Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66409910.31857/S0131164623600040WZLERAArticlesСтатьиInvestigation of the Perception of Three-Dimensional Geometric Figures from the Rotational Movement of Their Two-Dimensional Image in Children with OphthalmopathologyИсследование восприятия объемных геометрических фигур из вращательного движения их двухмерного изображения у детей с офтальмопатологиейRychkovaS. I.РычковаС. И.lana.rych@mail.ruSandimirovR. I.СандимировР. И.lana.rych@mail.ruInstitute for Information Transmission Problems of the RASФГБУН Институт проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАНBiomedical University of Innovation and Continuing Education of the Federal State Research Center of the Russian Federation, A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center of the FMBA of RussiaМедико-биологический университет инноваций и непрерывного образования ФГБУ “Государственный научный центр РФ – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна” ФМБА РФPirogov Russian National Research Medical UniversityФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова МЗ РФ0109202349512012925022025Copyright ©; 2023, С.И. Рычкова, Р.И. СандимировCopyright ©; 2023, С.И. Рычкова, Р.И. Сандимиров2023С.И. Рычкова, Р.И. СандимировС.И. Рычкова, Р.И. Сандимировhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664099

Manifestations of the illusion of a three-dimensional structure appearing when rotating a flat projection of a three-dimensional object (structure from motion (SfM)) were studied in three groups of children aged 7 to 17 years: 1) 40 children of the control group with orthotropy, the normal state of visual functions (including binocular and stereovision) and fundus; 2) 33 children with non-paralytic strabismus and normal fundus condition; 3) 50 children with non-paralytic strabismus on the background of congenital partial atrophy of the optic nerve (PAON). As a test image, we used the figure of a hexagon with diagonals passing through its center, presented in binocular and monocular observation conditions in the form of a still image, and when it rotates at a speed of 5, 10, 15, 20, 30, 40 rpm. It was shown that the perception of a three-dimensional structure in the form of a cube is possible with a stationary presentation of a test image in 2–3% of children of both the control group and groups of children with strabismus in binocular and monocular observation conditions. When rotating the test image in both binocular and monocular observation conditions, the number of children who perceived the cube in all groups increased with increasing image rotation speed, reached maximum values at 15–30 rpm and significantly decreased at 40 rpm. In the control group, during the transition from binocular observation conditions to monocular, the number of children perceiving the image as a cube significantly increases at rotational speeds of 5 rpm (p = 0.023), 10 rpm (p = 0.005), 20 rpm (p = 0.002) and 30 rpm (p = 0.001). In groups of children with strabismus (both on the background of normal fundus and on the background of PAON), binocular and monocular indicators were statistically comparable (р > 0.05). Comparison of indicators in different groups demonstrated a greater number of children perceiving a three-dimensional figure in the control group than in both groups of children with strabismus at certain speeds of rotation of the test image (from 10 to 20 rpm). In groups of children with strabismus on the background of normal fundus and children with strabismus on the background of PAON, binocular and monocular indicators are statistically comparable for all image rotation speeds. There was no significant dependence of the nature of the perception of the test image on age in all the studied groups of children. Thus, along with the general patterns of SfM manifestations in children of the studied groups, differences were revealed due to the nature of the interaction of monocular and binocular mechanisms of spatial perception in normal and ophthalmopathology. Thus, the SfM study can be used to evaluate the effects of depth and force relations of the monocular and binocular mechanisms of spatial perception in normal and ophthalmopathology.

Проявления иллюзии трехмерной структуры, появляющейся при вращении плоской проекции трехмерного объекта (structure from motion (SfM)) были исследованы в трех группах детей в возрасте от 7 до 17 лет: 1) 40 детей контрольной группы с ортотропией, нормальным состоянием зрительных функций (в том числе бинокулярного и стереозрения) и глазного дна; 2) 33 ребенка с содружественным (непаралитическим) косоглазием и нормальным состоянием глазного дна; 3) 50 детей с косоглазием на фоне врожденной частичной атрофии зрительного нерва (ЧАЗН). В качестве тестового изображения использовали фигуру шестиугольника с диагоналями, проходящими через его центр, предъявляемого в бинокулярных и монокулярных условиях наблюдения в виде неподвижного изображения, и при его вращении со скоростью 5, 10, 15, 20, 30, 40 об./мин (rpm). Было показано, что восприятие объемной структуры в виде куба возможно при неподвижном предъявлении тестового изображения у 2–3% детей как контрольной группы, так и групп детей с косоглазием в бинокулярных и в монокулярных условиях наблюдения. При вращении тестового изображения как в бинокулярных, так и в монокулярных условиях наблюдения, количество детей, воспринимавших куб, во всех группах увеличивалось при повышении скорости вращения изображения, достигало максимальных значений при 15–30 об./мин и значительно снижалось при 40 об./мин. В контрольной группе при переходе от бинокулярных условий наблюдения к монокулярным существенно увеличивается количество детей, воспринимающих изображение как куб, при скоростях вращения 5 об./мин (р = 0.023), 10 об./мин (р = 0.005), 20 об./мин (р = 0.002) и 30 об./мин (р = 0.001). В группах детей с косоглазием (как на фоне нормального глазного дна, так и на фоне ЧАЗН) бинокулярные и монокулярные показатели были статистически сопоставимы (р > 0.05). Сравнение показателей в разных группах демонстрировало большее количество детей, воспринимающих объемную фигуру в контрольной группе, чем в обеих группах детей с косоглазием при некоторых скоростях вращения тестового изображения (от 10 до 20 об./мин). В группах детей с косоглазием на фоне нормального глазного дна и детей с косоглазием на фоне ЧАЗН бинокулярные и монокулярные показатели статистически сопоставимы для всех скоростей вращения изображения. Не было выявлено достоверной зависимости характера восприятия тестового изображения от возраста во всех исследуемых группах детей. Таким образом, наряду с общими закономерностями проявлений SfM у детей исследуемых групп, выявлены различия, обусловленные характером взаимодействия монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного восприятия в норме и при офтальмопатологии. Таким образом, исследование SfM может использоваться для оценки эффектов глубины и силовых отношений монокулярного и бинокулярного механизмов пространственного восприятия в норме и при офтальмопатологии.

