СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ОБУЧЕНИЯ ОЦЕНКЕ ВРЕМЕНИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2010 года по МПК A61B5/16 A61B3/10 

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

Условием точности оценки времени возбуждения зрительного анализатора человека является получение его значений с малой вариабельностью. Однако в результате адаптации испытуемого к экспериментальным условиям, наличием «этапа врабатывания» [1] и влияния «закона научения», согласно которому процесс формирования навыка развивается по экспоненте [2], присутствует переходной процесс. По окончании переходного процесса наступает квазистационарный режим, в котором наблюдается вариабельность значений времени возбуждения зрительного анализатора человека, обусловленная стохастичностью центральной нервной системы как сложного биологического объекта. Длительность переходного процесса определяется временем обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека.

По мнению Н.М.Пейсахова и соавт., стабилизация значений происходит после двух-трех измерений [3]. Однако переходной процесс сугубо индивидуален, поэтому необходимое число измерений времени возбуждения зрительного анализатора человека до стабилизации его значений для разных испытуемых различно, что подтверждено экспериментально.

Известен способ определения порогового времени, необходимого для узнавания предъявляемых изображений, с использованием тахистоскопа [4].

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 [5].

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является 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 [6].

Недостатком способа является то, что он не учитывает индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений, что не позволяет определить время обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Технический результат предлагаемого способа заключается в определении времени обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с 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 постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один, время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений, причем новым является то, что время возбуждения зрительного анализатора человека отмечают на плоскости в координатах «время возбуждения - номер измерения», описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений времени возбуждения зрительного анализатора человека t_вв как функции t_вв=f(N_i), где N_i - номер i-ого измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

Время переходного процесса определяется временем, после которого имеет место неравенство [7]:

|t_ввi-t_вв0|≤Δ/2,

где t_ввi - значение времени возбуждения зрительного анализатора человека в i-ом измерении, i=1, 2, …, k, k - число измерений; t_вв0 - среднее значение времени возбуждения зрительного анализатора человека в квазистационарном режиме;

Δ=(t_{вв max}-t_{вв min}) - вариационный размах значений времени возбуждения зрительного анализатора человека в квазистационарном режиме; t_{вв max} - максимальное значение времени возбуждения зрительного анализатора человека в квазистационарном режиме; t_{вв min} - минимальное значение времени возбуждения зрительного анализатора человека в квазистационарном режиме.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности предъявляемых парных световых импульсов, где τ_и - длительность световых импульсов; t_мии - длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре; Т - время повторения парных световых импульсов.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре, предъявляемыми испытуемому в процессе определения времени возбуждения зрительного анализатора.

На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ_и, разделенных межимпульсным интервалом t_мии и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.3а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, 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 пороговым межимпульсным интервалом t_пор, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один; фиг.3г - 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 [8, 9]; τ_off - время возбуждения off-системы зрительного анализатора - время суммации off-системы, необходимое для возникновения зрительного ощущения окончания стимула.

На фиг.4-5 представлены графики значений времени возбуждения зрительного анализатора двух испытуемых, полученных в процессе измерения.

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

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью τ_и, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_{н мии}, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.2, интервал времени 0-T₁).

На первом этапе измерений длительность начального межимпульсного интервала

t_{н мии} между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с (фиг.2, интервал времени Т₁-Т₂), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₂, длительность межимпульсного интервала t_мии1).

На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала

t_мии1 между световыми импульсами в паре увеличивают с постоянной скоростью 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, длительность межимпульсного интервала t_мии2).

На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии2 между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с постоянным шагом 0,1 мс, (фиг.2, интервал времени Т₅-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆, длительность межимпульсного интервала t_пор).

Время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала t_пор, определенного испытуемым на третьем этапе измерений, которое отмечают на плоскости в координатах «время возбуждения - номер измерения».

Описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений времени возбуждения зрительного анализатора человека t_вв как функции t_вв=f(N_i), где N_i - номер i-ого измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. Время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

В зрительном анализаторе on- и off-системы, формирующие соответственно сигнал о появлении и окончании светового стимула, функционируют независимо друг от друга [10, 11], а их динамика сходна [12]. Это позволяет определить время возбуждения зрительного анализатора, то есть on-системы, по равному ему времени возбуждения off-системы.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ_и>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.3б).

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 [13]. 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 субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г).

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 [12]. После исчезновения РП нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [14], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.

Так как формирование зоны возбуждения РП заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [14], длительность начального межимпульсного интервала принята равной 70 мс. При такой длительности межимпульсного интервала off-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 [15]. Для устранения эффекта маскировки между парами световых импульсов последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.

Заявляемый способ позволяет учесть индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений, что позволяет определить время обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека.

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

Пример 1.

