MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Sự tránh ánh mắt người khác là một đặc trưng của người tự kỷ, và sự bất thường trong chú ý đối với các kích thích thị giác mang tính xã hội được chứng minh là một chỉ dấu sớm của chứng tự kỷ. Nhiều nghiên cứu ủng hộ Tự kỷ là một rối loạn do sự sai lệch trong giao tiếp xã hội ở giai đoạn sớm, nhưng thời điểm hình thành khuyết tật này trước hay sau giai đoạn chuyển tiếp của chú ý nhìn, được điều khiển chủ yếu bởi vùng dưới vỏ sang bởi vùng vỏ (trong khoảng tháng 2,3 sau sinh), là một vấn đề còn tranh luận. Với công nghệ theo dõi mắt từ xa hiện tại, những nghiên cứu chứng tự kỷ ở giai đoạn sớm sử dụng màn hình để hiển thị các tương tác xã hội, dựa trên đặc trưng trẻ có thiên hướng nhìn vào hình mẫu có dạng khuôn mặt từ rất sớm (sau khoảng vài chục phút tuổi) mà đã được nhiều nghiên cứu kiểm chứng. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu trên, ngoài giới hạn về bối cảnh tương tác thực, yếu tố ánh sáng sáng xanh và tần số quét màn hình cần được loại bỏ, đặc biệt là trong các nghiên cứu bổ dọc.
Mặt khác, hiệu chỉnh, quá trình đối tượng đo nhìn vào ít nhất một điểm xác định được hiển thị trên màn hình trong một khoảng thời gian, được yêu cầu bởi các thiết bị thương mại. Tuy trong các nghiên cứu trên, điểm hiệu chỉnh được thiết kế dựa trên những đặc trưng chú ý nhìn trong giai đoạn sớm của trẻ, việc áp dụng những đặc trưng của trẻ bình thường lên trẻ khiếm khuyết về chú ý nhìn có thể làm bỏ qua những khám phá quan trọng. Một nghiên cứu chứng tự kỷ trên trẻ từ 2 đến 24 tháng tuổi cho thấy trẻ (sau đó được chẩn đoán) tự kỷ ở 2 và 3 tháng tuổi có sai số hiệu chỉnh lớn hơn nhiều so với trẻ bình thường cùng độ tuổi và trẻ ở các nhóm tuổi khác. Thiết bị theo dõi mắt là một công cụ đánh giá chú ý nhìn một cách chi tiết và khách quan so với phương pháp mặt đối mặt, nhưng phương pháp này vẫn có những ưu điểm riêng, đặc biệt về mặt bối cảnh tương tác thực.
Do đó, trong Luận văn này, thiết bị theo dõi mắt từ xa hiệu chỉnh ngầm trong bối cảnh tương tác thực được đề xuất. 2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu chung Thiết kế hệ thống ước lượng điểm nhìn có hiệu chỉnh ngầm, mà ở đó nhân viên y tế tương tác trực tiếp với trẻ. Hệ thống này khắc phục vấn đề về an toàn mắt, bối cảnh tương tác và yêu cầu hiệu chỉnh của các nghiên cứu ứng dụng thiết bị theo dõi mắt trong khảo sát chứng tự kỷ ở giai đoạn sớm. Mục tiêu cụ thể • Khảo sát cơ sở khoa học của ứng dụng thiết bị theo dõi mắt trong nghiên cứu chứng Tự kỷ ở giai đoạn sớm.
• Xây dựng mô hình toán của thiết bị theo dõi mắt từ xa có hiệu chỉnh ngầm trong bối cảnh tương tác thực, phù hợp với đối tượng trẻ dưới 4 tháng tuổi. • Thực nghiệm mô hình toán được đề xuất. Thiết bị theo dõi mắt thực nghiệm có độ chính xác khoảng 1o tại tần số hoạt động 30 khung hình/giây. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết bị theo dõi mắt trong hỗ trợ chẩn đoán sớm chứng tự kỷ ở trẻ dưới 4 tháng tuổi.
