Устройство для исследования времени инерционности зрительной системы человека
Владельцы патента RU 2307588:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для исследования зрительной системы человека. Устройство содержит генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, генератор серии из пяти импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, счетчик, формирователь интервала времени, первый источник света, второй источник света, блок индикации, первый ключ для уменьшения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ для увеличения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 5 мс. Изобретение позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы, при этом не требуется применения сложного оборудования. 4 ил.
Изобретение относится к медицине и предназначено для исследования времени инерционности зрительной системы человека.
Известно устройство для экспериментального исследования времени инерции зрительной системы, содержащее маятник, задающий время экспозиции марки и набора контрастных фильтров [1]. На данном устройстве измеряют пороговый контраст е для какого-нибудь объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах Kn, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст Кэ до порога видимости подбором времени экспозиции t, задаваемого амплитудой качания маятника. За время инерционности зрительной системы принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления и при времени экспозиции t<0.01 определяется по формуле:
q=Knt/e.
Недостатками устройства являются его сложность, необходимость использования сложного оборудования, использование механического принципа задания времени экспозиции, что снижает точность определения времени инерции.
Известно устройство для исследования пропускной способности зрительного анализатора человека на базе малой ЭЦВМ ПРОМИНЬ-М, включающее цифровое табло, блоки управления им, устройство задержки (ПП9-2м), блоки анализа точности приема цифрового сигнала и блок памяти [2]. В качестве тестовых сигналов используют числа, предъявляемые на цифровых лампах ИН-1 на табло ЭЦВМ каждые 7 с. На табло демонстрируют первое число из цифрового массива с заданным до эксперимента временем экспозиции, по истечении которого на табло появляется стирающее изображение. Испытуемый распознает каждое число и набирает его на клавиатуре. Программа диспетчер сопоставляет это число с набранным на клавиатуре испытуемым. Ошибка и время экспозиции, при котором она была допущена, фиксируется.
Время распознавания, то есть время, необходимое на узнавание изображения, зависит от параметров инерционности зрительной системы и определяется временем восприятия зрительной информации [3, 4].
Недостатком устройства является его сложность и большая продолжительность эксперимента, что приводит к утомлению зрительной системы и уменьшению точности измерений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент И, элемент ИЛИ, счетчик, пульт управления, источник света и блок индикации, причем выход элемента И соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первый выход пульта управления соединен с первым входом источника света, выход первого одновибратора соединен с вторым входом счетчика, второй вход блока индикации соединен с вторым выходом пульта управления, выход генератора миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента И, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен со вторым входом элемента И и со входом третьего одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом источника света, третий выход пульта управления соединен со вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса [5].
Недостатком устройства является отсутствие возможности исследовать время инерционности зрительной системы человека при одновременном предъявлении световых импульсов.
Время инерционности зрительной системы человека при одновременном предъявлении двух световых импульсов равно значению времени задержки регулируемого по длительности импульса относительно начала эталонного, постоянного по длительности, в момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются не одновременно [6].
Заявляемое устройство позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы. При этом не требуется применения сложного оборудования.
В предлагаемом изобретении в устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, источник света, блок индикации и счетчик, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход счетчика соединен со входом блока индикации, дополнительно введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй источник света, первый ключ для уменьшения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ для увеличения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 5 мс, генератор серии из пяти импульсов и формирователь интервала времени, причем выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора и с первым входом формирователя интервала времени, второй вход которого соединен с выходом счетчика, третий вход - с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом первого источника света, а второй вход с выходом второго одновибратора, выход которого соединен с входом второго источника света, выход первого ключа соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен со вторым входом счетчика.
Заявляемое устройство благодаря введению второго источника света, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первого и второго ключа, генератора серии из 5 импульсов и формирователя интервала времени позволяет:
- исследовать инерционность зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых импульсов;
- уменьшить продолжительность эксперимента за счет одновременного предъявления световых стимулов;
- уменьшить утомление зрительной системы путем снижения продолжительности эксперимента;
- проводить исследования без использования сложного оборудования.
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 работы устройства.
