На протяжении всей истории коррекции зрения офтальмология решала одну фундаментальную задачу: создать максимально четкое изображение на сетчатке.
При близорукости или дальнозоркости мы используем очки и контактные линзы. При лазерной коррекции изменяем преломляющую силу роговицы. В определенных случаях с рефракционной целью заменяем прозрачный естественный хрусталик искусственным.
Все эти методы различны, но принцип один:
мы изменяем оптическую систему глаза до того, как свет достигнет сетчатки.
Однако развитие искусственного интеллекта, нейрофизиологии и двунаправленных нейроинтерфейсов позволяет поставить совершенно другой вопрос:
А обязательно ли в будущем исправлять сам глаз?
Возможно, появится принципиально новый способ коррекции — нейрокоррекция зрения, при которой оптика глаза остается неизменной, а коррекции подвергается уже информация, поступающая от сетчатки к мозгу.
Глаз остается −5,0. Человек воспринимает изображение четким
Представим человека с миопией −5,0 диоптрий.
Сегодня мы должны оптически переместить фокус на сетчатку.
В системе нейрокоррекции глаз остается миопическим. На сетчатке формируется расфокусированное изображение, но система знает индивидуальную оптику этого глаза и характер создаваемого ею дефокуса.
Далее искусственный интеллект анализирует поступивший зрительный сигнал и выполняет обратную реконструкцию.
Условно:
объект → дефокусированное изображение на сетчатке → нейронный сигнал → вычислительная реконструкция → зрительная кора → четкое восприятие.
Фактически вместо обычной оптической линзы появляется цифровая нейронная линза.
Она находится уже не перед глазом и не внутри него.
Она работает на уровне зрительной информации.
Пресбиопия: виртуальная аккомодация вместо утраченной
Особенно интересна эта концепция применительно к пресбиопии.
После 40–45 лет постепенно снижается способность хрусталика обеспечивать необходимую аккомодацию для работы вблизи.
Сегодня мы компенсируем это очками для близи, прогрессивными линзами, контактной коррекцией или различными хирургическими решениями.
Но при нейрокоррекции принцип может быть совершенно другим.
Система определяет, куда человек смотрит и на каком расстоянии находится объект, оценивает возникший дефокус и динамически реконструирует зрительный сигнал.
Человек переводит взгляд:
вдаль → на компьютер → на книгу → снова вдаль, —
а алгоритм автоматически изменяет параметры обработки.
Глаз при этом не восстанавливает утраченную аккомодацию.
Но зрительная система получает ее цифровой функциональный эквивалент.
Я бы назвал это виртуальной аккомодацией.
Но мозг уже сегодня делает нечто похожее
И здесь особенно важен хорошо известный офтальмологам клинический феномен.
Иногда пациент приходит на обычный осмотр и только при раздельной проверке глаз неожиданно узнает, что одним глазом видит значительно хуже, чем предполагал.
В повседневной жизни человек этого практически не замечал.
Почему?
Потому что мы видим не двумя независимыми камерами.
Зрительная система объединяет информацию обоих глаз, отдает предпочтение более качественному сигналу, может подавлять мешающую информацию и использует накопленный жизненный опыт для интерпретации окружающего мира.
Мозг постоянно сопоставляет увиденное с тем, что он уже знает об объектах.
Поэтому наше осознанное зрительное восприятие никогда не является простым фотографическим отпечатком изображения на сетчатке.
Это непрерывная реконструкция.
Именно этот естественный механизм нейрокоррекция будущего теоретически могла бы дополнить вычислительными возможностями искусственного интеллекта.
От коррекции резкости — к повышению разрешения
Но дальше возникает еще более интересная перспектива.
Если система способна реконструировать дефокусированное изображение, следующим этапом может стать не просто возвращение нормальной остроты зрения, а расширение функциональных возможностей зрения.
Например, увеличение мелких объектов, повышение контраста, выделение определенных структур.
