс визуальной стимуляции и о частоте его отвлечения. Возможность объективизировать доступные методологии позволит усовершенствовать развивающие методики, а также диагностику ранних нарушений зрительной функции.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: НОВОРОЖДЕННЫЙ, НЕДОНОШЕННЫЙ, ВИЗУАЛЬНАЯ СИСТЕМА, ЗРЕНИЕ, НЕЙРОСЕНСИТИВНОЕ РАЗВИТИЕ, ПСИХОНЕВРОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ, РАЗВИВАЮЩИЙ УХОД, ВЫХАЖИВАНИЕ НОВОРОЖДЕННЫХ, АЙ-ТРЕКИНГ
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Рюмина И.И., Кухарцева М.В., Нароган М.В. и др. Метод объективной оценки внимания и концентрации при визуальной стимуляции черно-белыми зрительными образами у новорожденных и детей первого года жизни. Медицинский оппонент 2020; 2 (10): 35–39.
UDC 612.648
I.I. Ryumina¹, M.V. Kukhartseva¹, M.V. Narogan¹,², P.I. Borovikov¹, V.V. Lagutin¹
¹ FSBI «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakova», Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia
² First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia
SUMMARY. It is difficult to overestimate the visual development of a newborn child in the structure of neurobehavioral development. There are several different methods for diagnosing visual function in children, but many of them are judged subjectively, and not all of them are applicable to a newborn child. Assessment of visual function in the first few days after birth can be done by observing spontaneous eye movements and possible abnormalities such as spontaneous nystagmus, or by testing the ability to fix a gaze and track an object, but this assessment is subjective and does not allow recording, comparing and storing the results of the examination as the child grows and develops. The proposed method allows us to objectively determine the duration of each period of time when the child looks at an object in front of the camera, which indicates the possibility and duration of concentration on an object attractive to the child, the child’s involvement in the process of visual stimulation, and the frequency of his distraction. The ability to objectify the available methodologies will improve developmental techniques, as well as the diagnosis of early visual impairment.
KEYWORDS: NEWBORN, PREMATURE NEWBORN, VISUAL SYSTEM, VISION, NEUROSENSITIVE DEVELOPMENT, PSYCHONEUROLOGICAL DEVELOPMENT, DEVELOPMENTAL CARE, NEWBORN CARE, EYE-TRACKING
FOR CITATION: Ryumina I.I., Kukhartseva M.V., Narogan M.V. et al. The method of objective assessment of visual attention and concentration during visual stimulation with black and white visual images in newborns and infants. Meditsinskiy Opponent = Medical Opponent 2020; 2 (10): 35–39.
Функция зрительного анализатора играет одну из ведущих ролей в развитии ребенка. Существенной особенностью зрительного восприятия является то, что оно всегда осуществляется во взаимодействии с другими видами чувствительности. Зрительный анализатор генетически развивается в тесной связи с мозгом. С первых дней жизни ребенка зрение ассоциировано с осязанием, слухом, обонянием и другими видами чувствительности. В результате образуются сложные динамические системы нейрональных связей, являющиеся основой психической деятельности и ориентации в пространстве. Более раннее развитие зрительной функции оказывает непосредственное влияние на когнитивное развитие ребенка [1].
Понимание процессов, от которых зависит раннее визуальное развитие новорожденного, имеет важное и, возможно, решающее значение в организации развивающего ухода за недоношенными, за больными детьми (особенно). Известно, что высокий уровень шума, яркий свет, депривация сна и длительная седация неблагоприятно влияют на раннее развитие органов чувств, и уменьшение воздействия этих факторов лежит в основе охранительного режима. Новорожденные предпочитают изображения, похожие на лицо человека [2]. Это можно объяснить тем, что малыш не в состоянии четко видеть окружающие предметы вследствие несовершенства и некоторой незрелости механизмов аккомодации, которые развиваются в первые недели после рождения. Он различает лишь контрасты, и основным из них является лицо матери [3, 4]. В первые недели жизни ребенок запоминает только определенную последовательность контрастов материнского лица. С 7–8 месяцев жизни он способен к более точному анализу и восприятию и может отличать лица разных людей со схожим расположением контрастов [5]. Существуют разноречивые данные в отношении развития зрительного внимания у недоношенных. Hunnius S. и соавторы (2008) считают, что для таких детей характерно опережающее развитие и способность к гибкому переключению зрительного внимания, что объясняется ранней и более длительной визуальной стимуляцией после рождения [6]. Однако есть данные, что развитие визуального внимания у недоношенных происходит медленнее, и в полугодовалом возрасте у них отмечаются трудности в распределении и концентрации внимания [7].