На фиг.3 представлены последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.3а - временная диаграмма эталонного светового импульса длительностью tимп=80 мс; фиг.3б - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, задержанного относительно эталонного на время tзад; фиг.3в - временная диаграмма регулируемого по длительности импульса, задержанного относительно времени предъявления эталонного на пороговое время tзад.пор, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы начинаются не одновременно.
На фиг.4 представлена временная диаграмма изменения времени задержки предъявления регулируемого по длительности светового импульса относительно времени предъявления эталонного.
Заявляемое устройство содержит генератор 1 секундных импульсов, генератор 2 миллисекундных импульсов, первый 3 одновибратор, второй 4 одновибратор, третий 5 одновибратор, генератор 6 серии из пяти импульсов, элемент 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, счетчик 8, формирователь 9 интервала времени, первый источник 10 света, второй источник 11 света, блок 12 индикации, первый ключ 13 для уменьшения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ 14 для увеличения регулируемой задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 5 мс.
Генератор 1 секундных импульсов предназначен для формирования последовательности импульсов с частотой 1 Гц, обеспечивающих заданное время повторения парных тестовых импульсов, и может быть выполнен по известной схеме.
Генератор 2 миллисекундных импульсов предназначен для формирования счетных импульсов с частотой 1 кГц, обеспечивающих точность измерения, равную 1 мс, и может быть выполнен по известной схеме.
Первый 3 одновибратор предназначен для формирования импульса заданной длительности, равной 80 мс. Второй 4 одновибратор с регулируемой длительностью импульса предназначен для формирования регулируемой задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного в пределах 5-150 мс. Третий 5 одновибратор предназначен для устранения «звона» контактов первого ключа 13 путем выработки импульса длительностью, большей времени «звона» контактов. Одновибраторы 3, 4, 5 могут быть выполнены, например, с использованием микросхемы К155АГ1, которая может запускаться как по переднему, так и по заднему фронтам поступающих импульсов, по схеме [7, рис.4.20, с.216].
Формирователь 9 интервала времени предназначен для формирования регулируемой задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного в пределах 5-150 мс и может быть выполнен, например, по схеме [8, рис.7.48а, стр.265].
Генератор 6 серии из пяти импульсов может быть выполнен, например, аналогично генераторам 7 и 8 а.с. 1309062 СССР по схеме [9].
Счетчик 8 выполнен реверсивным и предназначен для определения регулируемой задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного с точностью 1 мс.
Источники 10 и 11 света предназначены для предъявления световых импульсов и выполнены, например, на светодиодах АЛС307ЕМ.
Индикаторы на блоке 12 индикации предназначены для отображения величины регулируемой задержки предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного и могут быть выполнены, например, на индикаторах типа АЛС333А.
Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны.
Устройство работает следующим образом. При включении питания реверсивный счетчик 8 обнуляется, схема формирователя 9 интервала времени и генератор 6 серии из пяти импульсов устанавливается в исходное состояние (цепи не показаны). Генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы с частотой 1 Гц (фиг.2а), поступающие на вход одновибратора 3, который по переднему фронту каждого импульса вырабатывает короткий импульс (фиг.2б), запускающий формирователь 9 интервала времени и одновибратор 4, вырабатывающий импульс заданной длительности, равной 80 мс (фиг.2в), который поступает на второй источник 11 света и элемент 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Реверсивный счетчик 8 обнулен, на инверсном выходе формирователя 9 интервала времени уровень логического нуля, на выходе элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ импульс, аналогичный импульсу на выходе одновибратора 4 (фиг.2в), который поступает на первый источник 10 света.
На первом этапе (фиг.4, интервал времени T0-T1) испытуемый нажимает ключ 14, генератор 6 вырабатывает пачку из пяти импульсов, которые поступают на счетный вход сложения реверсивного счетчика 8, суммируются, результат счета поступает на формирователь 9 интервала времени и отображается в блоке 12 индикации. На инверсном выходе формирователя 9 формируется импульс длительностью 5 мс (фиг.2г), поступающий на вход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выхода которого импульс, задержанный относительно импульса на выходе одновибратора 4 на 5 мс (фиг.2д), поступает на первый источник 10 света. В результате испытуемому предъявляются с периодом, равным 1 с, пары световых импульсов, у которых начало регулируемого по длительности импульса, поступающего на первый 10 источник света, задержано относительно начала импульса, поступающего на второй 11 источник света, на 5 мс. Далее испытуемый нажимает ключ 14 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный световые импульсы начинаются не одновременно.
