СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2004 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Известен способ определения порогового времени, необходимого для узнавания предъявляемых изображений, с использованием тахистоскопа [1].

Известен способ определения длительности протекания фотохимических процессов в рецепторах сетчатки человека, основанный на оценке различий в латентном периоде простой сенсомоторной реакции испытуемого на адекватные (диффузная вспышка света) и неадекватные (электрическая стимуляция - “фосфены”) световые стимулы. Перед началом опытов адекватные и неадекватные световые стимулы выравниваются по “субъективной яркости” [2].

Известен способ оценки функционального состояния аппарата цветового зрения путем воздействия на глаз импульсного источника света видимого диапазона спектра и последующего измерения критической частоты слияния мельканий, отличающийся тем, что монокулярно на глаз последовательно воздействуют не менее чем четырьмя импульсными источниками излучения различных длин волн с фиксированной пиковой яркостью при скважности 0,5, задают удаление глаза от источника света на 300-330 мм, цветовой стимул предъявляют трижды с диаметром цветового пятна 9-10, 2,2-2,5, 1,0-1,2 мм, при каждом предъявлении цветового стимула определяют спектральную критическую частоту слияния мельканий и по измеренным значениям на данной характеристике по каждому цвету при диаметре стимула 1,0-1,2 мм устанавливают индивидуальный исходный уровень возбуждения и норму цветовосприятия аппарата цветового зрения, при диаметре 9-10 мм - индивидуальный верхний предел возбуждения аппарата цветового зрения, а при диаметре стимула 2,2-2,5 мм - уровень актуального состояния аппарата цветового зрения испытуемого [3].

Недостатком способов является длительность исследования, невозможность определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека позволяет:

- упростить процедуру определения времени возбуждения зрительного анализатора человека,

- уменьшить время определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, что позволит уменьшать утомление зрительного анализатора и повысит тем самым точность измерения.

Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека заключается в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, причем на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения времени возбуждения зрительного анализатора.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре при определении времени возбуждения зрительного анализатора.

На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ_имп, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, и вызываемых ими зрительных ощущений, где:

- фиг.3,а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии - вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;

-фиг.3,б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3а;

- фиг.3,в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;

-фиг.3,г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3в;

- τ_on - время возбуждения on-системы зрительного анализатора - время суммации on-системы, необходимое для возникновения зрительного ощущения начала стимула, то есть время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [4, 5, 6] (фиг.3,б);

- τ_off - время возбуждения off-системы зрительного анализатора - время суммации off-системы, необходимое для возникновения зрительного ощущения окончания стимула (фиг.3,б).

Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности τ_имп, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_нмии, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

На первом этапе измерений длительность начального межимпульсного интервала t_нмии между световыми импульсами в паре уменьшают с заданной постоянной скоростью v₁, равной 20 мс/с (фиг.2, интервал времени T₁-Т₂), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₂).

На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью v₂, равной 2 мс/с (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т₄).

На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс (фиг.2, интервал времени Т₅-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆).

Межимпульсный интервал t_мии между световыми импульсами в паре, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один, принимают за пороговый межимпульсный интервал t_пор. Время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности порогового межимпульсного интервала t_пор, определенного испытуемым на третьем этапе измерений.

Время возбуждения зрительного анализатора может быть определено по минимальной длительности светового импульса, воспринимаемого испытуемым. Однако экспериментально установлено, что при длительности световых импульсов менее 3 мс интенсивность субъективно воспринимаемого излучения уменьшается. Увеличение интенсивности излучения до нормального субъективно воспринимаемого уровня нежелательно вследствие возможного повреждения сетчатки зрительного анализатора [7].

В то же время известно, что в зрительном анализаторе on- и off-системы, формирующие соответственно сигнал о появлении и окончании светового стимула, функционируют независимо друг от друга [8, 9], а их динамика сходна [10]. Это позволяет определить время возбуждения зрительного анализатора, то есть оn-системы, по равному ему времени возбуждения off-системы.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ_имп>τ_on, разделенных межимпульсным интервалом t_мии>t_пор (фиг.3а), off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.3,б).

При уменьшении длительности межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым, а также прямой маскировки, при которой первый импульс влияет на качество восприятия второго [11]. Поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала t_мии между двумя световыми импульсами до значения t_мии=t_пор (фиг.3в) off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса не успевает возбудиться и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.3,г).

Длительность порогового межимпульсного интервала t_пор между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один, определяет пороговое значение времени возбуждения off-системы или равного ему порогового значения времени возбуждения on-системы зрительного анализатора.

Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле (РП) нейрона небольшого размера. Затем регистрируемое РП расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение регистрируемого РП нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [10]. После исчезновения РП нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [12], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.

