СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ИНЕРЦИОННОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2005 года по МПК A61B5/16 A61B3/06 

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

Известен способ определения времени инерции зрения с использованием маятника и контрастных фильтров [1]. По данному способу измеряют пороговый контраст ε для заданного объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах К_п, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст К_э до порога видимости подбором времени экспозиции τ , задаваемым амплитудой качания маятника. За время инерции принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления, которое при времени экспозиции τ <0,01 с определяется по формуле

θ =К_пτ_{/ε .}

Недостатком способа является использование механического принципа задания времени экспозиции, что снижает точность определения времени инерции.

Известен способ тахистоскопии для измерения порогового времени, необходимого для узнавания предъявляемых изображений [2]. Пороговое время узнавания изображения зависит от параметров инерционности зрительной системы [3]. По данному способу в центре предэкспозиционного поля проецируют точку фиксации, которую используют в качестве сигнала готовности. Фронты поля экспозиции составляют 1,5-2,0 мс. Время экспозиции варьируют с помощью электронного устройства с минимальным шагом в 1,5 мс.

Недостатком способа является его сложность и низкая точность измерения порогового времени узнавания изображения, обусловленная затянутыми фронтами поля экспозиции, составляющими при длительности предъявления стимулов порядка 10 мс не менее 3-4 мс.

Известны исследования инерционности зрительной системы человека с использованием электроретинографии и зрительных вызванных корковых потенциалов [4, 5].

Общим недостатком способов является долгий подготовительный период перед исследованиями, необходимость использования специального оборудования, сложность поведения исследований.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения времени инерционности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому световых импульсов, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность двух световых импульсов заданной длительности, равной, например, 50 мс, разделенных паузой, равной, например, 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал порядка 1,5 с, длительность паузы между световыми импульсами уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, причем на первом этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью порядка 20 мс/с, пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один, на втором этапе измерений увеличивают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью порядка 5 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов, на третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью порядка 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, время инерционности зрительной системы человека принимают равным значению длительности паузы между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, определенной на третьем этапе измерений [6].

Недостатком способа является:

- невозможность определения времени инерционности при отсутствии сигнала, формируемого off-системой об окончании светового импульса. Известно, что на всех уровнях зрительной системы существуют два различных пути передачи сигнала: прямой путь и путь передачи сигнала по горизонтальным связям. По прямому пути передается возбуждение от уровня к уровню, а по горизонтальным связям происходит тормозно-возбудительное взаимодействие между нейронами на каждом из уровней зрительной системы. При этом тормозной процесс возникает на 15-20 мс позже возбудительного, поэтому при длительности импульса, меньшей 15-20 мс, off-ответ нейронов не возникает [7, 8]. По этой причине время инерционности при длительности импульса меньшей, 15-20 мс, определяется при отсутствии сигнала, формируемого off-системой об окончании светового импульса, в то время как при длительности световых импульсов, равной 50 мс, время инерционности определяется при наличии off-ответа;

- низкая точность определения времени инерционности, так как определение момента субъективного слияния двух световых импульсов в один происходит при непрерывном изменении длительности паузы, то есть в условиях непрерывной адаптации зрительной системы к непрерывно изменяющемуся параметру.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет:

- определить время инерционности зрительной системы человека при отсутствии off-ответа об окончании светового импульса.

- повысить точность определения времени инерционности зрительной системы.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность двух световых импульсов заданной длительности, разделенных паузой, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1,5 с, причем на первом этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один, на втором этапе измерений увеличивают длительность паузы между двумя световыми импульсами, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов, на третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, время инерционности зрительной системы человека принимают равным значению длительности паузы между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, определенной на третьем этапе измерений, отличающийся тем, что длительность световых импульсов равна 10 мс, на втором этапе измерений увеличивают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, на третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека осуществляется следующим образом.

