Способ определения лабильности зрительной системы человека

Изобретение относится к медицине и медицинской технике. Предъявляют испытуемому последовательности парных световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. На первом этапе длительность межимпульсного интервала в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один. На втором этапе длительность межимпульсного интервала в паре увеличивают с постоянной скоростью 2 мс/с, до субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре. На третьем этапе длительность межимпульсного интервала в паре уменьшают дискретно с шагом 0,1 мс, до момента субъективного слияния двух импульсов. Длительность межимпульсного интервала в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор. На четвертом этапе предъявляют ритмическую последовательность световых импульсов, равной 50 мс, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с шагом 0,1 мс, до субъективного слияния световых импульсов. Длительность межимпульсного интервала в данный момент времени принимают за критическую длительность межимпульсного интервала t_кр. Лабильность зрительной системы (F) принимают равной значению частоты следования ритмических световых импульсов в Гц:

F=1/(τ_имп+t_кр),

где τ_имп - длительность светового импульса в сек; t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в сек, определенная на четвертом этапе измерений. Способ повышает достоверность определения значений лабильности зрительной системы, что достигается за счет ее определения при ритмическом раздражении. 4 ил.

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения лабильности зрительной системы человека.

Известен способ определения лабильности с помощью критической частоты слияния световых мельканий (КЧСМ). Максимальная частота ритмических раздражений (Гц), при которой испытуемый перестает различать пульсацию световых сигналов и начинает различать их при постепенном уменьшении частоты мельканий от максимальной до минимальной, служит мерой оценки лабильности. Для каждого испытуемого получают усредненные показатели КЧСМ в 10 пробах с исчезновением и в 12 пробах с появлением способности различать пульсацию световых сигналов [1].

Недостатком способа является низкая точность определения лабильности, обусловленная отсутствием четкого перехода от различения световых мельканий к их слиянию [2].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения лабильности зрительной системы путем предъявления испытуемому последовательности парных световых импульсов заданной длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 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, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования световых импульсов в Гц:

F=1/(τ_имп+t_пор),

где τ_имп - длительность светового импульса;

t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, определенная на третьем этапе измерений [3].

Недостатком способа является недостоверное определение лабильности. В данном способе используется последовательность парных световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом, повторяющихся через постоянный временной интервал. Такая последовательность парных световых импульсов не является ритмическим раздражением, поэтому лабильность, определенная по данному способу, не соответствует принятой мере лабильности как максимальной частоте реакций, которую орган может воспроизводить в точном соответствии с ритмом применяемых раздражений [4], то есть при их ритмическом предъявлении.

Технический результат предлагаемого способа определения лабильности зрительной системы человека заключается в повышении достоверности оценки за счет ее определения при ритмическом раздражении.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с 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 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 постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор, причем новым является то, что на четвертом этапе измерений испытуемому предъявляют ритмическую последовательность световых импульсов той же длительности, равной 50 мс, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, затем длительность межимпульсного интервала между ритмическими световыми импульсами уменьшают дискретно с постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния световых импульсов, длительность межимпульсного интервала между ритмическими световыми импульсами в данный момент времени принимают за критическую длительность межимпульсного интервала t_кр, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования ритмических световых импульсов в Гц:

F=1/(τ_имп+t_кр),

где F - лабильность зрительной системы человека;

τ_имп - длительность светового импульса в сек;

t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в сек, определенная на четвертом этапе измерений.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения лабильности зрительной системы человека на первом - третьем этапах измерений.

На фиг.2 представлена временная диаграмма ритмической последовательности световых импульсов, предъявляемых для определения лабильности зрительной системы человека на четвертом этапе измерений.

На фиг.3 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами при определении лабильности зрительной системы человека.

На фиг.4 представлены временные диаграммы двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, предъявляемых для определения лабильности зрительной системы человека на первом - третьем этапах измерений, и вызываемых ими зрительных ощущений,

где - фиг.4,а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;

- фиг.4,б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.4,а;

- фиг.4,в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;

- фиг.4,г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.4,в;

- τ₁ - время зрительного ощущения - время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [5, 6] (фиг.4,б,г);

- τ₂ - время восстановления - время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [5, 6] (фиг.4,б,г).

Предлагаемый способ определения лабильности зрительной системы человека осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительности τ_имп, равной 50 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_{н мии}, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.3, интервал времени 0-T₁).

На первом этапе измерений длительность начального межимпульсного интервала t_{н мии} между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью V₁, равной 20 мс/с (фиг.3, интервал времени Т₁-Т₂), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.3, момент времени Т₂).

На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре увеличивают с постоянной скоростью V₂, равной 2 мс/с (фиг.3, интервал времени Т₃-Т₄), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени Т₄).

