устройство для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы

Формула изобретения

Устройство для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, содержащее переключатель режимов, генератор линейно изменяющегося напряжения, преобразователь напряжение-частота, источник световых импульсов, элемент ИЛИ, вычислитель и блок индикаторов, причем выход переключателя режимов соединен с входом генератора, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход - с входом блока индикаторов, выход преобразователя напряжение-частота соединен также с входом источника световых импульсов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй переключатель режимов, второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй блок индикаторов, генератор секундных импульсов, мультиплексор аналоговый, счетчик, первый-третий демультиплексоры, триггер, первый и второй вентили, первый-третий одновибраторы, первый-шестой ключи и тумблер, причем выходы первого и второго ключей соединены с входами первого и второго переключателей режимов, выходы третьего-пятого ключей соединены соответственно с информационными входами первого-третьего демультиплексоров, первые выходы которых соединены с входами первого переключателя режимов, вторые выходы - с входами второго переключателя режимов, выход шестого ключа соединен с С-входом триггера, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, R-вход соединен с вторым выходом вычислителя, а D-вход - с нормально разомкнутым выходом тумблера, нормально замкнутый выход которого соединен с первым входом второго вентиля, выход второго переключателя режимов соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выходы первого и второго генераторов линейно изменяющегося напряжения соединены с информационными входами мультиплексора аналогового, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход генератора секундных импульсов соединен с адресным входом мультиплексора аналогового, вторыми входами первого и второго вентилей и адресными входами первого-третьего демультиплексоров, выход первого вентиля соединен с входами первого и второго одновибраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, инверсный выход второго вентиля соединен с входом третьего одновибратора и входом разрешения счета счетчика, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, вход обнуления - с выходом третьего одновибратора, а выход - с входом второго блока индикаторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Известно устройство, предназначенное для обработки импульсной активности нейронов и построения пространственно-частотных характеристик рецептивных полей зрительной системы, содержащее линейный фильтр, нелинейный фильтр, блок выделения информативных участков в импульсной активности нейронов, схему ИЛИ, блок формирования кода адреса, схему И, запоминающее и арифметическое устройства анализатора, устройство управления движением стимулов [1, рис. 77, с.140]. При наличии сигналов на всех трех входах схемы И импульсы исследуемого процесса поступают в арифметическое устройство анализатора, суммируются и передаются в запоминающее устройство по адресу, соответствующему пространственной частоте и положению участка, выделенного блоком выделения информативных участков в импульсной активности нейронов. Запоминающее устройство анализатора разбивается на группы, число которых соответствует числу участков, выделенных в импульсной активности нейронов, количество ячеек памяти в каждой группе равно числу стимулов, в каждую ячейку записывается оценка реакции нейрона на определенную пространственную частоту. Процедура предъявления всего набора стимулов, представляющих собой решетки с различной пространственной частотой, повторяется несколько раз [1, с.141].

Известно определение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы с помощью решеток разной пространственной частоты с синусоидальным распределением освещенности [2]. Для формирования различных по форме изображений - мир переменного контраста, различной пространственной частоты с синусоидальным профилем яркости, двумерных решеток с синусоидальным распределением яркости, известен программируемый синтезатор, содержащий микроЭВМ, интерфейс, блок синхронизации управления, пульт ввода ответов испытуемого, буферную видеопамять, цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольное устройство, терминал оператора и графопостроитель [3, рис. 38, с.68]. Формируемые изображения отображаются на экране видеоконтрольного устройства, ответ испытуемого вводится в ЭВМ путем нажатия кнопок-“вижу”-“не вижу” [3, с.84].

Недостатками известных устройств являются длительный подготовительный период, необходимость сложного специального оборудования, сложность проведения исследований.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для исследования критической частоты слияния мельканий, содержащее кнопку испытуемого, первый, второй и третий триггеры, первый и второй ждущие мультивибраторы, переключатель режимов, генератор линейно изменяющегося напряжения, преобразователь напряжение-частота, источник световых импульсов, компаратор, индикатор сбоя, сдвигающий регистр, элемент ИЛИ, вычислитель и блок индикаторов, причем выход генератора соединен с входами компаратора и преобразователя напряжение-частота, выходы которых соединены соответственно с входами индикатора сбоя и источника световых импульсов, выходы первого, второго и третьего триггеров соединены через переключатель режимов с входом генератора, выход первого ждущего мультивибратора соединен с первым входом второго триггера и входом второго ждущего мультивибратора, выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего триггеров, выход кнопки испытуемого соединен с входом сдвигающего регистра, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера, второй выход - с вторым входом второго триггера и входом первого ждущего мультивибратора, третий выход - с первым входом элемента ИЛИ и третьего триггера, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого ждущего мультивибратора, а выход - с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход - с входом блока индикаторов [4].

