Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека
Владельцы патента RU 2342062:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к медицине и предназначено для определения времени возбуждения зрительного анализатора человека. Испытуемому с использованием 10 светодиодов предъявляют последовательности парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. На первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным 1 мс. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку. На втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку. На третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,1 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности межимпульсного интервала, принимаемое за оценку времени возбуждения зрительного анализатора человека. Способ позволяет уменьшить время измерений и может быть использован при проведении массовых обследований. 3 табл., 3 ил.
Изобретение относится к медицине и предназначено для определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.
Известен способ определения порогового времени, необходимого для узнавания предъявляемых изображений, с использованием тахистоскопа [1].
Известен способ определения длительности протекания фотохимических процессов в рецепторах сетчатки человека, основанный на оценке различий в латентном периоде простой сенсомоторной реакции испытуемого на адекватные (диффузная вспышка света) и неадекватные (электрическая стимуляция - «фосфены») световые стимулы. Перед началом опытов адекватные и неадекватные световые стимулы выравниваются по «субъективной яркости» [2].
Недостатком способов являются длительность исследования, невозможность определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, причем на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений [3].
Недостатком способа является длительность процедуры измерений для определения времени возбуждения зрительного анализатора человека.
Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека позволяет уменьшить время измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.
Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательности парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, отличается тем, что последовательности парных световых импульсов предъявляют одновременно с использованием 10 светодиодов, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок, причем на первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным 1 мс, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,1 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности межимпульсного интервала, принимаемое за оценку времени возбуждения зрительного анализатора человека.
На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения времени возбуждения зрительного анализатора, где τимп - длительность импульса; tмии - длительность межимпульсного интервала; 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 τимп, разделенных межимпульсным интервалом tмии, и вызываемых ими зрительных ощущений, где:
- фиг.3а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом tмии, 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 пороговым межимпульсным интервалом 1пор, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;
- фиг.3г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3в;
- τon - время возбуждения on-системы зрительного анализатора - время суммации on-системы, необходимое для возникновения зрительного ощущения начала стимула, то есть время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [4, 5, 6] (фиг.3б);
- τoff - время возбуждения off-системы зрительного анализатора - время суммации off-системы, необходимое для возникновения зрительного ощущения окончания стимула (фиг.3б).
- Предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют последовательности парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, одновременно с использованием 10 светодиодов, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок.
На первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным 1 мс. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.
На втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,5 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.
На третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один. На каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,1 мс. Испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности межимпульсного интервала, принимаемое за оценку времени возбуждения зрительного анализатора человека.
Известно, что в зрительном анализаторе on- и off-системы, формирующие соответственно сигнал о появлении и окончании светового стимула, функционируют независимо друг от друга [7, 8], а их динамика сходна [9]. Это позволяет определить время возбуждения зрительного анализатора, то есть on-системы, по равному ему времени возбуждения off-системы.
При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τимп>τon, разделенных межимпульсным интервалом tмии>tпор (фиг.3а), off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.3б).
При уменьшении длительности межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния 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 [10]. Поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала tмии между двумя световыми импульсами до значения tмии=tпор (фиг.3в) off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса не успевает возбудиться и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г).
Длительность порогового межимпульсного интервала tпор между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один, определяет пороговое значение времени возбуждения off-системы или равного ему порогового значения времени возбуждения on-системы зрительного анализатора.
Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле (РП) нейрона небольшого размера. Затем регистрируемое РП расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение регистрируемого РП нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [9]. После исчезновения РП нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [11], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.
Экспериментально установлено, что время возбуждения зрительного анализатора для здорового человека находится в пределах от 5 до 19 мс [12], поэтому межимпульсный интервал между световыми импульсами в паре на первом этапе измерений принят для светодиодов с запасом от 1 до 46 мс. Шаг увеличения межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами в паре для последующего диода по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего диода на третьем этапе измерений равен 0,1 мс, так как точность отсчета время возбуждения зрительного анализатора принята равной 0,1 мс [3].
При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [13]. Для устранения эффекта маскировки последовательности парных световых импульсов повторяются через постоянный временной интервал 1 с.
Заявляемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека позволяет уменьшить время измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.
Таким образом, заявляемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.
Пример.