Но здесь существует принципиальная граница.
Если необходимой пространственной информации вообще нет в сигнале, поступившем от сетчатки, искусственный интеллект не может достоверно получить ее из ничего.
Он способен только предположить, что там находится.
Поэтому для настоящего увеличения разрешения потребуется внешний источник информации.
Например, человек смотрит на препарат эпидермиса лука.
Обычный глаз не способен разрешить отдельные клетки без увеличительной оптики.
Но внешний микросенсор получает эту информацию, компьютер обрабатывает ее, а нейроинтерфейс интегрирует ее непосредственно в зрительное восприятие.
Тогда человеку уже не обязательно смотреть на экран микроскопа.
Он сможет условно переключать:
обычное зрение → увеличение → микроскопический режим.
И это уже не коррекция рефракции.
Это расширение человеческого зрения.
Всю историю коррекции зрения мы воздействовали на оптику.
Очки и контактные линзы изменяют ход света перед глазом. Лазерная коррекция изменяет оптическую силу роговицы. Рефракционная замена прозрачного хрусталика меняет внутриглазную оптику.
Но конечная цель всех этих методов одна.
Не изменить роговицу или хрусталик сами по себе, а дать мозгу качественную зрительную информацию.
Поэтому следующий этап развития вполне можно представить иначе: воздействовать уже не на оптическую систему, а на саму обработку зрительного сигнала.
Мы ежедневно видим, насколько активно головной мозг участвует в формировании изображения.
Офтальмологам хорошо знакомы пациенты, которые совершенно неожиданно узнают на приеме, что одним глазом видят очень плохо.
До обследования они этого не замечали.
Зрительная система использовала более качественную информацию второго глаза, подавляла недостаточную и формировала единое функциональное восприятие окружающего мира.
Кроме того, мозг постоянно использует накопленный опыт.
Мы узнаем лицо при плохом освещении, понимаем неполностью видимое слово, распознаем знакомый объект по отдельным признакам.
То есть определенная форма биологической реконструкции зрительной информации уже существует.
Что добавит искусственный интеллект
Искусственный интеллект может добавить к этому естественному механизму огромный массив визуального опыта и математическое знание индивидуальной оптики конкретного глаза.
Но здесь появляется очень важная проблема.
Система должна различать:
что действительно присутствует в зрительном сигнале, что математически восстановлено, а что лишь предположено алгоритмом.
Для медицины это фундаментально.
Нейрокоррекция должна улучшать зрение, но не создавать человеку убедительную картину того, чего в действительности перед ним нет.
Если когда-нибудь мы научимся надежно решать эту задачу, развитие может пройти несколько этапов:
сначала — компенсация миопии, гиперметропии и астигматизма;
затем — виртуальная аккомодация при пресбиопии;
далее — дополнительное повышение контраста и качества восприятия;
и наконец — подключение внешних сенсоров, способных добавить человеку совершенно новые режимы зрения.
Тогда медицина перейдет от исправления дефекта к расширению физиологических возможностей человека.
«Всю историю рефракционной офтальмологии мы исправляли оптику глаза, чтобы сформировать максимально качественное изображение на сетчатке. Но мозг никогда не был пассивным приемником этой картинки. Он постоянно объединяет информацию двух глаз, подавляет помехи, использует накопленный опыт и реконструирует окружающий мир. Поэтому я допускаю, что в будущем появится принципиально новый класс коррекции — нейрокоррекция зрения. Мы сможем оставить оптическую рефракцию глаза неизменной, но реконструировать полученный сетчаткой сигнал так, чтобы мозг воспринимал четкое изображение. При пресбиопии это потенциально может стать виртуальной аккомодацией, а при подключении дополнительных сенсоров — уже совершенно новым уровнем зрительных возможностей. Тогда главный вопрос офтальмологии изменится: не только как исправить плохое зрение, а насколько далеко мы вообще способны расширить человеческое зрительное восприятие.»
Профессор В.В. Куренков