На втором этапе (фиг.4, интервал времени T1-T2) испытуемый нажимает ключ 13, одновибратор 5 вырабатывает импульс, который поступает на счетный вход вычитания реверсивного счетчика 8, вычитается, результат счета поступает на формирователь 9 интервала времени и отображается в блоке 12 индикации. На инверсном выходе формирователя 9 формируется импульс меньшей на 1 мс длительности, поступающий на вход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выхода которого импульс, задержанный относительно импульса на выходе одновибратора 4 на меньшую на 1 мс длительность, поступает на первый источник 10 света. В результате испытуемому предъявляются периодически одновременно два световых импульса, у которых начало импульса, поступающего на первый 10 источник света, задержано относительно начала импульса, поступающего на второй 11 источник света, на меньшую на 1 мс длительность. Далее испытуемый нажимает ключ 13 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются одновременно.
Время задержки начала импульса, поступающего на первый 10 источник света, относительно начала импульса, поступающего на второй 11 источник света, в этот момент принимается равным времени инерционности зрительной системы, которое отображается на индикаторах блока 12 индикации в мс.
Для исследования инерционности зрительной системы, испытуемому предъявляют последовательность пар импульсов длительностью tимп, повторяющихся через временной интервал Т. 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 [10], длительность эталонного импульса принята равной 80 мс.
Временной интервал Т выбирается из условия исключения влияния эффекта маскировки. Маскировка заключается 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 [11]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [12]. Для устранения эффекта маскировки последовательность пар световых импульсов предъявляется через постоянный временной интервал 1 с.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы. При этом не требуется применения сложного оборудования.
Источники информации
1. Луизов А.В. Глаз и свет. - Л.: Энергия, 1983. - 140 с.
2. Мещеряков В.А., Шабаев В.В., Казановская И.А. Методика автоматической тахистоскопии с обратной связью // Физиология человека. - 1977. - Т.3. - №3. - С.549-552.
3. Иваницкий А.М. Мозговые потенциалы при мыслительных операциях разной степени сложности // Физиология человека. - 1989. - Т.15. - №3. - С.11-18.
4. Стрелец В.Б. Нарушение физиологических механизмов восприятия, эмоций и мышления при некоторых видах психической патологии // Физиология человека. - 1989. - Т.15. - №3. - С.135-144.
5. Патент 2220656 РФ, МПК7 А61В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека / В.В. Роженцов, И.В. Петухов // Б.И. - 2004. - №1.
6. Патент 2262293 РФ, МПК7 А61В 3/02. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека. / Петухов И.В., Лежнин А.В., Роженцов В.В. - Опубл. 20.10.2005, Бюл. №29.
7. Расчет элементов цифровых устройств: Учеб. пособие / Л.Н. Преснухин, Н.В. Воробьев, А.А. Шишкевич; Под ред. Л.Н. Преснухина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1991. - 526 с.
8. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992. - 336 с.
9. Авторское свидетельство 1309062 СССР, G07С 1/22. Устройство для судейства спортивной игры / Б.Ф. Лаврентьев, В.В. Роженцов. - Опубл. 07.05.87, Бюл. №17.
10. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. - Т.23. - №2. - С.68-79.
11. 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.
12. 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.
Устройство для исследования времени инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, источник света, блок индикации и счетчик, выход генератора секундных импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход счетчика соединен с входом блока индикации, отличающееся тем, что оно содержит элемент Исключающее ИЛИ, второй источник света, первый ключ для уменьшения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ для увеличения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого на 5 мс, генератор серии из пяти импульсов и формирователь интервала времени, причем выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора и с первым входом формирователя интервала времени, второй вход которого соединен с выходом счетчика, третий вход - с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом первого источника света, а второй вход с выходом второго одновибратора, выход которого соединен с входом второго источника света, выход первого ключа соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен со вторым входом счетчика.