Недостатком данного устройства является невозможность определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

В предлагаемом изобретении в устройство для исследования критической частоты слияния мельканий, содержащее переключатель режимов, генератор линейно изменяющегося напряжения, преобразователь напряжение-частота, источник световых импульсов, элемент ИЛИ, вычислитель и блок индикаторов, причем выход переключателя режимов соединен с входом генератора, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход - с входом блока индикаторов, выход преобразователя напряжение-частота соединен также с входом источника световых импульсов, дополнительно введены второй переключатель режимов, второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй блок индикаторов, генератор секундных импульсов, мультиплексор аналоговый, счетчик, первый-третий демультиплексоры, триггер, первый и второй вентили, первый-третий одновибраторы, первый-шестой ключи и тумблер, причем выходы первого и второго ключей соединены с входами первого и второго переключателей режимов, выходы третьего-пятого ключей соединены соответственно с информационными входами первого-третьего демультиплексоров, первые выходы которых соединены с входами первого переключателя режимов, вторые выходы - с входами второго переключателя режимов, выход шестого ключа соединен с С - входом триггера, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, R-вход соединен с вторым выходом вычислителя, а D-вход - с нормально разомкнутым выходом тумблера, нормально замкнутый выход которого соединен с первым входом второго вентиля, выход второго переключателя режимов соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выходы первого и второго генераторов линейно изменяющегося напряжения соединены с информационными входами мультиплексора аналогового, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход генератора секундных импульсов соединен с адресным входом мультиплексора аналогового, вторыми входами первого и второго вентилей и адресными входами первого-третьего демультиплексоров, выход первого вентиля соединен с входами первого и второго одновибраторов, выходы которых соединены с входами элемента или, инверсный выход второго вентиля соединен с входом третьего одновибратора и входом разрешения счета счетчика, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, вход обнуления - с выходом третьего одновибратора, а выход - с входом второго блока индикаторов.

Заявляемое устройство благодаря введению второго переключателя режимов, второго генератора линейно изменяющегося напряжения, второго блока индикаторов, генератора секундных импульсов, мультиплексора аналогового, счетчика, первого-третьего демультиплексоров, триггера, первого и второго вентилей, первого-третьего одновибраторов, первого-шестого ключей и тумблера позволяет определить полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, при этом

- сократить подготовительный период,

- упростить процедуру определения,

- использовать менее сложное специальное оборудование.

Таким образом, заявляемое устройство отличается от известных новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства, на фиг.2-временная диаграмма, поясняющая его работу.

Заявляемое устройство содержит первый-шестой 1-6 ключи, тумблер 7, первый - третий 8-10 демультиплексоры, триггер 11, первый 12 и второй 13 переключатели режимов, первый 14 и второй 15 генераторы линейно изменяющегося напряжения, мультиплексор 16 аналоговый, генератор 17 секундных импульсов, преобразователь 18 напряжение-частота, источник 19 световых импульсов, вычислитель 20, первый 21 блок индикаторов, первый 22 и второй 23 вентили, первый-третий 24-26 одновибраторы, элемент 27 ИЛИ, счетчик 28, второй 29 блок индикаторов.

Переключатели 12-13 режимов предназначены для коммутации резисторов на входах генераторов 14-15.

Вычислитель 20 предназначен для определения разности инкрементной и декрементной частот световых мельканий, равной полосе пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Первый 21 блок индикаторов предназначен для индикации величины полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Второй 29 блок индикаторов предназначен для индикации начальной частоты световых мельканий.

Первый 1 ключ предназначен для установки первого 14 и второго 15 генераторов в режим генерации линейно нарастающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователя 18 напряжение-частота, равной 1 Гц/с.

Второй 2 ключ предназначен для установки первого 14 и второго 15 генераторов в режим генерации линейно падающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователя 18 напряжение-частота, равной 1 Гц/с.

Третий 3 ключ предназначен для установки первого 14 генератора в режим генерации линейно нарастающего напряжения и второго 15 генератора в режим генерации линейно падающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователя 18 напряжение-частота, равной 2 Гц/с.

