Здравствуйте!

Предлагаю всем желающим познакомиться с ниже следующей информацией об очередной
разработке в области "ИСКУССТВЕННОГО ЗРЕНИЯ". Более
подробно об этом можно прочитать на сайте:

http://www.tactilevision.ru

Слепым и слабовидящим

Благотворительный Фонд "Вереск" и научная группа проекта "Тактильное виденье"
обращается к людям с ограниченными возможностями
зрения, слепым и слабовидящим.
Уважаемые господа, в настоящее время фондом разрабатывается новая модель прибора
искусственного зрения, на которой предстоит
провести полный научный эксперимент.
Мы надеемся узнать Ваше мнение и получить ваши советы по его внешнему виду, возможностям
применения, а также узнать о Вашем личном
опыте восприятия информации и Ваших методах адаптации.
Мы будем рады ответить на Ваши звонки.

Прибор искусственного зрения, тактильный заменитель зрения

Контактная информация

Региональный общественный фонд помощи слепым и слабовидящим детям и взрослым
"ВЕРЕСК"
103001, Москва, ул. Спиридоновка, д.24/1-3, стр. 1, кв. 42

Телефон (095) 291-1850, 291-9398
Факс (095) 291-6895

E-mail -
info@t*****.ru

Фингеров Гавриил,
Председатель Попечительского Совета Фонда (095) 291-1850

Левашова Анастасия,
Председатель Правления Фонда (095) 291-9398

Невяжская Наталья,
Исполнительный Директор (095) 291 6895

Белозерская Ольга,
Координатор (095) 291-1850

Тактильный заменитель зрения, научное обоснование

Научная группа общественного фонда "ВЕРЕСК" предлагает новое решение проблемы
"искусственного зрения" для слепых. Наш метод
позволяет слепым "видеть" без хирургического вмешательства и внедрения имплантов".

Таким образом, мы можем сообщить, что в настоящее время в России создан действующий
прототип "тактильного заменителя зрения" - ТЗЗ -
прибор искусственного зрения.

Результаты проведенных нами испытаний, например, "слепое чаепитие", позволяют
утверждать, что способ компенсации информационного
дефицита, связанного с потерей зрения, в значительной мере найден.

Применение тактильного заменителя зрения - ТЗЗ - позволяет восстановить способность
различать в поле зрения камеры предметы до 5
одновременно, ориентироваться и передвигаться в незнакомом пространстве, читать,
сканируя строки, работать с графическим интерфейсом
компьютерных программ.

Остались за рамками исследования проблемы связанные с ориентацией на открытой
местности, распознаванием быстро движущихся предметов
(например, автомашин), а также проблемы определения возможных побочных действий
применения тактильных электростимулирующих дисплеев.
Несомненно, потребует огромной работы совершенствование прибора и разработка
соответствующих методик обучения и адаптации
пользователя. Но результаты не могут не вызывать воодушевления.

Достижение этих результатов потребовало нескольких лет работы, но у членов нашей
команды уверенность в успехе появилась еще задолго
до начала экспериментов.

Почему? Скорее всего, потому, что залогом успеха стало не озарение и не удачное
техническое решение, а восприятие определенной
"идеологии". Мы не знаем название для этой более влиятельной "идеологии"; она
связана с пресловутой "политкорректностью", в рамки ее
входит и развитие пара олимпийских игр, и строительство тротуаров с пандусами,
и отказ от термина "инвалид", и внедрение вместо него
определения - человек со специальными потребностями.

Осознавая, что заболевший не выпадает из общества, а просто нуждается в некоторой
помощи, для того чтобы нормально функционировать,
мы не стремились создать "зрительный протез", а попытались найти путь компенсации
информационного дефицита, возникающего при
поражении органов чувств (зрение - только частный случай).

Информация сама по себе сенсорно неспецифична, и при таком подходе идея использования
тактильного канала для ее передачи человеку
вместо пораженного, стала казаться нам столь же очевидной, как и замена ног,
руками при передвижении на инвалидной коляске. Зная,
что зрение есть активный процесс, которому человеку приходится учиться в младенчестве
(следовательно, он способен к такому
обучению), и, опираясь на представление о пластичности нервной системы, мы отказались
от размышлений о том, как именно идет сигнал,
и ограничили задачу поиском "удобного" способа подачи информации. Именно этот
путь и привел нас к успеху.

