способ определения времени инерционности зрительной системы человека

Формула изобретения

Способ определения времени инерционности зрительной системы человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют пары световых импульсов, эталонного длительностью 80 мс и регулируемого по длительности, повторяющихся через временной интервал, равный 1 с, регулируемый по длительности импульс задерживают или оканчивают раньше относительно времени предъявления эталонного, причем на первом этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного увеличивают дискретно с шагом 5 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно, на втором этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса уменьшают дискретно с шагом 1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, на третьем этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса увеличивают дискретно с шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно, время инерционности зрительной системы принимают равным значению времени задержки или времени раннего окончания регулируемого по длительности светового импульса относительно эталонного, определенное на третьем этапе измерений.

Описание изобретения к патенту

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 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 , задаваемым амплитудой качания маятника. За время инерции принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления, которое при времени экспозиции <0,01 с определяется по формуле:

=К _П/.

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

Известен способ нейрофизиологических исследований временной переработки сигналов в стриарной коре животных. Эксперименты, проведенные по данному способу, установили у разных нейронов появление регистрируемого рецептивного поля через 20-80 мс после включения светового стимула, максимум реакции рецептивного поля - через 60-100 мс, а его исчезновение - через 100-200 мс [2]. По данному способу животных анестезировали, обездвиживали, искусственно вентилировали и термостабилизировали. Регистрацию рецептивного поля выполняли с использованием электроэнцефалограммы.

Недостатком способа является длительный подготовительный период перед проведением исследований.

Известны исследования инерционности зрительной системы человека с использованием электроретинографии и зрительных вызванных корковых потенциалов [3, 4, 5, 6].

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

Известен способ определения времени инерционности зрительной системы 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 в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один [7].

Недостатком способа является невозможность определения инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых импульсов.

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

Экспериментально установлено, что при предъявлении двух световых импульсов, эталонного и регулируемого по длительности, который задерживается или оканчивается раньше относительно времени предъявления эталонного, зрительная система человека вследствие инерционности при малом времени задержки воспринимает оба импульса начинающимися одновременно, а при малом времени раннего окончания - оканчивающимися одновременно.

Предлагаемый способ позволяет определить время инерционности зрительной системы человека при одновременном предъявлении двух световых импульсов.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека заключается в том, что испытуемому предъявляют пары световых импульсов, эталонного длительностью 80 мс и регулируемого по длительности, повторяющихся через временной интервал, равный 1 с, регулируемый по длительности импульс задерживают или оканчивают раньше относительно времени предъявления эталонного, причем на первом этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного увеличивают дискретно с шагом 5 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно, на втором этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса уменьшают дискретно с шагом 1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, на третьем этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса увеличивают дискретно с шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно. Время инерционности зрительной системы принимают равным значению времени задержки или времени раннего окончания регулируемого по длительности светового импульса относительно эталонного, определенное на третьем этапе измерений.

На фиг.1 представлены временные диаграммы последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.1a - временная диаграмма эталонного светового импульса длительностью _имп=80 мс; фиг.1б - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса с начальной длительностью _имп=80 мс.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения времени задержки или времени раннего окончания регулируемого по длительности светового импульса относительно времени предъявления эталонного.

На фиг.3 представлены временные диаграммы последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.3а, в - временная диаграмма эталонного светового импульса длительностью _имп=80 мс; фиг.3б - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, задержанного относительно времени предъявления эталонного на пороговое время t_{зад.пор} , вызывающего ощущение, что предъявляемые световые импульсы начинаются не одновременно; фиг.3г - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, оканчивающегося относительно времени предъявления эталонного ранее на пороговое время t _ок.пор, вызывающего ощущение, что предъявляемые световые импульсы оканчиваются не одновременно.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют последовательность пар световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, эталонного длительностью _имп=80 мс (фиг.1а) и регулируемого по длительности с начальной длительностью _имп=80 мс (фиг.1б).

На первом этапе измерений время задержки предъявления или время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса увеличивают дискретно с шагом 5 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т0-Т1).

На втором этапе измерений время задержки предъявления или время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса уменьшают дискретно с шагом 1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются одновременно (фиг.2, интервал времени Т1-Т2).

На третьем этапе измерений время задержки предъявления или время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса увеличивают дискретно с шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т2-Т3).

Время задержки предъявления или время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса t_пор, определенное на последнем этапе, фиксируют (фиг.2, момент времени Т4) и принимают равным времени инерционности зрительной системы.

Под инерционностью зрения понимают продленность зрительного ощущения после выключения стимула [8]. Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле нейрона небольшого размера. Затем рецептивное поле расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. После исчезновения рецептивного поля нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула. Так как появление рецептивного поля происходит через 20-80 мс после включения светового стимула [2], длительность эталонного импульса принята равной 80 мс.

Известно, что зрительное восприятие светового импульса затрудняется в условиях обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени светового импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым. Показано существование не только эффекта обратной, но и прямой маскировки, при которой первый световой импульс влияет на качество восприятия второго [10]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [11]. Для устранения эффекта маскировки последовательность пар световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.