Четвертый 4 ключ предназначен для установки первого 14 генератора в режим генерации линейно падающего напряжения и второго 15 генератора в режим генерации линейно нарастающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователя 18 напряжение-частота, равной 0,5 Гц/с.

Пятый 5 ключ предназначен для установки первого 14 генератора в режим генерации линейно нарастающего напряжения и второго 15 генератора в режим генерации линейно падающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователя 18 напряжение-частота, равной 0,5 Гц/с.

Шестой 6 ключ предназначен для фиксации результатов измерений.

Тумблер 7 предназначен для задания режимов установки начальной частоты и определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов.

Назначение остальных узлов соответствует их названию.

Демультиплексоры 8-10 и мультиплексор 16 аналоговый выполнены на микросхемах К 561 КП 1 [5, рис. 3.38, с.314].

Триггер 11 выполнен на микросхеме К 561 ТМ 2 [5, рис. 3.50, с.323].

Переключатели режимов 12-13 выполнены по патенту 2026008 РФ, А 61 В 5/16 (узел 8).

Генератор 15 линейно изменяющегося напряжения выполнен аналогично генератору 14. В качестве генераторов 14-15 линейно изменяющегося напряжения используется стандартный интегратор на операционном усилителе с резисторами на входе, коммутируемыми соответственно переключателями 12-13, чтобы получить различную скорость нарастания напряжения на выходе генераторов 14-15, а изменяя полярность входного напряжения, изменять направления интегрирования (нарастание или падение выходного напряжения).

Счетчик 28 выполнен на микросхемах К 561 ИЕ 8 [5, рис.3.62, с.333].

Ключи 1-6 представляют собой ручные переключатели на два положения для замыкания и размыкания электрических цепей управления и выполнены в виде кнопок управления.

Остальные узлы общеизвестны.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии тумблер 7 находится в положении, соответствующем режиму установки начальной частоты, как показано на фиг.1. При включении питания триггер 11 выключается, счетчик 28 обнуляется (цепи не показаны), второй 23 вентиль открывается, генераторы 14-15 выдают одинаковое постоянное напряжение, соответствующее частоте световых мельканий, равной 25 Гц, то есть средней частоте принятого видимого диапазона световых мельканий от 0 до 50 Гц. Одинаковое постоянное напряжение с выходов генераторов 14-15 независимо от состояния выхода генератора 17 секундных импульсов через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19.

Испытуемый замыканием первого 1 или второго 2 ключей устанавливает заданную начальную F_H частоту, относительно которой необходимо определить полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы. При замыкании первого 1 ключа генераторы 14-15 через соответствующие переключатели 12-13 устанавливаются в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью, при замыкании второго 2 ключа - в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью.

Сигнал логической единицы длительностью 1 с генератора 17 поступает на открытый второй 23 вентиль, инвертируется и поступает на третий 26 одновибратор и вход разрешения счета счетчика 28. По началу сигнала логического нуля с инверсного выхода второго 23 вентиля третий 26 одновибратор вырабатывает короткий импульс, который обнуляет счетчик 28. Частота с выхода преобразователя 18 поступает на счетный вход счетчика 28, результат счета выводится на второй 29 блок индикаторов. Установленная заданная начальная F_H частота управляет источником 19 (фиг.2, интервал времени 0-Т₀).

Испытуемый устанавливает тумблер 7 в положение, соответствующее режиму определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов, на D-вход триггера 11 поступает сигнал логической единицы, второй 23 вентиль закрывается, состояние счетчика 28 не меняется, значение установленной начальной F_H частоты отображается на втором 29 блоке индикаторов.

Испытуемый замыкает третий 3 ключ (фиг.2, момент времени Т_о). При сигнале логической единицы на выходе генератора 17 сигнал с выхода третьего 3 ключа через первый 8 демультиплексор и первый 12 переключатель устанавливает первый 14 генератор в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью. Напряжение с выхода первого 14 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19. При сигнале логического нуля на выходе генератора 17 сигнал с выхода третьего 3 ключа через первый 8 демультиплексор и второй 13 переключатель устанавливает второй 15 генератор в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью. Напряжение с выхода второго 15 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19 (фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

На интервале времени T ₀-T₁ испытуемый определяет момент, когда предъявляемые поочередно инкрементная F_и и декрементная F_д частоты световых мельканий различаются, и размыкает третий 3 ключ (фиг.2, момент времени T₁). Генераторы 14-15 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F_И1 и F_Д1 световых мельканий, которые источником 19 поочередно предъявляются испытуемому (фиг.2, интервал времени T₁-Т₂).