Тот факт, что контрастные изображения (черты лица, особенно глаза) проще для восприятия младенца, наиболее вероятно связан с тем, что они имеют округлые формы и тени, которые легче наблюдать, так как у глазных мышц еще нет большой практики при совершении резких движений.
Ребенок учится распознавать овал лица матери, обеспечивающий контраст с линией волос и фоном. Например, если мать изменила прическу, малышу нужно будет привыкнуть к новому контуру ее лица. При этом он будет учиться узнавать маму посредством других органов чувств, таких как запах, прикосновение, вкус или звук голоса.
Исследования показали, что ребенок, выложенный на живот матери сразу после рождения, может самостоятельно подползти к груди и начать успешно кормиться уже в течение часа после своего появления на свет.
Было высказано предположение, что, помимо запаха, младенец ориентируется по темной ареоле сосков мамы из-за их контраста на фоне кожи (ареола и сосок становятся очень темными у беременных женщин, что делает их заметными для малыша). Дети предпочитают контрастные изображения, а черно-белые рисунки имеют наивысший контраст.
Удержание внимания новорожденных при визуальной стимуляции с помощью черно-белых изображений может увеличиться от нескольких секунд до полутора минут всего за одну неделю. Более продолжительное удержание внимания обеспечивается более длительным обучением и отсутствием отвлекающих звуковых стимулов, особенно знакомых голосов людей, ухаживающих за ребенком. Однако не всегда звуковое сопровождение показа контрастных изображений на самом раннем этапе развития помогает эффективно удерживать внимание малыша и способствует становлению зрительной функции, поскольку звуковые стимулы более конкурентоспособны по сравнению с визуальными.
В нашей работе мы использовали черно-белые рисунки для новорожденных и младенцев, авторами которых являются Ия и Грэм Уайтли [9]. Эти изображения (дизайны земли) основаны на современных научных знаниях о визуальном восприятии детей самого раннего возраста и на аспектах развития головного мозга. Авторы объясняют важность рисунков, выполненных вручную, в отличие от идеальных компьютерных изображений, тем, что в природе нет абсолютно идеальной симметрии. Разглядывая изображения и находя мелкие изъяны и отклонения от совершенства, мы концентрируем на них внимание. Созданные авторами образы отражают эти незначительные недостатки, поскольку они накапливаются и в природе, и в предметах, сделанных руками человека, и будут привлекать внимание как ребенка, так и взрослого. Рисунки в этих книгах помогают улучшить концентрацию внимания посредством увлекательных изображений, стимулировать дальнейшее освоение мира, создавать новые нейрональные связи в мозге путем обучения отслеживанию и запоминанию визуальных образов, приобретать навыки концентрации внимания, начального анализа окружающего, необходимые для успешного развития и взаимодействия с социумом.
Для того чтобы определить, как перемещается взгляд при рассматривании объекта, как долго он фиксируется, существует определенная технология — ай-трекинг, которая позволяет наблюдать и записывать движения глаз: расширение зрачка, его перемещение. Однако существующие ай-трекеры невозможно применить у новорожденных и у детей раннего возраста [4].
Нами предложен метод компьютерного зрения, который позволяет в режиме реального времени оценить точную траекторию движения глаз и время сосредоточения взгляда младенца. Методика включает видеосъемку новорожденных в динамике неонатального периода и первых месяцев жизни с последующим анализом паттернов движений глаз с помощью компьютерного зрения (рис. 1).
Для визуального воздействия использовались черно-белые изображения Cosmic Baby Books (рис. 2), для которых была разработана методология частоты, порядок показа визуальных образов по мере усложнения симметрии.