Phạm vi nghiên cứu: Vì trẻ dưới 4 tháng tuổi là đối tượng dễ bị tổn thương nên đối tượng đo của quá trình thực nghiệm là các tình nguyện viên trong độ tuổi trưởng thành. Quá trình ước lượng điểm nhìn được chia làm hai thuật toán, tương ứng với hai giai đoạn: thu thập dữ liệu đặc trưng của mắt (tâm đồng tử và điểm phản xạ giác mạc) và ước lượng điểm nhìn từ các dữ liệu trên. Đối với thuật toán xác định vị trí tâm đồng tử-điểm phản xạ giác mạc trong bối cảnh tương tác thực, dữ liệu thực nghiệm được thu nhận từ hệ thống theo dõi mắt tự chế tạo IMR. Đối với thuật toán ước lượng vị trí điểm nhìn, dữ liệu thực nghiệm từ nghiên cứu [1] được áp dụng.
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Dựa trên giả thuyết trẻ khiếm khuyết về chú ý nhìn có cấu trúc mắt bình thường, hệ thống gương-thiết bị theo dõi mắt hiệu chỉnh ngầm MES được đề xuất. Kết hợp những ưu điểm của gương phẳng trong hai nghiên cứu [1] và [2], đặc trưng thị lực thấp và chuyển động cơ thể hạn chế của trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, cùng với đặc điểm trường nhìn lớn của các thiết bị theo dõi mắt từ xa (mục 1.4), một gương phẳng được đề xuất kết hợp hai camera. Với cách bố trí này vấn đề sử dụng camera phụ trong [3] được khắc phục và toàn bộ hệ thống được mô hình hóa bởi hai camera. Đồng thời, nhân viên y tế có thể tương tác và đánh giá trực tiếp trẻ trong khi vị trí nhìn của trẻ được ước lượng một cách chi tiết và khách quan bởi hệ thống MES.
Với giả thuyết sai số ước lượng góc lệch hằng giữa trục quang học và trục nhìn trong nghiên cứu [4] có thể giảm khi hàm bên trong bài toán bình phương cực tiểu không được tuyến tính hóa, thuật toán DBN được đề xuất, dựa trên điều kiện cực trị địa phương và phương pháp giải hệ phương trình phi tuyến Newton-Raphson. Thuật toán này cùng với thuật toán LBN (được hiệu chỉnh từ phương pháp [4] nhằm phù hợp với dữ liệu thực nghiệm) được dùng để kiểm tra sự ước lượng góc lệch hằng, thông qua hiệu chỉnh ngầm, bằng cách giải bài toán bình phương cực tiểu có điều kiện (hàm lsqnonlin của MATLAB®) và không điều kiện (DBN và LBN). Một thuật toán ước lượng tâm đồng tử-điểm phản xạ giác mạc trong bối cảnh tương tác thực được đề xuất, dựa trên sự kết hợp những ưu điểm của thuật toán BORE ( [5]) và PDIF ( [6]). Thuật toán trên được áp dụng vào hệ thống theo dõi dõi mắt giá thành thấp IMR trong một môi trường không lý tưởng: đối tượng đo ngồi bên cạnh một cửa sổ và điều kiện chiếu sáng thay đổi mà được điều khiển bởi thiết bị theo dõi mắt thương mại VT3 Mini.
Chứng Tự kỷ 1. Định nghĩa Rối loạn phổ tự kỷ (autism spectrum disorder hay ASD) là một rối loạn phát triển thần kinh được đặc trưng bởi sự khó khăn trong giao tiếp và tương tác xã hội cũng như bị hạn chế và lặp lại các kiểu mẫu trong hành vi, sở thích và hoạt động (APA, 2018). Trong một nghiên cứu gần đây [7], rối loạn phổ tự kỷ được đề xuất định nghĩa lại thông qua sự phân biệt những nguy cơ di truyền (genetic risk) đối với trẻ sơ sinh, và rối loạn khởi phát (emerge) lúc trẻ được 2-3 tuổi. Thuật ngữ “Autism” để chỉ nguy cơ di truyền và “ASD” để chỉ khuyết tật (disability) với các tiêu chí sau: • ASD là một khuyết tật phát triển thần kinh thông thường, khởi phát vào khoảng 2 tuổi.