Испытуемый замыкает четвертый 4 ключ (фиг.2, момент времени Т₂). При сигнале логической единицы на выходе генератора 17 сигнал с выхода четвертого 4 ключа через второй 9 демультиплексор и первый 12 переключатель устанавливает первый 14 генератор в режим генерации линейно падающего напряжения с заданной скоростью. Напряжение с выхода первого 14 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19. При сигнале логического нуля на выходе генератора 17 сигнал с выхода четвертого 4 ключа через второй 9 демультиплексор и второй 13 переключатель устанавливает второй 15 генератор в режим генерации линейно нарастающего напряжения с той же скоростью. Напряжение с выхода второго 15 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19 (фиг.2, интервал времени Т ₂-Т₃).

На интервале времени Т₂ -Т₃ испытуемый определяет момент, когда предъявляемые поочередно инкрементная F_и и декрементная F_д частоты световых мельканий не различаются, и размыкает четвертый 4 ключ (фиг.2, момент времени Т₃). Генераторы 14-15 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F_И2 и F_Д2 световых мельканий, которые источником 19 поочередно предъявляются испытуемому (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄).

Испытуемый замыкает пятый 5 ключ (фиг.2, момент времени Т₄). При сигнале логической единицы на выходе генератора 17 сигнал с выхода пятого 5 ключа через третий 10 демультиплексор и первый 12 переключатель устанавливает первый 14 генератор в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью. Напряжение с выхода первого 14 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19. При сигнале логического нуля на выходе генератора 17 сигнал с выхода пятого 5 ключа через третий 10 демультиплексор и второй 13 переключатель устанавливает второй 15 генератор в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью. Напряжение с выхода второго 15 генератора через мультиплексор 16 поступает на преобразователь 18, где преобразуется в частоту, которая управляет источником 19 (фиг.2, интервал времени Т₄-Т₅).

На интервале времени Т ₄-Т₅ испытуемый определяет момент, когда предъявляемые поочередно инкрементная F_и и декрементная F_д частоты световых мельканий различаются, и размыкает пятый 5 ключ (фиг.3, момент времени Т₅). Генераторы 14-15 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F_И3 и F_Д3 световых мельканий, которые источником 19 поочередно предъявляются испытуемому (фиг.3, интервал времени Т₅-Т₆).

Испытуемый кратковременно замыкает шестой 6 ключ (фиг.2, момент времени Т₆), импульс с выхода шестого 6 ключа поступает на С-вход триггера 11 и включает его, первый 22 вентиль открывается.

Сигнал с выхода генератора 17 через открытый первый 22 вентиль поступает на первый 24 и второй 25 одновибраторы. Первый 24 одновибратор по переднему фронту сигнала логической единицы вырабатывает импульс, который через элемент 27 ИЛИ поступает на вычислитель 20, в который записывается значение последней инкрементной F_из частоты световых мельканий. Второй 25 одновибратор по заднему фронту сигнала логической единицы вырабатывает импульс, который через элемент 27 ИЛИ поступает на вычислитель 20, в который записывается значение последней декрементной F_Д3 частоты световых мельканий.

Вычислитель 20 определяет разность инкрементной и декрементной частот F=F _И3-F_Д3, равную полосе пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы относительно начальной частоты F_H, и выводит результат на первый 21 блок индикаторов, после чего вырабатывает импульс, выключающий триггер 11, а также устанавливающий устройство в исходное состояние (цепи не показаны).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Литература

1. Дудкин К.Н., Гаузельман В.Е. Автоматизация нейрофизиологического эксперимента. - Л.: Наука, 1979. - 160 с.

2. Kulikowski J.J., Vidyasagar T.R. Space and spatial frequency: analysis and representation in the macaque striate cortex //Exp. Brain Res. - 1986. - V. 64. - №1. - Р.6-18.

3. Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.Н., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия: Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. Л.: Наука, 1985. - 103 с.

4. Патент 2026008 РФ, МКИ А 61 В 5/16. Устройство для исследования критической частоты слияния мельканий /В.В.Роженцов (РФ). - Опубл. 10.01.95, Бюл. №1. - 4 с.

5. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник /М.И.Богданович, И.Н.Грель, С.А.Дубина и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Минск: Беларусь, Полымя, 1996. - 605 с.