Предлагаемый метод включает в себя видеосъемку новорожденных как в стационаре, так и амбулаторно (рис. 3).
В качестве исходных данных были использованы видеозаписи с камер мобильных телефонов продолжительностью от 15 секунд до трех минут. Распознавание образа лица реализовали с помощью широкоприменяемой предобученной модели, основанной на машинном обучении и сверточных сетях [10]. Алгоритм исследования движения глаз включает в себя поиск лица, определение положения головы по расположению глаз, носа, губ, нахождение зоны глаз, зрачка, выявление относительного и абсолютного направления взгляда, отслеживание моргания. В ходе исследования была отработана система отслеживания направления взгляда и оценена концентрация, ее длительность.
Оценку зрительной функции в первые несколько дней после рождения следует проводить, наблюдая за спонтанными движениями глаз и возможными отклонениями, такими как спонтанный нистагм, или проверяя способность фиксировать взгляд и прослеживать предмет. Однако эта оценка субъективна и не позволяет фиксировать, сравнивать и хранить результаты обследования по мере роста и развития ребенка. Предложенная нами методика помогает объективно определить длительность каждого периода времени, когда малыш смотрит на объект перед камерой. Это свидетельствует о возможности и длительности сосредоточения на привлекательном для ребенка объекте (черно-белое контрастное изображение различной степени сложности), вовлеченности новорожденного в процесс визуальной стимуляции и частоте его отвлечения от процесса. В дальнейшем необходима разработка нормативных данных для детей различного гестационного и постконцептуального возраста.
Gandhi N.J., Sparks D.L. Changing views of the role of superior colliculus in the control of gaze. In: The Visual Neurosciences, edited by Chalupa L.M., Werner J.S. Cambridge: MIT Press, 2004: 1449–1465.
Valenza E., Simion F., Macchi C.V., Umiltà C. Face Preference at Birth. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 1996; 22 (4): 892–903.
McKone E., Crookes K., Jeffery L., Dilks D.D. A critical review of the development of face recognition: Experience is less important than previously believed. Cogn. Neuropsychol. 2012; 29 (1–2): 174–212.
Imafuku M., Kawai M., Niwa F. et al. Preference for Dynamic Human Images and Gaze-Following Abilities in Preterm Infants at 6 and 12 Months of Age: An Eye-Tracking Study. Infancy 2017; 22 (2): 223–239.
Nakato E., Kanazawa S., Yamaguchi M.K. Holistic processing in mother’s face perception for infants. Infant Behav. Dev. Elsevier 2018; 50: 257–263.
Hunnius S., Geuze R., Zweens M., Bos A. Effects of preterm experience on the developing visual system: a longitudinal study of shifts of attention and gaze in early infancy. Dev. Neuropsychol. 2008; 33.
Кунникова К.И., Котосов А.И., Валиева Э.Р. Методика оценки зрительного внимания у недоношенных младенцев в социальном и несоциальном контекстах. Научный форум: Педагогика и психология: сб. ст. по материалам IV Междунар. науч.-практ. конф. М.: МЦНО, 2017: 119–125. [Kunnikova K.I., Kotyusov A.I., Valieva E.R. Methodology for assessing visual attention in premature infants in social and non-social contexts. Scientific Forum: Pedagogy and Psychology: Collection of articles based on materials of the IV International scientific-practical conf. M.: ISC, 2017: 119–125. (In Russ.)].
World Health Organization. Guideline: counselling of women to improve breastfeeding practices. 2018. CC BY-NC-SA 3.0 IGO.
Whiteley I., Whiteley G., Fisher R. EARTH DESIGNS: Black and White Book for a Newborn Baby and the Whole Family: Volume 1. Bath: Cosmic Baby Books, 2016. 36 p.
Kushsairy K., Kamaruddin M.K., Nasir H. et al. A comparative study between LBP and Haar-like features for Face Detection using OpenCV. 4th International Conference on Engineering Technology and Technopreneuship (ICE2T), 2014.