ASD thì thường nhưng không chỉ có nguồn gốc di truyền, dẫn đến những gián đoạn lên các cơ chế cơ bản của quá trình xã hội hóa. ASD được chỉ dấu bởi những biểu hiện không đồng nhất (heterogeneous) trong giao tiếp, xã hội, cảm giác và những khuyết tật hay sự cứng nhắc về mặt hành vi, mà có thể liên đới với sự suy giảm về ngôn ngữ và trí tuệ. • Autism là một nguy cơ bẩm sinh có tính di truyền phức tạp, mà đại diện cho những tính cách được phân bố bình thường hoặc tập hợp các tính cách trong các vùng chức năng của giao tiếp và xã hội. Autism khiến trẻ có nguy cơ mắc ASD do tác động của sự gián đoạn sớm, thường xuyên và tích lũy trong tương tác xã hội qua lại, gây ra bởi sự tương tác kém tập trung của trẻ với những người khác, và không có khả năng thích ứng với các nhu cầu của môi trường xã hội xung quanh.
• Trong năm đầu đời, bằng chứng Autism dẫn đến ASD dựa trên đo lường những sai lệch với các mốc xã hội và giao tiếp, đặc biệt là sự suy giảm tương tác nhìn và giọng nói của những người khác. • Trong năm thứ hai, bằng chứng Autism dẫn đến ASD dựa trên khảo sát những dấu hiệu của ASD đang được áp dụng. Đặc điểm Trong nghiên cứu về đặc điểm di truyền trên trẻ tự kỷ Việt Nam của GS. Nguyễn Thanh Liêm cho thấy tỷ lệ bé trai mắc chứng tự kỷ cao hơn 4,9 lần so với bé gái, trong khi trên thế giới tỷ lệ này là 4 [8].
Tự kỷ có tính di truyền, và trẻ có nguy cơ cao mắc chứng tự kỷ nếu có anh hoặc chị là người tự kỷ. Mặc dù nhiều gen có liên quan đến tự kỷ, nhưng những gen này chỉ đóng góp một phần trên tổng số các trường hợp [7] [9]. Trẻ tự kỷ có những hành vi đặc trưng như tránh giao tiếp bằng mắt, thích chơi các vật quay tròn, thực hiện các hành vi rập khuôn và lặp lại, … Hiện nay chưa có các phương pháp cận lâm sàng (điện não đồ, xét nghiệm máu) nào giúp chẩn đoán tự kỷ. Việc xác định trẻ có tự kỷ hay không dựa trên chẩn đoán của chuyên gia Ngôn Ngữ Trị Liệu, chuyên gia Tâm Thần Nhi và Tâm lý, thông qua các phương pháp theo dõi hành vi như MCHAT, DSM-5, IDC-10,.
Tuy nhiên, trẻ tự kỷ thường không được chẩn đoán cho đến khi trẻ ít nhất 3 tuổi hoặc trước 3 tuổi đối với trẻ tự kỷ nặng [10] [11]. Dựa vào tính di truyền, các nghiên cứu chứng tự kỷ ở giai đoạn sớm thường khảo sát trên nhóm trẻ có nguy cơ cao (trẻ có anh chị mắc chứng tự kỷ) và trẻ có nguy cơ thấp. Cần nhấn mạnh rằng tự kỷ không phải là bệnh, và sự thiếu khả năng giao tiếp xã hội (bằng khái quát hóa điều cụ thể) cũng như sự thiếu khả năng đúc kết kinh nghiệm (bằng liên kết các kích thích) của trẻ tự kỷ ở giai đoạn sớm có thể được điều chỉnh bằng các phương pháp can thiệp hành vi [7] [12]. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng sự phát hiện kịp thời vào giai đoạn khởi phát là điều kiện tiên quyết để can thiệp sớm [7] [12].