Пути компенсации информационного дефицита

Поиск путей преодоления информационного дефицита при потере зрения имеет очень
давнюю историю, и большая часть успехов связана с
"переключением" потока информации на другой канал - слуховой (использование чтеца
и отчасти поводыря) или тактильный
(точечно-рельефное письмо или Брайлевский шрифт). Однако все они возникли в "дотехническую"
эпоху и требовали участия другого
человека в обработке информации.

В последние годы возникли попытки создать новый канал передачи информации путем
вживления электродов в мозг, но на наш взгляд время,
когда инженер сможет не дополнить, а изменить природу еще не пришло.

Особняком стоят работы, проводившиеся в 60-ые годы XX века под руководством проф.
Бах-и-Риты, но, к сожалению, остановленные, как не
имеющие перспектив практического применения. В ходе этих исследований еще сорок
лет назад была доказана возможность передачи
визуальной информации через тактильные рецепторы с помощью электростимулирующих
тактильных дисплеев. К сожалению, с точки зрения
перспектив практического применения, результаты, действительно, мало обнадеживали,
т. к. после трехсот часов обучения возможности
испытуемого ограничивались распознаванием простых геометрических фигур и статичных
"картинок", а используемое оборудование даже не
позволяло думать о передвижении. Авторы этих блестящих исследований, судя по
всему, обогнали время и столкнулись с рядом
труднопреодолимых (на тот момент) препятствий, как технологического, так и идейного
порядка.

Созданный в ходе этих работ аппарат представлял собой электротактильный дисплей
из 300 электродов, вмонтированных в спинку кресла, и
сопряженный со стационарной телекамерой, управляемой оператором.

Конструкторы не имели возможности ни уменьшить аппарат для придания ему мобильности
и "самоуправляемости", ни обеспечить широкого
спектра возможностей изменения подаваемых сигналов, ни, тем более, предусмотреть
возможность промежуточной обработки информации в
силу аналогового способа передачи.

Что касается идейных затруднений - исследователи 60-70-х годов не могли рассматривать
зрение, как активный процесс. Живя в
"доцифровую" эпоху, они были слишком "честными" в обращении с информацией. Исследуя
пути передачи информации нервной системе
человека, они не думали и не могли тогда думать о возможностях, которые может
дать модификация и адаптация этой информации.

Новый запатентованный метод кодирования и передачи информации

Работы, проведенные нашей группой исследователей, во многом были направлены на
преодоление препятствий, остановивших
предшественников, и базировались на нескольких исходных посылах:

1. Необходимость обработки информации (кадра) на пути от телекамеры до электротактильного
дисплея.
2. Придание экспериментальному прибору максимума возможностей по модификации
и изменению сигнала, пусть даже избыточных.
3. Использование эффекта "тактильной стробоскопии", т.е. способности воспринимать
последовательно подаваемую на кожу информацию в
непрерывном виде, если период следования последовательных импульсов не превышает
20-30 мс.
4. Применение "микширования" информационного потока, т.е. разбиения каждого кадра
на множество подкадров ("негативных" и
"позитивных), и циклической передачи этого множества на электротактильный дисплей
с частотой, обеспечивающей слитность восприятия.

Этот путь оказался успешным, и в полученных нами патентах защищается не конструкция
прибора, а "способ передачи информации нервной
системе человека", заключающейся в том, что первичная информация кодируется в
тактильно-воспринимаемые сигналы, и в способе обучения
человека распознаванию этих сигналов. Первичную информацию дезинтегрируют на
отдельные потоки, каждый из этих потоков кодируют в
виде последовательности дискретных кодов. Причем коды каждого потока передают
на отдельные фиксированные точки кожного покрова
человека, а у последнего в процессе обучения вырабатывается способность синтезировать
полученные сигналы в конечную информацию,
адекватную первичной. Первичную информацию кодируют электрическими сигналами
с различными частотными или амплитудными
характеристиками напряжения или силы тока, механическими вибрационными сигналами
с различными амплитудой и частотой, или тепловыми
сигналами. При этом изменяют продолжительность кодов и временные промежутки между
ними, а степень дезинтеграции первичной информации
регулируют.