Испытуемому П., 19 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на светодиоды HL1-HL10 пульта испытуемого импульсы, предъявили одновременно на все светодиоды последовательности парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. В процессе измерений через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавался на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, после чего компьютер фиксировал значение межимпульсного интервала, соответствующее нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.
На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом, значения которых приведены в таблице 1
| Таблица 1 | ||||||||||
| № светодиода | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Межимпульсный интервал, мс | 1 | 6 | 11 | 16 | 21 | 26 | 31 | 36 | 41 | 46 |
Испытуемый определил светодиод HL4, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA4, на что потратил З с.
На втором этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом, значения которых приведены в табл.2.
| Таблица 2 | ||||||||||
| № светодиода | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Межимпульсный интервал, мс | 16,0 | 16,5 | 17,0 | 17,5 | 18,0 | 18,5 | 19,0 | 19,5 | 20,0 | 20,5 |
Испытуемый определил светодиод HL8, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA8, на что потратил 4 с.
На третьем этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом, значения которых приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||||
| № светодиода | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Межимпульсный интервал, мс | 19,5 | 19,6 | 19,7 | 19,8 | 19,9 | 20,0 | 20,1 | 20,2 | 203 | 20,4 |
Испытуемый определил светодиод HL3, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA3, на что потратил 5 с. Компьютер вывел значение межимпульсного интервала на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальные последовательности парных световых импульсов. В результате испытуемый определил пороговое значение межимпульсного интервала, равное 19,7 мс, принимаемое за оценку времени возбуждения зрительного анализатора человека, потратив на это 12 с.
При определении времени возбуждения зрительного анализатора человека по известному способу [3] испытуемый потратил 25 с, то есть на 13 с больше.
Для оценки достоверности уменьшения времени измерений проведена оценка времени возбуждения зрительного анализатора человека по предложенному способу и по известному способу [3] в группе из 10 испытуемых, каждый из которых определил время возбуждения зрительного анализатора каждым способом. Уменьшение времени измерений при определении времени возбуждения зрительного анализатора по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило от 10 до 16 с.
Таким образом, предлагаемый способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека позволяет уменьшить время измерений и может применяться при массовых обследованиях.
Источники информации
1. Кроль В.М., Таненгольц Л.И. Время узнавания, пороговое время предъявления и длительность маскирования изображений // Физиология человека. - 1976. - Т. 2. - № 4. - С.566-570.
2. Bucik Yalentin. An attempt at determination of the chemical processing time in retina by subjective equalizahon of stimulus intensity // Rev. psihol. - 1990. - V. 20. - № 1-2. - P. 11-17.
3. Патент 2231293 РФ, МПК7 A 61 В 5/16. Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека / В.В. Роженцов, М.Т. Алиев (РФ). - Опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18.
4. Роженцов В.В., Петухов И.В. Определение времени ощущения зрительной системы человека // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Матер. II междунар. научн.-практич. конф. / Юж.-Рос.госуд. технич. ун-т (НПИ) - Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2001. - Ч. 4. - С.12-14.
5. 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.
6. Семеновская Е.Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. - М.: Медгиз, 1963. - 279 с.
7. Супин А.Я. Нейронные механизмы зрительного анализа. - М.: Наука, 1974. - 192 с.
8. Глезер В. Д. Зрение и мышление. Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.
9. Шевелев И. А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. - Т. 23. - №2. - С.68-79.
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.561-566.
11. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы. - Л.: Наука, 1979. - 158 с.
12. Роженцов В.В., Алиев М.Т. Время ощущения зрительного анализатора человека // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2005. - № 3 (39). - С.20-23.
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.
Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, включающий предъявление испытуемому последовательности парных световых импульсов длительностью, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, отличающийся тем, что последовательности парных световых импульсов предъявляют одновременно с использованием 10 светодиодов, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок, причем на первом этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным 1 мс, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,5 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку; на третьем этапе измерений на первый светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, равным межимпульсному интервалу светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, на каждый последующий светодиод подают последовательность парных световых импульсов с межимпульсным интервалом, увеличенным по сравнению с межимпульсным интервалом предыдущего светодиода на 0,1 мс, испытуемый определяет светодиод с наибольшим номером, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в паре в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности межимпульсного интервала, принимаемое за оценку времени возбуждения зрительного анализатора человека.