На фиг.1 представлена временная диаграмма предъявляемых световых импульсов для определения времени инерционности зрительной системы человека, где:

τ - длительность светового импульса;

t_пнач - начальная длительность паузы между двумя световыми импульсами;

Т - постоянный временной интервал между повторяющимися двумя световыми импульсами.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности паузы t_п между двумя световыми импульсами, на фиг.3 - временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ , разделенных паузой и вызываемых ими зрительных ощущений, где:

- фиг.3а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных паузой t_п, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;

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

- фиг.3в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговой паузой t_ппop, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один;

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

- τ ₁ - время зрительного ощущения - время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [9, 10] (фиг.3г);

- τ ₂ - время восстановления - время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [9, 10] (фиг.3б).

Испытуемому предъявляют последовательность двух световых импульсов заданной длительности τ , равной 10 мс, разделенных начальной паузой t_пнач, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1,5 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

На первом этапе измерений длительность начальной паузы t_пнач между двумя световыми импульсами уменьшают с заданной постоянной скоростью 20 мс/с (фиг.2, интервал времени T₁-T₂), пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один (фиг.2, момент времени Т₂).

На втором этапе измерений длительность паузы t_п между двумя световыми импульсами увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс (фиг.2, интервал времени Т₂-Т₃), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов (фиг.2, момент времени Т₃).

На третьем этапе измерений длительность паузы t_n между двумя световыми импульсами уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.2, момент времени Т₄).

Длительность паузы t_ппор между двумя световыми импульсами, определенную на третьем этапе измерений, принимают равной времени инерционности зрительной системы человека.

Под инерционностью зрения понимают продленность зрительного ощущения после выключения стимула [11]. Во время действия стимула картина прохождения возбудительного и тормозного процессов в рецептивных полях нейронов известна [7]. В результате этих процессов рецептивные поля нейронов претерпевают 3 фазы перестройки. Во время первой фазы длительностью порядка 10 мс происходит пространственно-временное накопление сигналов и формирование зоны возбуждения рецептивных полей. Во время второй фазы длительностью от 50 до 60 мс, зависящей от параметров стимула, протекает процесс сужения зоны суммации рецептивных полей. В течение третьей фазы перестройки происходит расширение зон суммации рецептивных полей и их функциональная дезорганизация. Нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к новому циклу восприятия.

Так как первая фаза формирования рецептивных полей нейронов, то есть возникновение оn-ответа, заканчивается через время порядка 10 мс после предъявления светового стимула, длительность световых импульсов принята равной 10 мс. При такой длительности импульса off-ответ нейронов не возникает, время инерционности зрительной системы определяется при отсутствии off-ответа.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ >τ ₁, разделенных паузой t_п>t_ппop (фиг.3а), процессы возбуждения и торможения в рецептивных полях нейронов, вызванные первым импульсом, закончатся, нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию второго импульса, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.3б).

При уменьшении длительности паузы t_n между двумя световыми импульсами до значения t_п=t_ппор (фиг.3в) процессы возбуждения и торможения в рецептивных полях нейронов, вызванные первым импульсом, не успевают закончиться, нейронные структуры не приходят в исходное состояние и не готовы к восприятию второго импульса, поэтому у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г).

Таким образом, заявляемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека обладает новыми свойствами, обуславливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому П., 21 год, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые импульсы, предъявили последовательность двух световых импульсов длительности τ , равной 10 мс, разделенных начальной паузой t_пнач, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1,5 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 непрерывное", "Увеличение на 0,4 мс", "Уменьшение на 0,1 мс" и "Измерение". При наличии сигнала с кнопки "Уменьшение непрерывное" компьютер непрерывно уменьшал длительность паузы между двумя световыми импульсами со скоростью 20 мс/с, при поступлении сигнала с кнопки "Увеличение на 0,4 мс" увеличивал дискретно на 0,4 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Уменьшение на 0,1 мс" уменьшал дискретно на 0,1 мс, при поступлении сигнала с кнопки “Измерение” фиксировал длительность паузы t_ппор между двумя световыми импульсами, выводил значение времени инерционности на экран монитора, заносил его в архив и предъявлял начальную последовательность двух световых импульсов.

