способ определения времени инерционности зрительной системы человека

Формула изобретения

Способ определения времени инерционности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому световых импульсов, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательности двух световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных паузой, повторяющихся через постоянный временной интервал, отличающийся тем, что последовательности двух световых импульсов предъявляют одновременно с использованием 10 светодиодов, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок, постоянный временной интервал повторения двух световых импульсов равен 1 с, причем на первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной 5 мс, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,1 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности паузы, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека.

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 8 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 данного 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.

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 в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один [7].

Недостатком способа является длительность процедуры измерений для определения времени инерционности зрительной системы человека.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет уменьшить время измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому световых импульсов, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательности двух световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных паузой, повторяющихся через постоянный временной интервал, отличается тем, что последовательности двух световых импульсов предъявляют одновременно с использованием 10 светодиодов, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок, постоянный временной интервал повторения двух световых импульсов равен 1 с, причем на первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной 5 мс, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,1 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности паузы, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности предъявляемых световых импульсов, где _и - длительность импульса; t _п - длительность паузы; Т - временной интервал повторения.

На фиг.2 представлена схема, содержащая 10 светодиодов HL1-HL10 и соответствующих им 10 кнопок SA1-SA10.

На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью _и> ₁, разделенных паузой t _п,, 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 паузой t_кр, вызывающих зрительное ощущение одного светового импульса, при длительности паузы t_кр между двумя световыми импульсами достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один;

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

₁ - время ощущения, то есть время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [8, 9];

₂ - время восстановления, то есть время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [8, 9].

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют с использованием 10 светодиодов HL1-HL10, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок SA1-SA10, последовательности двух световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных паузой, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с.

На первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной 5 мс. На каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.

На втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.

На третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, равной паузе светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность двух световых импульсов с паузой, увеличенной по сравнению с паузой предыдущего светодиода на 0,1 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности паузы, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов, разделенных паузой t_п>t_кр (фиг.3а), у него возникает ощущение двух световых импульсов (фиг.3б). При уменьшении длительности паузы t_п между двумя световыми импульсами до значения t_п =t_кр (фиг.3в) возникает субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г). Максимальная длительность паузы t_п=t _кр между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один, определяется параметрами инерционности зрительной системы человека (фиг.3в, г):

t_кр= ₂- ₁.

Известны следующие значения параметров инерционности зрительной системы человека:

- время восстановления ₂ [9] или время сохранения зрительного впечатления порядка 50 мс [10];

- время ощущения ₁ [9] или критическая длительность зрения порядка 1,5 мс [3].

Так как ₂>> ₁, то за инерционность зрительной системы человека может быть принято время восстановления ₂:

₂ t_кр.

При длительности импульса, равной 40-50 мс, возбудительные и тормозные процессы ко времени окончания импульса в основном сформированы [11], поэтому длительность импульсов принята равной 50 мс.

Экспериментально установлено, что время восстановления зрительной системы человека находится в пределах от 12 до 31 мс [12], поэтому длительность паузы между двумя световыми импульсами на первом этапе измерений принята для светодиодов с запасом от 5 до 50 мс. Шаг увеличения длительности паузы между двумя световыми импульсами для последующего диода по сравнению с длительностью паузы предыдущего диода на третьем этапе измерений равен 0,1 мс, так как точность отсчета времени возбуждения зрительного анализатора принята равной 0,1 мс [12].

При длительности паузы, равной 500 мс, эффекты 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, отсутствуют или слабо выражены [13]. Для устранения эффекта маскировки последовательности двух световых импульсов повторяются через постоянный временной интервал 1 с.

Заявляемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет уменьшить время измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.

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

Пример.

Испытуемому Д., 23 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на светодиоды HL1-HL10 пульта испытуемого импульсы, предъявили последовательностью двух световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных паузой, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. В процессе измерений через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавали на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, после чего компьютер фиксировал значение длительности паузы, соответствующее нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.

На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности двух световых импульсов, разделенных паузой, значения которых приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ светодиода	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Межимпульсный интервал, мс	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50

Испытуемый определил светодиод HL5, для которого субъективно ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA5, на что потратил 3 с.

На втором этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности двух световых импульсов, разделенных паузой, значения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2
№ светодиода	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Межимпульсный интервал, мс	25,0	25,5	26,0	26,5	27,0	27,5	28,0	28,5	29,0	29,5

Испытуемый определил светодиод HL7, для которого субъективно ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA7, на что потратил 5 с.

На третьем этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности двух световых импульсов, разделенных паузой, значения которых приведены в таблице 3.

Таблица 3
№ светодиода	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Межимпульсный интервал, мс	28,0	28,1	28,2	28,3	28,4	28,5	28,6	28,7	28,8	28,9

Испытуемый определил светодиод HL4, для которого субъективно ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA4, на что потратил 6 с. Компьютер вывел значение критической длительности паузы t_кр на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальные последовательности двух световых импульсов. В результате испытуемый определил значение критической длительности паузы, равное 28,3 мс, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека, потратив на это 14 с.

При определении времени инерционности зрительной системы человека по известному способу [7] испытуемый потратил 29 с, то есть на 15 с больше.

Для оценки достоверности уменьшения времени измерений проведена оценка времени инерционности зрительной системы человека по предложенному способу и по известному способу [7] в группе из 10 испытуемых, каждый из которых определил время инерционности зрительной системы каждым способом. Уменьшение времени измерений при определении времени инерционности зрительной системы по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило от 10 до 19 с.

Таким образом, предлагаемый способ определения инерционности зрительной системы человека позволяет уменьшить время измерений и может применяться при массовых обследованиях.

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, том 23, №2, С.68-79.

3. Шамшинова A.M., 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, том 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, том 26, №2, С.17-23.

7. Патент РФ № 2195174, А61В 5/16. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, И.В.Петухов. - Опубл. 27.12.2002, Бюл. №36.

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. Сомов Е.Е. Методы офтальмоэргономики. - Л.: Наука, 1989. - 157 с.

11. Подвигин Н.Ф., Макаров Ф.Н., Шелепин Ю.Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы. - Л.: Наука, 1986. - 252 с.

12. Роженцов В.В. Оценка времени восстановления зрительного анализатора с использованием аппаратно-программного комплекса // Наукоемкие технологии. - 2004. - Т.5. - №10. - С.25-29.

13. 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.