Вклад авторов. И.И. Рюмина — общее руководство, написание статьи, сбор материала; М.В. Кухарцева — написание и оформление статьи, сбор информации и материала, автор иллюстративного материала; М.В. Нароган — научное редактирование статьи; П.И. Боровиков — научное консультирование; В.В. Лагутин — главный технический исполнитель и разработчик, математическая и статистическая обработка данных, научный консультант по ИТ-технологиям.
Authors contributions. I.I. Ryumina — general guidance, article writing, collecting the material; M.V. Kukhartseva — article writing and formatting, collecting information and material, author of illustrative material; M.V. Narogan — scientific editing of the article; P.I. Borovikov — scientific advice; V.V. Lagutin — chief technical executor and developer, mathematical and statistical data processing, scientific consultant for IT technologies.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Исследование выполнено в рамках НИР по теме государственного задания: «Совершенствование подходов к интенсивной терапии, вскармливанию и выхаживанию недоношенных детей с перинатальной патологией». Руководитель темы государственного задания — Д.Н. Дегтярев, д.м.н., профессор. Completed within the framework of research on the topic of the State assignment: «Improvement of approaches to intensive therapy, feeding and care of premature children with perinatal pathology». Head of the State Task topic — D.N. Degtyarev, PhD, Professor.
Статья поступила: 11.09.2020 Принята к публикации: 18.09.2020. Article received: 11.09.2020. Accepted for publication: 18.09.2020.
Рюмина Ирина Ивановна, д.м.н., руководитель отделения патологии новорожденных и недоношенных детей ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ. Адрес: 117997, г. Москва, ул. Академика Опарина, д. 4. Телефон: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0003-1831-887X.
Кухарцева Марина Вячеславовна, врач-неонатолог, научный сотрудник отделения патологии новорожденных и недоношенных детей Института неонатологии и педиатрии ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ. Адрес: 117997, г. Москва, ул. Академика Опарина, д. 4. Телефон: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0002-4916-9531.
Нароган Марина Викторовна, д.м.н., ведущий научный сотрудник отделения патологии новорожденных и недоношенных детей ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ; профессор кафедры неонатологии ФГАОУ ВО «Первый московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения РФ (Сеченовский университет). Адрес: 117997, г. Москва, ул. Академика Опарина, д. 4. Телефон: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0002-3160-905X.
Боровиков Павел Игоревич, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией биоинформатики ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ. Адрес: 117997, г. Москва, ул. Академика Опарина, д. 4. Телефон: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0003-4880-7500.
Лагутин Вадим Владимирович, научный сотрудник лаборатории биоинформатики ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения РФ. Адрес: 117997, г. Москва, ул. Академика Опарина, д. 4. Телефон: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0001-7536-0631.
Ryumina Irina Ivanovna, PhD, Head of the Department of Pathology of Newborns and Premature Babies of the Federal State Budgetary Institution «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov», Ministry of Health of the Russian Federation. Address: 117997, Moscow Academia Oparina St., 4. Phone: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0003-1831-887X.
Kukhartseva Marina Vyacheslavovna, Neonatologist, Researcher at the Department of Pathology of Newborns and Premature Babies of the Federal State Budgetary Institution «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov», Ministry of Health of the Russian Federation. Address: 117997, Moscow Academia Oparina St., 4. Phone: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0002-4916-9531.
Narogan Marina Victorovna, PhD, leading Researcher of the Department of Pathology of Newborns and Premature Babies of the Federal State Budgetary Institution «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov», Ministry of Health of the Russian Federation. Professor at the Neonatology Department at First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov, Ministry of Health of the Russian Federation. Address: 117997, Moscow Academia Oparina St., 4. Phone: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0002-3160-905X.
Borovikov Pavel Igorevich, PhD, Head of the Department of Bioinformatics Laboratory Federal State Budgetary Institution «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov», Ministry of Health of the Russian Federation. Address: 117997, Moscow Academia Oparina St., 4. Phone: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0003-4880-7500.
Lagutin Vadim Vladimirovich, Researcher of Laboratory of Bioinformatics of the Federal State Budgetary Institution «National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov», Ministry of Health of the Russian Federation. Address: 117997, Moscow Academia Oparina St., 4. Phone: +7 (495) 433-27-72. E-mail: info@oparina4.ru. ORCID: 0000-0001-7536-0631.