Описание прибора "Тактильного виденья"

Сам же экспериментальный прибор состоит из следующих основных узлов: приемник
изображения (телекамера), блок обработки визуальной
информации, блок кодировки визуальной информации в совокупность электрических
сигналов, блок передачи электрических сигналов на
поверхность кожи человека.

Как приемник изображения использовалась простейшая телекамера с объективом большой
глубины резкости и углом обзора около 90
градусов. Блоком обработки информации служил персональный компьютер со специально
разработанной программой.

После обработки и разбиения изображения примерно на 1000 фрагментов, сигнал поступал
в блок кодирования (созданный для этого
проекта), где и формировались электрические импульсы для каждого из 1000 электродов
электротактильного дисплея (ЭТД).

Созданный ЭТД состоит из 110 квадратных групп по 9 электродов в каждой, закрепленных
на гибких ремнях, охватывающих торс
пользователя. Электроды в группах располагались на расстоянии - 8мм друг от друга
в вершинах квадратной сетки. Выяснилось, что при
таком расстоянии импульсы от соседних электродов вполне различимы, хотя определение
минимального сигнала различимости остается
важной задачей.

Следует отметить, что наличие эффекта "тактильной стробоскопии" позволило применить
способ частичного включения электродов, при
котором каждая "картинка" транслируется путем последовательного включения 50
групп по 20 электродов с периодом следования импульсов
менее 30мс, что позволило снизить одномоментную токовую нагрузку на организм
до 2% от начальной нагрузки.

Уже после проведения испытаний группа инженеров под руководством А. Брызгалова
разработала новый и более удобный способ крепления
ЭТД. Вскоре мы представим описание их работ.

Методика обучения

Не останавливаясь на детальном описании хода и методик проводившихся испытаний
и экспериментов, которые можно найти в полном отчете,
необходимо сказать, что вся работа делилась на два больших блока.

1. Поиск наилучших способов обработки и передачи информации.
2. Определение функциональных возможностей прибора, разработка и совершенствование
методики обучения пользователя.

Работы по обоим направлениям велись одновременно и взаимовлияние решений принимавшихся
по каждому из них, несомненно, снижают
научную строгость эксперимента, но, тем не менее, результаты экспериментов признанные
нами удовлетворительными, таковы:

1.1. Так как наибольшие затруднения у наших предшественников и при начале испытаний
у нас вызывало распознавание контрастных
предметов и выделение теней (т.е. объемов); важнейшим способом предварительной
обработки информации оказалось разделение каждого
кадра на позитивный (п) и негативный (н). Резкое улучшение различимости и ускорение
обучения было достигнуто при применении
последовательности из 4 кадров - 3 позитивных и 1 негативный, передаваемых как
П-П-Н-П.
1.2. Наиболее комфортным и эффективным оказалось применение прямоугольных электрических
импульсов.
1.3. При постоянной частоте подачи кадров от камеры в 25 Гц мы имели возможность
изменять частоту подачи сигналов на ЭТД. Наиболее
приемлемым компромиссом между улучшением комфортности и различимостью оказалось
применение частоты 80 Гц.

2.1. В рамках принятой нами "идеологии" существенным является то, что человек
может непосредственно оценивать различимость объектов
и самостоятельно регулировать функции обработки изображения.

Результаты экспериментов позволяют утверждать, что после сравнительно кратковременного
обучения (30-40) часов пользователь ЭТД
способен:

список из 4 элементов
Успешно различать несколько предметов в поле зрения.
Различать, находить и оперировать предметами, находящимися в пределах 1 метра.
Причем, различаемые предметы могут иметь одинаковую
форму и различаться только рисунком поверхности (например, пачки сигарет разных
марок).
Ориентироваться и передвигаться в незнакомых помещениях, не приспособленных
специально для нужд незрячих. Выполнять задания
связанные с поиском и перемещением предметов. Например: найти и принести стакан,
стоящий на подоконнике окна в соседней комнате.
Безусловно, слепой выполняет эти задания не так быстро, как зрячий человек, но
тут на наш взгляд, важна не столько скорость, сколько
точность осознания окружающего пространства.
Различать до 3-х печатных знаков в поле зрения, что дает возможность чтения
при обеспечении последовательного сканирования строк.
конец списка

2.2. Для методики обучения пользователя важнейшим является последовательное освоение
ближнего (предметы доступны движению руки)
среднего (для достижения предметов необходимо изменения положения тела) и дальнего
(для достижения предметов необходимо перемещение)
пространства.

