Способ определения времени инерционности зрительной системы человека

 

Изобретение относится к медицине. Способ позволяет определить время инерционности зрительной системы человека путем предъявления последовательности двух световых импульсов заданной длительности, например 50 мс, разделенных паузой длительностью 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал порядка 1,5 с, затем длительность паузы между световыми импульсами уменьшают, 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. Технический результат: повышение точности измерения времени инерционности. 5 ил.

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 = K_пτ/ε. 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.

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

Инерционность зрительной системы при предъявлении световых импульсов принято характеризовать следующими параметрами, представленными на фиг.1, где фиг.1a - временная диаграмма светового импульса, фиг.1б - временная диаграмма зрительного ощущения на световой импульс: - временем зрительного ощущения τ₁ - временем между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8] (фиг.1б); - временем восстановления τ₂ - временем между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8] (фиг.1б); - критической длительностью зрения Т_с - минимальным временем предъявления светового импульса, при котором достигается светоощущение [3].

На фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие взаимосвязь времени зрительного ощущения τ₁ и критической длительности зрения Т_с, где: - фиг.2а - временная диаграмма светового импульса длительностью τ_и1>τ₁; - фиг.2б - временная диаграмма зрительного ощущения на световой импульс, представленный на фиг.2а; - фиг.2в - временная диаграмма светового импульса длительностью τ_и2<τ₁, при которой зрительное ощущение не возникает.

В случае когда на сетчатку воздействует световой импульс длительности τ_и2<τ₁; (фиг.2в), фотохимические реакции не вызывают зрительного ощущения на световой импульс, так как время воздействия светового импульса на сетчатку меньше времени накопления в зрительной системе, необходимого для возникновения зрительного ощущения.

В то же время согласно определению критической длительностью зрения Т_с при воздействии на сетчатку светового импульса длительности τ_и<T зрительное ощущение не возникает. Это свидетельствует о равнозначности понятий критической длительности зрения Т_с и времени зрительного ощущения τ₁. На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ_и>τ₁, разделенных паузой, и вызываемых ими зрительных ощущений с указанием времени зрительного ощущения τ₁ и времени восстановления τ₂, где:
- фиг.3а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных паузой t_п, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;
- фиг.3б - временная диаграмма зрительного ощущения на два световых импульса, 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 на два световых импульса, представленных на фиг.3в.

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 = τ₂-τ₁.
Известны следующие значения параметров инерционности зрительной системы человека:
- время восстановления τ₂ [8] или время сохранения зрительного впечатления - порядка 50 мс [9];
- время зрительного ощущения τ₁ [8] или критическая длительность зрения Т_с - порядка 1,5 мс [3].

Так как τ₂≫ τ₁, то за инерционность зрительной системы человека может быть принято время восстановления τ₂
t_кр ≅ τ₂.
Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет:
- упростить процедуру измерения;
- уменьшить время подготовительного периода;
- уменьшить время определения инерционности зрительной системы;
- проводить исследования без использования дорогостоящего специального медицинского оборудования.

Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому световых импульсов заключается 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.

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

На фиг. 4 представлена временная диаграмма предъявляемых световых импульсов, а на фиг.5 - временная диаграмма изменения длительности паузы t_п между двумя световыми импульсами при определении времени инерционности зрительной системы человека.

Испытуемому предъявляют последовательность двух световых импульсов заданной длительности, равной, например, τ_и = 50 мc, разделенных паузой t_п, повторяющихся через постоянный временной интервал порядка Т=1,5 с (фиг.4). Начальную длительность паузы между двумя световыми импульсами задают равной t_п1=150 мс (фиг.5, интервал времени T₀-T₁). Длительность паузы t_п между световыми импульсами уменьшают до значения t_кр - максимальной длительности паузы между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г). Время инерционности зрительной системы человека принимают равным длительности паузы t_кр в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один:
τ₂ ≅ t_кр.
На первом этапе измерений уменьшают длительность паузы t_п между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью v₁ порядка 20 мс/с (фиг.5, интервал времени T₁-T₂), пока испытуемый не определит оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один (фиг.5, момент времени T₂).

На втором этапе измерений увеличивают длительность паузы t_п между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью v₂ порядка 5 мс/с (фиг. 5, интервал времени Т₃-Т₄), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов (фиг.5, момент времени Т₄).

На третьем этапе измерений уменьшают длительность паузы t_п между двумя световыми импульсами с заданной постоянной скоростью v₃ порядка 2 мс/с (фиг. 5, интервал времени Т₅-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.5, момент времени Т₆).

Затем определяют длительность паузы t_кр в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.5, момент времени Т₇), значение которой принимают за время инерционности зрительной системы человека.

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

Пример 1. Испытуемому П., 25 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые мелькания, предъявили последовательность двух световых импульсов длительностью τ_и = 50 мc, разделенных паузой t_п, повторяющихся через постоянный временной интервал равный Т=1,5 с (фиг.4). Начальную длительность паузы между двумя световыми импульсами задали равной t_п1=150 мс (фиг.5, интервал времени T₁-T₂). В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Уменьшение быстрое", "Увеличение медленное", "Уменьшение медленное" и "Измерение".

При наличии сигнала с кнопки "Уменьшение быстрое" компьютер уменьшал длительность паузы между двумя световыми импульсами со скоростью v₁≅20 мс/с, при наличии сигнала с кнопок "Увеличение медленное" и "Уменьшение медленное" - соответственно увеличивал со скоростью v₂≅5 мс/с и уменьшал со скоростью v₃≅2 мс/с длительность паузы между двумя световыми импульсами, по сигналу с кнопки "Измерение" - фиксировал длительность паузы t_кр между предъявляемыми одиночными световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один и предъявлял начальную последовательность двух световых импульсов.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение быстрое" (фиг. 5, интервал времени T₁-T₂), определил оценочно субъективное слияние двух световых импульсов в один (фиг.5, момент времени Т₂).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение медленное" (фиг.5, интервал времени Т₃-Т₄), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов (фиг.5, момент времени Т₄).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение медленное" (фиг.5, интервал времени Т₅-Т₆), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.5, момент времени Т₆), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.5, момент времени Т₇). Компьютер определил длительность паузы t_кр=46 мс 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 в мс: 46; 49; 46; 50; 48; 50; 49; 49; 50; 48. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности зрительной системы равно 48,50 мс, среднее квадратическое отклонение - 1,50 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 3,39 мс.

Пример 2. Испытуемая К., 35 лет, аналогично испытуемому П. выполнила серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения времени инерционности зрительной системы в мс: 55; 57; 53; 59; 58; 57; 58; 59; 58; 58. Среднее арифметическое измеренных значений времени инерционности зрительной системы равно 57,20 мс, среднее квадратическое отклонение - 1,90 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 4,30 мс.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить время инерционности зрительной системы человека.

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 / Сер. Физиология человека и животных. Проблемы современной психофизиологии. - М.: ВИНИТИ. - 1989. - Т. 35. - 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. 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.

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

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

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5