structure of movementstrabismusamblyopiadepth effect.структура из движениякосоглазиеамблиопияэффект глубины.Могилев Л.Н. Механизмы пространственного зрения. М.: Наука, 1982. 112 с.Рычков И.Л. Пространственное зрение человека и животных. Иркутск: Издательство Иркутского университета, 1990. 216 с.Рожкова Г.И., Матвеев С.Г. Зрение детей: проблемы оценки и функциональной коррекции. М.: Наука, 2007. 315 с.Рожкова Г.И., Алексеенко С.В. Зрительный дискомфорт при восприятии стереоскопических изображений как следствие непривычного распределения нагрузки на разные механизмы зрительной системы // Мир техники кино. 2011. Т. 21. № 3. С. 12.Рожкова Г.И., Васильева Н.Н. Взаимодействие бинокулярного и стереокинетического механизмов восприятия глубины у детей с нормальным и нарушенным бинокулярным зрением // Сенсорные системы. 2001. Т. 15. № 1. С. 61.Howard I.P., Fujii Y., Allison R.S. Interactions between cues to visual motion in depth // J. Vis. 2014. V. 14. № 2. P. 14.Thompson L., Ji M., Rokers B., Rosenberg A. Contributions of binocular and monocular cues to motion-in-depth perception // J. Vis. 2019. V. 19. № 3. P. 2.Vezzani S., Kramer P., Bressan P. Stereokinetic effect, kinetic depth effect, and structure from motion / The Oxford Handbook of Perceptual Organization. Oxford University Press. Oxford UK, 2014. 26 p.Musatti C.L. La stereocinesi e il problema della struttura dello spazio visibile // Rivista di Psicologia. 1955. V. 49. P. 3.Wieland B.A., Mefferd R.B. Perception of depth in rotating objects: Asim-metry and velocity as the determinants of the stereokinetic effect // Percept Mot. Skills. 1968. V. 26. № 3. P. 671.Mogylev L.N., Rychkov I.L., Rizolatti G. Alcune osservationi sui fenomeni stereocinetici // Boll. Soc. Ital. Biol. Sper. 1978. V. 5. № 18. P. 1763.Fischer G.T. Factors affecting estimation of depth with variations of the stereokinetic effect // Am. J. Psychol. 1956. V. 69. № 2. P. 252.Wallach H., O’Connell D. The kinetic depth effect // J. Exp. Psychol. 1953. V. 45. № 4. P. 205.Ullman S. The interpretation of structure from motion // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1979. V. 203. № 1153. P. 405.Ferris S.H. Motion parallax and absolute distance // J. Exp. Psychol. 1972. V. 95. № 2. P. 258.Holmin J., Nawro M. Motion parallax thresholds for unambiguous depth perception // Vision Res. 2015. V. 115. P. 40.Shindler A., Bartels A. Motion parallax links visual motion areas and scene regions // Neuroimage. 2016. V. 125. P. 803.Рычкова С.И., Васильева Н.Н. Взаимоотношение монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного восприятия при разных видах амблиопии // Сенсорные системы. 2011. Т. 25. № 2. С. 119.Рычкова С.И., Сандимиров Р.И., Кособуцкая Л.В. Зависимость стереокинетического эффекта от скорости вращения и эксцентриситета тестового изображения у детей с частичной атрофией зрительного нерва // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 4. С. 13. Rychkova S.I., Sandimirov R.I., Kosobutskaya L.V. Dependence of the stereokinetic effect on the rotational speed and eccentricity of the test image in children with partial optic atrophy // Human Physiology. 2019. V. 45. № 4. P. 356.Рычкова С.И., Лихванцева В.Г. Взаимоотношения монокулярного и бинокулярного механизмов пространственного восприятия до и после функционального лечения у детей с послеоперационной остаточной микродевиацией // Офтальмохирургия. 2019. № 4. С. 42.Kim H.R., Angelaki D.E., DeAngelis G.C. Gain modulation as a Mechanism for Coding depth from motion parallax in macaque area MT // J. Neurosci. 2017. V. 37. № 34. P. 8180.Nadler J.W., Barbash D., Kim H.R. et al. Joint representation of depth from motion parallax and binocular disparity cues in macaque area MT // J. Neurosci. 2013. V. 33. № 35. P. 14061.Brodsky M.C. Optic atrophy in children / Pediatric Neuro-Ophthalmology. NY: Springer, 2016. P. 199.Peragallo J.H., Keller S., van der Knaap M.S. et al. Retinopathy and optic atrophy: Expanding the phenotypic spectrum of pathogenic variants in the AARS2 gene // Ophthalmic Genet. 2018. V. 39. № 1. P. 99.Turan K.E., Sekeroglu H.T., Koc I., Sanac A.S. Bilateral optic disc pathologies as an accompanying feature of comitant strabismus in children // Int. Ophthalmol. 2018. V. 38. № 2. P. 425.Васильева Н.Н., Рычкова С.И., Рожкова Г.И. Монокулярные и бинокулярные механизмы пространственного восприятия у слабовидящих детей с заболеваниями сетчатки и зрительного нерва // Дефектология. 2010. № 6. С. 39.Vanzelli U., Farne M. Movimento dello stimolo e tridimensionalita // Boll. Soc. Ital. Biol. Sper. 1970. V. 46. № 11. P. 529.