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

На втором этапе измерений испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение на 0,4 мс" (фиг.2, интервал времени Т₂-Т₃), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов (фиг.2, момент времени Т₃).

На третьем этапе измерений испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение на 0,1 мс" (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.2, момент времени Т₄), затем подал сигнал с кнопки “Измерение” (фиг.2, момент времени Т₅).

Компьютер определил длительность паузы t_ппор=56,2 мс между двумя световыми импульсами, зафиксированную испытуемым в момент времени Т₅ (фиг.2), вывел значение времени инерционности на экран монитора, занес его в архив и предъявил начальную последовательность двух световых импульсов.

В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемый выполнил серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения времени инерционности зрительной системы испытуемого, мс: 56,2; 56,4; 56,8; 56,7; 56,9; 57,2; 57,3; 57,8; 57,6; 58,2. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности зрительной системы равно 57,11 мс, среднее квадратическое отклонение - 0,13 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,29 мс.

В результате измерений времени инерционности зрительной системы с использованием длительности импульсов τ =10 мс, выполненных по известному способу [6], получены следующие значения времени инерционности зрительной системы испытуемого, мс: 58,9; 59,5; 59,4; 59,9; 59,7; 59,3; 60,2; 60,6; 61,2; 61,9. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности зрительной системы равно 60,06 мс, среднее квадратическое отклонение - 0,19 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,43 мс.

Уменьшение среднего квадратического отклонения, характеризующего погрешность измерений и являющегося критерием точности измерений при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило 32,27%.

Для оценки достоверности уменьшения погрешности измерений проведены измерения времени инерционности зрительной системы по предложенному и известному способам у группы из 10 испытуемых, каждый из которых выполнил серию из 10 измерений по каждому способу. Уменьшение погрешности измерений при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило от 24,82 до 42,85%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить время инерционности зрительной системы человека при отсутствии сигнала, формируемого off-системой об окончании светового импульса, уменьшить погрешность и увеличить точность измерений.

Источники информации

1. Луизов А.В. Глаз и свет. - Л.: Энергия, 1983. - 140 с.

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

3. Иваницкий А.М. Мозговые потенциалы при мыслительных операциях разной степени сложности // Физиология человека. - 1989. - Т.15. - №3. - С.11-18.

4. Шамшинова А.М., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. - М.: Медицина, 1999. - 416 с.

5. Нечаев В.Б., Ключарев В.А., Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А. Вызванные потенциалы коры больших полушарий при сравнении зрительных стимулов // Физиология человека. - 2000. - Т.26. - №2. - С.17-23.

6. Патент 2195174 РФ, МКИ А 61 В 5/16. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 27.12.2002, Бюл. №36.

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

8. Seiple William, Holopigian Karen. The OFF response of the human electroretinogram does not contribute to the brief flash b-wave // Visual. Neurosci. - 1994. - №11. - P.667-673.

9. 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.

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

11. Lollo Vincent Di, Hogben John H. Supression of visible persistence // J. Exp. Psychol.: Hum. percept, and Perform. - 1985. - V.11. - №3. - P.304-316.

Предъявляют последовательность двух световых импульсов длительностью 10 мс, разделенных паузой, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1,5 с. На первом этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один. На втором этапе измерений увеличивают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов. На третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один. Время инерционности зрительной системы человека принимают равным значению длительности паузы между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, определенной на третьем этапе измерений. Способ позволяет повысить точность определения времени инерционности зрительной системы, что достигается за счет исключения off-ответа на окончание светового импульса. 3 ил.

Способ определения времени инерционности зрительной системы человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность двух световых импульсов заданной длительности, разделенных паузой, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1,5 с, причем на первом этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один, отличающийся тем, что длительность световых импульсов равна 10 мс, на втором этапе измерений увеличивают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов, на третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы между двумя световыми импульсами дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, время инерционности зрительной системы человека принимают равным значению длительности паузы между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один, определенной на третьем этапе измерений.