При задержке предъявления регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса на время t<t_пор испытуемый субъективно ощущает, что световые импульсы начинаются одновременно, при задержке на время tt _пор - не одновременно (фиг.3а, б).

При раннем окончании регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса на время t<t _пор испытуемый субъективно ощущает, что световые импульсы оканчиваются одновременно, при задержке на время tt _пор - не одновременно (фиг.3в, г).

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

Пример 1. Испытуемому X., XX лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикаторы пульта испытуемого импульсы, предъявили последовательность пар световых импульсов, повторяющихся через временной интервал, равный 1 с, эталонного длительностью Тимп=80 мс (фиг.1а) и регулируемого по длительности с начальной длительностью _имп=80 мс (фиг.1б). В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Увеличение времени задержки на 5 мс", "Уменьшение времени задержки на 1 мс", "Увеличение времени задержки на 0,1 мс" и "Измерение".

При поступлении сигнала с кнопки "Увеличение времени задержки на 5 мс" компьютер увеличивал время задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса дискретно с шагом 5 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Уменьшение времени задержки на 1 мс" - уменьшал время задержки дискретно с шагом 1 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Увеличение времени задержки на 0,1 мс" - увеличивал время задержки дискретно с шагом 0,1 мс, по сигналу с кнопки "Измерение" - фиксировал время задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса, выводил значение времени задержки t _{зад. пор} на экран монитора, заносил результаты измерений в архив и предъявлял начальную последовательность двух световых импульсов.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение времени задержки на 5 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т0-Т1).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение времени задержки на 1 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются одновременно (фиг.2, интервал времени Т1-Т2).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение времени задержки на 0,1 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т2-Т3), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.2, момент времени Т4). Компьютер определил время задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса, вывел значение времени задержки t_{зад.пор} . на экран монитора, занес результат измерения в архив и предъявлял 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 в мс: 22, 21, 21, 22, 20, 19, 22, 19, 21, 22. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности равно 20,9 мс, среднее квадратическое отклонение - 1,2 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 2,67 мс.

Пример 2. Испытуемому X., XX лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикаторы пульта испытуемого импульсы, предъявили последовательность пар световых импульсов, повторяющихся через временной интервал, равный 1 с, эталонного длительностью _имп=80 мс (фиг.1а) и регулируемого по длительности с начальной длительностью _имп=80 мс (фиг.1б). В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Увеличение времени раннего окончания на 5 мс", "Уменьшение времени раннего окончания на 1 мс", "Увеличение времени раннего окончания на 0,1 мс" и "Измерение".

При поступлении сигнала с кнопки "Увеличение времени раннего окончания на 5 мс" компьютер увеличивал время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса дискретно с шагом 5 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Уменьшение времени раннего окончания на 1 мс" - уменьшал время раннего окончания дискретно с шагом 1 мс, при поступлении сигнала с кнопки "Увеличение времени раннего окончания на 0,1 мс" - увеличивал время раннего окончания дискретно с шагом 0,1 мс, по сигналу с кнопки "Измерение" - фиксировал время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса, выводил значение времени раннего окончания t_ок.пор на экран монитора, заносил результаты измерений в архив и предъявлял начальную последовательность двух световых импульсов.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение времени раннего окончания на 5 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы оканчиваются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т0-Т1).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение времени раннего окончания на 1 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы оканчиваются одновременно (фиг.2, интервал времени Т1-Т2).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение времени раннего окончания на 0,1 мс", определил момент субъективного ощущения, что световые импульсы оканчиваются не одновременно (фиг.2, интервал времени Т2-Т3), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.2, момент времени Т4). Компьютер определил время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса, вывел значение времени окончания t_ок.пор на экран монитора, занес результат измерения в архив и предъявлял 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 в мс: 16, 19, 19, 16, 17, 18, 16, 18, 17, 18. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности равно 17,4 мс, среднее квадратическое отклонение - 1,17 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 2,6 мс.

Положительный эффект предлагаемого способа определения времени инерционности зрительной системы подтвержден результатами экспериментального исследования на группе из 10 испытуемых. Полученные данные показали, что время инерционности зрительной системы находится в диапазоне 17,2-26,6 мс.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять время инерционности зрительной системы.

Источники информации

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

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

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

4. Татко В.Л. Хронометрия процессов переработки информации человеком. Итоги науки и техники. Серия Физиология человека и животных. Том 35. Проблемы современной психофизиологии. - М.: ВИНИТИ, 1989. - С.3-144.

5. Бетелева Т.Г. Функциональная специализация полушарий при составлении наличного и предыдущего стимулов //Физиология человека. - 2000. - Т.26. - №3. - С.21-30.

6. 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.

7. Патент 2195174 РФ, МПК А 61 В 5/16. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека //В.В.Роженцов, И.В.Петухов //Б.И. - 2002. - №36.

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

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

10. 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.

11. 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.