Испытуемому З., 18 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого импульсы, предъявили последовательность парных световых импульсов длительностью τ_и, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_{н нач}, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.2, интервал времени 0-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 непрерывно уменьшал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами в паре с постоянной скоростью 20 мс/с, при наличии сигнала с кнопки «Увеличение медленное» - непрерывно увеличивал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами в паре с постоянной скоростью 2 мс/с, при наличии сигнала с кнопки «Уменьшение дискретное» - уменьшал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами в паре на 0,1 мс. При снятии сигнала с кнопок компьютер сохранял на выходе последовательность парных световых импульсов с последним предъявленным межимпульсным интервалом.

По сигналу с кнопки «Измерение» компьютер фиксировал пороговую длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами t_пор, принимаемую за время возбуждения зрительного анализатора человека, заносил его в архив, строил график зависимости значений времени возбуждения зрительного анализатора t_вв как функции t_вв=f(N_i), где N_i - номер i-ого измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, после чего предъявлял испытуемому начальную последовательность световых импульсов.

На первом этапе измерений испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Уменьшение быстрое», определил момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₂, длительность межимпульсного интервала t_мии1).

На втором этапе измерений испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Увеличение медленное», определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т₄, длительность межимпульсного интервала t_мии2).

На третьем этапе испытуемый, подавая необходимое число раз сигнал с кнопки «Уменьшение дискретное» (фиг.2, интервал времени Т₅-Т₆), определил момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆, длительность межимпульсного интервала t_пор), затем подал сигнал с кнопки «Измерение» (фиг.2, момент времени Т₇).

Персональный компьютер зафиксировал значение времени возбуждения зрительного анализатора человека, занес его в архив, отметил его на плоскости в координатах «время возбуждения - номер измерения» и выдал на индикатор пульта испытуемого начальную последовательность световых импульсов.

Испытуемый повторил описанную процедуру до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. В результате измерений получены следующие значения времени возбуждения зрительного анализатора в мс: 11,8; 11,6; 11,0; 10,7; 10,8; 11,0; 10,8; 10,7; 10,8, которые представлены в виде графика на фиг.4. По графику определили номер измерения 3, соответствующий окончанию переходного процесса. Время обучения определили по числу измерений, равному 3, выполненных во время переходного процесса.

Пример 2.

Испытуемый Б., 20 лет, аналогично испытуемому 3, выполнил серию измерений времени возбуждения зрительного анализатора, в результате получены следующие его значения в мс: 15,5; 14,7; 14,5; 14,6; 13,6; 13,3; 13,5; 13,2; 13,5; 13,6; 13,5, которые представлены в виде графика на фиг.5. По графику определили номер измерения 5, соответствующий окончанию переходного процесса. Время обучения определили по числу измерений, равному 5, выполненных во время переходного процесса.

Положительный эффект предлагаемого способа определения времени обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека подтвержден результатами экспериментального исследования по группе из 10 испытуемых. Время обучения по группе составило от 2 до 6 измерений.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить время обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

Источники информации

1. Приборы и комплексы для психофизиологических исследований. Исследования, разработка, применение / Под ред. В.А.Викторова, Е.В.Матвеева. - М.: ЗАО "ВНИИМП-ВИТА", 2002. - 228 с.

2. Ткачук В.Г., Петрович Б. Вариативность физиологических показателей в механизме адаптации биосистем // VII Междунар. науч. конгресс «Современный олимпийский спорт и спорт для всех»: Матер. конф. - Т.2. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - С.182-183.

3. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека / Н.М.Пейсахов, А.П.Кашин, Г.Г.Баранов, Р.Г.Вагапов; Под ред. В.М.Шадрина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976. - 238 с.

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

5. Патент 2038034 РФ, МКИ А63В 5/16. Способ оценки функционального состояния аппарата цветового зрения / Е.К.Гусев, В.К.Толкачев (РФ). - Опубл. 27.06.1995.

6. Патент 2231293 РФ, МПК А61В 5/16. Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека / В.В.Роженцов, М.Т.Алиев (РФ). - Опубл. 27.06.2004.

7. Солодовников В.В., Плотников В.П., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.

8. 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.

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

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

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

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

13. 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.

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

15. 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 и предназначено для определения времени обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека. Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом длительностью 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. На первом этапе длительность межимпульсного интервала уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, на втором этапе длительность увеличивают с постоянной скоростью 2 мс/с, на третьем, этапе длительность уменьшают с дискретно с постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности или слияния двух световых импульсов в паре. Время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений, которое отмечают на плоскости в координатах «время возбуждения - номер измерения». Процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости в виде функци t_вв=f(N_i), где N_i - номер i-ого измерения, i=1, 2,…, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. Время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса. Способ расширяет арсенал средств для определения времени обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека. 5 ил.

Способ определения времени обучения оценке времени возбуждения зрительного анализатора человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с 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 постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения 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 время возбуждения зрительного анализатора человека отмечают на плоскости в координатах «время возбуждения - номер измерения», описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений времени возбуждения зрительного анализатора человека t_вв как функции t_вв=f(N_i), где N_i - номер i-го измерения, i=1, 2,…, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.