Так как формирование зоны возбуждения РП заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [12], длительность межимпульсного интервала принята равной 70 мс. При такой длительности межимпульсного интервала оn-система зрительного анализатора после окончания первого светового импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его прекращении.

При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены |13|. Для устранения эффекта маскировки последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 c.

Таким образом, заявляемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому С., 20 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые мелькания, предъявили последовательность парных световых импульсов длительности τ_имп, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_нмии, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Уменьшение быстрое", "Увеличение медленное", "Уменьшение дискретное" и "Измерение".

При наличии сигнала с кнопки "Уменьшение быстрое" компьютер уменьшал длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре со скоростью v₁, равной 20 мс/с, при наличии сигнала с кнопки "Увеличение медленное" - увеличивал со скоростью v₂, равной 2 мс/с, при наличии сигнала с кнопки "Уменьшение дискретное" - уменьшал дискретно с постоянным шагом 0,1 мс.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение быстрое" (фиг.2, интервал времени T₁-T₂), определил оценочно момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₂).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение медленное" (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени T₄).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение дискретное" (фиг. 2, интервал времени Т₅-Т₆), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.2, момент времени Т₇).

Компьютер определил длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре, зафиксированную испытуемым в момент времени Т₆ (фиг.2), являющуюся длительностью порогового межимпульсного интервала t_пор, принимаемую за время возбуждения зрительного анализатора. Далее компьютер вывел значение времени возбуждения зрительного анализатора человека на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальную последовательность парных световых импульсов.

В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемый выполнил серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения времени возбуждения зрительного анализатора испытуемого в мс: 10,6; 10,0; 10,1; 10,0; 10,5; 10,3; 10,0; 9,8; 10,1; 10,0. Среднее арифметическое измеренных значений времени возбуждения зрительного анализатора человека равно 10,14 мс, среднее квадратическое отклонение - 0,08 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,185 мс.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять значение времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Источники информации

1. Кроль В.М., Таненгольц Л.И. Время узнавания, пороговое время предъявления и длительность маскирования изображений // Физиология человека. - 1976. - Т. 2. - №4. - С.566-570.

2. Bucik Yalentin. An attempt at determination of the chemical processing time in retina by subjective equalizahon of stimulus intensity // Rev. psihol. - 1990. - V. 20. - №1 - 2. - P.11-17.

3. Патент 2038034 РФ, МКИ А 63 В 5/16. Способ оценки функционального состояния аппарата цветового зрения / Гусев Е.К., Толкачев В.К. (РФ). - Опубл. 27.06.1995. - 4 с.

4. Роженцов В.В., Петухов И.В. Определение времени ощущения зрительной системы человека // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Матер. II междунар. научн. - практич. конф. / Юж. - Рос. госуд. технич. ун-т (НПИ) - Новочеркасск: OOO НПО “ТЕМП”, 2001. - Ч. 4. - С.12-14.

5. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.

6. Семеновская Е.Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. - М.: Медгиз, 1963. - 279 с.

7. Преображенский П.В., Шостак В.И., Балашевич Л.И. Световые повреждения глаз. - Л.: Медицина, 1986. - 200 с.

8. Супин А.Я. Нейронные механизмы зрительного анализа. - М.: Наука, 1974. - 192 с.

9. Глезер В. Д. Зрение и мышление. Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.

10. Шевелев И. А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. -1997. - Т. 23. - №2. - С.68-79.

11. Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А. Реакция нейронов и вызванные потенциалы в подкорковых структурах мозга при зрительном опознании. Сообщение IV. Эффект маскировки зрительных стимулов // Физиология человека. - 1987. - Т. 13. - №4. - С.561-566.

12. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы. Л.: Наука, 1979. - 158 с.

13. Тароян Н.А., Мямлин В.В., Генкина О.А. Межполушарные функциональные отношения в процессе решения человеком зрительно-пространственной задачи // Физиология человека. - 1992. - Т. 18. - №2. - С.5-14.

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для исследования зрительных функций. Способ позволяет определить время возбуждения зрительного анализатора человека путем предъявления последовательности парных световых импульсов длительности, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. Длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один. Длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за время возбуждения зрительного анализатора человека. Изобретение позволяет упростить процедуру измерения и повысить точность исследования. 3 ил.

Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, повторяющихся через постоянный временной интервал, причем на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений, отличающийся тем, что длительность предъявляемых испытуемому парных световых импульсов равна 200 мс, межимпульсный интервал равен 70 мс, парные световые импульсы повторяются через 1 с, причем на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала увеличивают со скоростью 2 мс/с, а на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс.