СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛАБИЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2004 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения лабильности зрительной системы человека.

Известен способ определения лабильности зрительной системы человека с помощью критической частоты слияния световых мельканий (КЧСМ). Максимальная частота ритмических раздражений, при которой испытуемый перестает различать пульсацию световых сигналов или начинает различать их при постепенном уменьшении частоты мельканий от максимальной до минимальной, служит мерой оценки лабильности [1].

Известен способ исследования лабильности зрительной системы человека с использованием нейрохронометра. По данному способу испытуемому предъявляют световые мелькания с частотой от 7 до 60 Гц. Момент, когда отдельные мелькания сливаются в сплошной свет, испытуемый отмечает словом “слитно”. Момент появления отдельных мельканий - словом “раздельно”. Мерой лабильности считается среднее арифметическое между частотой слияния и частотой появления отдельных мельканий. Верхняя и нижняя границы определяются многократно, не менее пяти раз каждая [2].

Известен способ определения времени восприятия зрительной информации. По данному способу испытуемому предъявляют два световых импульса заданной длительности, равной 50 мс, разделенных паузой, повторяющихся через постоянный временной интервал 1,5 с. Длительность паузы между световыми импульсами уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один. Время восприятия зрительной информации человеком принимают равным значению суммы длительности светового импульса и длительности паузы между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один [3].

Недостатком известных способов является недостоверное определение истинного значения лабильности.

Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения лабильности зрительной системы человека.

Известно, что мерой лабильности является та максимальная частота реакций, которую орган может воспроизводить в точном соответствии с ритмом применяемых раздражений [4].

Лабильность зрительной системы человека ограничивается ее инерционностью, то есть наличием времени зрительного ощущения времени между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения, и времени восстановления времени между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [4, 5].

На фиг. 1 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ_имп, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, и вызываемых ими зрительных ощущений, где:

- фиг. 1a - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;

- фиг. 1б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг. 1а;

- фиг. 1в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пop, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;

- фиг. 1г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.1в;

- τ₁ - время зрительного ощущения;

- τ₂ - время восстановления;

- t_взи - время восприятия зрительной информации.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ_имп>τ₁, разделенных межимпульсным интервалом t_мии>t_пop (фиг. 1а), у него возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг. 1б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t_мии между двумя световыми импульсами до значения t_мии=t_пop (фиг. 1в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг. 1г).

Время восприятия зрительной информации t_взи определяется как временной интервал от начала первого светового импульса до начала второго светового импульса, когда световые импульсы в паре сольются в один.

Предлагаемый способ позволяет определить истинное значение лабильности зрительной системы человека.

Предлагаемый способ определения лабильности зрительной системы человека заключается в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной соответственно 110, 90, 70, 50, 30, 10, 5, 1 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, в котором при каждой заданной длительности световых импульсов на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, при этом длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала, вычисляют время восприятия зрительной информации

T_взи=τ_имп+t_пор,

где τ_имп - длительность светового импульса;

t_пop - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, строят график функции

t_взи=f(τ_имп),

находят минимум функции, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты в Гц в точке минимума функции

На фиг. 2 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения лабильности зрительной системы человека, где:

t_нмии - начальная длительность межимпульсного интервала;

Т - постоянный временной интервал повторения пар световых импульсов;

τ_имп - длительность светового импульса.

На фиг. 3 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре при определении лабильности зрительной системы человека.

Предлагаемый способ определения лабильности зрительной системы человека осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности τ_имп, равной 110 мс, разделенных межимпульсным интервалом начальной длительности t_нмии, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг. 2; фиг. 3, интервал времени Т₀-Т₁).

Длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один.

На первом этапе измерений начальную длительность межимпульсного интервала τ_нмии между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс (фиг. 3, интервал времени T₁-Т₃), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг. 3, момент времени Т₃).

На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс (фиг. 3, интервал времени Т₄-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг. 3, момент времени Т₆).

На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс (фиг. 3, интервал времени T₇-T₈), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг. 3, момент времени T₈). Длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре в момент времени T₈ принимают за пороговую длительность t_пop межимпульсного интервала.

Вычисляют время восприятия зрительной информации:

t_взи=τ_имп+t_пор,

где τ_имп - длительность светового импульса;

t_пop пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре.

Аналогично проводят процесс измерений при длительностях световых импульсов, равных 90, 70, 50, 30, 10, 5 и 1 мс.

По измеренным значениям пороговой длительности межимпульсного интервала t_пop, полученным при различных длительностях световых импульсов Т_имп, строят график функции

t_взи=f(τ_имп),

на котором определяют минимум.

Лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты в Гц в точке минимума функции

Известно, что при ритмическом раздражении ответ зрительной системы человека в точном соответствии с частотой световых импульсов наблюдается только при частотах не более 13-15 Гц [6]. При более высоких частотах следования световых импульсов наблюдается последовательная зрительная маскировка [7], заключающаяся в том, что часть световых импульсов не воспринимается.

Значение времени восприятия зрительной информации t_взи, полученное в точке минимума функции F, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один, определяет пороговое значение периода, выше которого зрительная система может ощущать световые импульсы в точном соответствии с их частотой.

Следовательно, за лабильность зрительной системы человека может быть принята частота следования световых импульсов в Гц в точке минимума функции F,

Начальная длительность межимпульсного интервала t_нмии выбрана равной 150 мс из анализа временных параметров развития рецептивного поля (РП). В известных исследованиях при предъявлении тестовых вспышек динамика РП развивалась следующим образом [8]. В тестируемом участке поля зрения появлялось вначале РП небольшого размера. Затем ответы усиливались, а регистрируемое РП поле расширялось, после чего ослаблялось, фрагментировалось и исчезало. Динамика РП во время развития on- и off-ответа оказалась сходной. Статистическая оценка показала, что у разных нейронов появление регистрируемого РП поля приходится, в основном, на 20-80 мс после включения стимула, максимум расширения РП приходится на 60-100 мс, а его исчезновение на период от 100 до 200 мс.

Так как исчезновение РП приходится на период 100-200 мс после предъявления тестовой вспышки, то два световых импульса будут казаться раздельными, если второй световой импульс предъявляется через 100-200 мс после начала предъявления первого светового импульса. Поэтому начальная длительность межимпульсного интервала t_нмии выбрана равной 150 мс.

Известно, что восприятие зрительного стимула затрудняется в условиях обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени стимула вследствие предъявления второго стимула в непосредственной пространственно-временной близости с первым. Показано существование не только эффекта обратной, но и прямой маскировки, при которой первый стимул влияет на качество восприятия второго [9]. При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [10]. Для устранения эффекта маскировки последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.

Таким образом, заявляемый способ определения лабильности зрительного системы обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому Н., 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 110 мс, разделенных межимпульсным интервалом начальной длительности t_нмии, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг. 2; фиг. 3, интервал времени T₀-T₁).

В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Уменьшение 0,4 мс", "Увеличение 0,2 мс", "Уменьшение 0,1 мс" и "Измерение".

При поступлении сигнала с кнопки "Уменьшение 0,4 мс" компьютер дискретно уменьшал длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре с заданным постоянным шагом 0,4 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Увеличение 0,2 мс" - дискретно увеличивал с заданным постоянным шагом 0,2 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Уменьшение 0,1 мс" - дискретно уменьшал с заданным постоянным шагом 0,1 мс.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение 0,4 мс" (фиг. 3, интервал времени T₁-Т₃), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг. 3, момент времени Т₃).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение 0,2 мс" (фиг. 3, интервал времени Т₄-Т₆), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг. 3, момент времени Т₆).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение 0,1 мс" (фиг. 3, интервал времени T₇-T₈), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг. 3, момент времени T₈), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг. 3, момент времени Т₉).

Компьютер зафиксировал длительность порогового межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, вычислил значение времени восприятия зрительной информации по формуле

t_взи=(τ_имп+t_пop)=(110+10,9)=120,9 мс,

где τ_имп - длительность светового импульса;

t_пop - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, определенная на третьем этапе измерений в момент времени T₈ (фиг. 3).

Далее компьютер вывел значение времени восприятия зрительной информации 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 восприятия зрительной информации испытуемого в мс: 120,9; 121,3; 121,2; 120,3; 120,5; 121,1; 120,5; 121,2; 121,0; 121,7. Среднее арифметическое измеренных значений времени восприятия зрительной информации равно 120,97 мс, среднее квадратическое отклонение 0,09 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента 0,20 мс.

Аналогичным образом испытуемый выполнил измерения времени восприятия зрительной информации при длительностях световых импульсов равных 90, 70, 50, 30, 10, 5 и 1 мс.

Результаты обработки результатов измерений приведены в таблице.

По измеренным значениям пороговой длительности межимпульсного интервала t_пop, полученным при различных длительностях световых импульсов τ_имп, построен график функции t_взи=f(τ_имп), представленный на фиг.4, на котором определен минимум функции t_взи=47,95 мс при τ_имп=10 мс.

Лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты в Гц в точке минимума функции

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять истинное значение лабильности зрительной системы человека.

Источники информации

1. Макаренко Н.В. Критическая частота световых мельканий и переделка двигательных навыков //Физиология человека. - 1995. - Т.21. - №3. - С.13-17.

2. Пейсахов Н.М. Закономерности динамики психических явлений. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1984. - 235 с.

3. Патент №2209030 РФ. Способ определения времени восприятия зрительной информации / В.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - 16 с.

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

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. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, 1980. – 196 с.

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

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

9. 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.

10. 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.

Изобретение относится к медицине. Способ позволяет определить лабильность зрительной системы человека и заключается в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной соответственно 110, 90, 70, 50, 30, 10, 5, 1 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. При каждой заданной длительности световых импульсов 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 пороговую длительность межимпульсного интервала. Вычисляют время восприятия зрительной информации t_взи=τ_имп+t_пор, где τ_имп - длительность светового импульса; t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре. Строят график функции t_взи=f(τ_имп). Находят минимум функции. Лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты в Гц в точке минимума функции . Изобретение позволяет определить истинное значение лабильности зрительной системы человека. 4 ил., 1 табл.

Способ определения лабильности зрительной системы человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность световых импульсов заданной длительности, отличающийся тем, что световые импульсы являются парными световыми импульсами длительностью 110, 90, 70, 50, 30, 10, 5 и 1 мс, межимпульсный интервал, равен 150 мс, импульсы повторяются через постоянный временной интервал равный 1 с, в котором при каждой заданной длительности световых импульсов на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, при этом длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала, вычисляют время восприятия зрительной информации

t_взи=τ_имп+t_пор,

где t_взи - время восприятия зрительной информации, мс;

τ_имп - длительность светового импульса, мс;

t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, мс,

строят график зависимости времени восприятия зрительной информации от длительности светового импульса, находят минимум функции, и принимают лабильность зрительной системы человека равной значению частоты в точке минимума функции, определяемой как

где F - частота в точке минимума функции, Гц.