Обучение опирается на универсальный принцип выделения объектов из фона, который
является основой развития зрения у младенца. Подобно
тому, как младенец начинает фокусировать глаза на игрушке, до которой он может
дотянуться, так и испытуемый в начале обучения учится
на стенде ближнего пространства совмещать представление о предметах, находящихся
там, с получаемым от ТЗЗ сигналом.

По мере сокращения доли ложных движений задача усложняется - испытуемый должен
встать, чтобы дотянуться до необходимого предмета.

При переходе на стенд дальнего пространства мы используем метод меток - т.е.
по полу выкладывается светлая дорожка, обозначающая
маршрут к искомому предмету, но при этом с пути убираются все препятствия. Кроме
того, имея дело с взрослым человеком, мы могли
рассказать обучаемому о характере задания и давать ему указания в ходе его выполнения,
что, несомненно, ускорило обучение.

Пройдя обучение на стендах ближнего, среднего и дальнего пространства испытуемый
довольно быстро смог перейти к выполнению заданий в
сложном пространстве, где препятствия не убирались, маршруты не прокладывались,
а предметы могли быть заслонены другими или
прятаться в их тени, т.е. ориентироваться в реальном мире.

Представление об ТЗЗ (тактильном заменителе зрения), как о средстве компенсации
информационного дефицита, а не "зрительном протезе"
позволило нам легко отказаться от принятого в начале работ закрепления камеры
на голове пользователя. Эксперименты показали, что
когда пользователь держит камеру в руке, скорость выполнения заданий увеличивается
в несколько раз, а время обучения существенно
сокращается.

В рамках этого же подхода нам представлялось вполне логичным начать поиск путей
в увеличении компенсаторного эффекта и других
способов ориентирования, подготовки среды и носителей информации. В ходе работ
проводилось ряд экспериментов по одновременному
использованию ТЗЗ и трости. Результаты позволяют рассчитывать на успех, как в
совершенствовании методов обучения, так и в облегчении
адаптации к окружающему пространству слепых, привыкших пользоваться тростью.

Результаты экспериментов по распознаванию печатных знаков говорят, что для эффективного
использования ТЗЗ, для чтения требуется
создание простейших устройств, обеспечивающих последовательное построчное сканирование
текста камерой с регулируемой скоростью.

Мы не имели возможности проводить широкомасштабные эксперименты на местности,
но для достижения свободы передвижения пользователям
ТЗЗ, возможно, потребуется специальная подготовка среды (автоматически распознаваемые
дорожные знаки, светофоры и т.д.) и
сопряженные приборы с навигационной системой.

Сферы применения "Тактильного виденья"

Компенсация информационного дефицита при потере зрения является лишь частным
случаем возможностей применения ТЗЗ, передача через
тактильные рецепторы звуковой (речевой), информации может оказаться даже более
простым делом.

Кроме того, ТЗЗ может применяться не только для компенсации информационного дефицита,
но и для расширения информационного потока,
доступного человеку, для "создания новых чувств". Возможно создание "многодиапазонного"
зрения, в случае если пользователю
необходимо для выполнения каких-либо задач получать информацию недоступную впрямую
для человека. Например, при осмотре химического
или ядерного реакторов полезным может оказаться восприятие одновременно в обычном
и рентгеновском или инфракрасном диапазоне.

Определение дальнейших путей и способов использования ТЗЗ сулит большие перспективы
и требует большой работы. Мы надеемся на
сотрудничество со всеми заинтересованными лицами и организациями.

Comoderator of "PSYCHOLOGY-ORIENTATION",
Светленова Светлада.
mailto:orientati***@b*****.ru
link:http://orientation.ioso.ru

Дискуссионный лист: "Вопросы ориентировки в пространстве незрячих и слабовидящих"
Сейчас на лист подписано: 51 чел.

Модератор листа - Алексей Любимов:
orientati***@m*****.ru

Адрес сайта рассылки:
http://orientation.ioso.ru