На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс (фиг.3, интервал времени Т₅-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.3, момент времени Т₆). Длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре в момент времени Т₆ принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор.

На четвертом этапе измерений испытуемому предъявляют ритмическую последовательность световых импульсов длительности t_имп, равной 50 мс, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор (фиг.2; фиг.3, интервал времени Т₆-Т₇).

Затем длительность межимпульсного интервала t_мии между ритмическими световыми импульсами уменьшают дискретно с постоянным шагом 0,1 мс (фиг.3, интервал времени Т₇-Т₈), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния световых импульсов (фиг.3, момент времени Т₈). Длительность межимпульсного интервала между ритмическими световыми импульсами в момент времени T₈ принимают за критическую длительность межимпульсного интервала t_кр, которую фиксируют в момент времени Т₉ (фиг.3).

Лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования световых импульсов в Гц:

F=1/(τ_имп+t_кр),

где F - лабильность зрительной системы человека;

τ_имп - длительность светового импульса в сек;

t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в сек, определенная на четвертом этапе измерений.

Лабильность зрительной системы человека обусловлена ее инерционностью, то есть наличием времени зрительного ощущения τ₁ и времени восстановления τ₂.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ_имп>τ₁, разделенных межимпульсным интервалом t_мии>t_пор (фиг.4,а), у него возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.4,б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t_мии между двумя световыми импульсами до значения t_мии=t_пор (фиг.4,в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.4,г).

Во время действия светового стимула рецептивные поля (РП) нейронов претерпевают три фазы перестройки. Во время первой фазы длительностью порядка 10 мс происходит пространственно-временное накопление сигналов и формирование зоны возбуждения РП. Во время второй фазы длительностью от 50 до 60 мс, зависящей от параметров стимула, вследствие взаимодействия возбудительных и тормозных процессов протекает процесс сужения зоны суммации РП. В течение третьей фазы перестройки происходит расширение зон суммации РП и их функциональная дезорганизация. Нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [7]. Так как вторая фаза формирования РП нейрона заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула, длительность световых импульсов принята равной 50 мс. За это время возбудительные и тормозные процессы в РП нейронов будут сформированы.

Исчезновение РП нейронов приходится на период от 100 до 200 мс после предъявления светового стимула [8]. Поэтому два световых импульса будут ощущаться раздельными, если второй световой импульс предъявляется через 100-200 мс после начала предъявления первого светового импульса. Тогда общая длительность светового импульса и межимпульсного интервала должна быть τ_имп+t_мии≥(100…200) мс.

При длительности светового импульса τ_имп=50 мс начальная длительность межимульсного интервала должна быть t_{н мии}≥(50…150)мс и принята равной 150 мс.

Восприятие зрительного стимула затрудняется в условиях обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени стимула вследствие предъявления второго стимула в непосредственной пространственно-временной близости с первым. Показано существование не только эффекта обратной, но и прямой маскировки, при которой первый стимул влияет на качество восприятия второго [9]. При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [10]. Для устранения эффекта маскировки на первом-третьем этапах измерений последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.

Для определения лабильности как максимальной частоты реакций на ритмические раздражения необходимо использовать не парные световые импульсы, повторяющиеся через постоянный временной интервал, а ритмическую последовательность световых импульсов. Сумма длительности светового импульса τ_имп и длительности критического межимпульсного интервала t_кр между ритмическими световыми импульсами, при котором достигается субъективное ощущение слияния световых импульсов, определяет значение периода, выше которого зрительная система может ощущать ритмические световые импульсы в точном соответствии с их ритмом.

При этом за лабильность зрительной системы человека принимается частота следования световых импульсов в Гц:

F=1/(τ_имп+t_кр),

где F - лабильность зрительной системы человека;

τ_имп - длительность светового импульса в сек;

t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в сек.

Таким образом, заявляемый способ определения лабильности зрительного системы человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому З., 20 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые мелькания, предъявили последовательность парных световых импульсов длительности τ_имп, равной 50 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности

t_{н мии}, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.3, интервал времени 0-Т₁).

В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Уменьшение быстрое", "Увеличение медленное", "Уменьшение дискретное" и "Измерение".

При наличии сигнала с кнопки "Уменьшение быстрое" компьютер уменьшал длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре со скоростью V₁, равной 20 мс/с, при наличии сигнала с кнопки "Увеличение медленное" увеличивал со скоростью V₂, равной 2 мс/с, при наличии сигнала с кнопки "Уменьшение дискретное" уменьшал дискретно с шагом 0,1 мс, при наличии сигнала с кнопки "Измерение" фиксировал длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами, вычислял значение лабильности зрительной системы, выводил значение лабильности на экран монитора, заносил результат измерений в архив и предъявлял заданную последовательность световых импульсов.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение быстрое" (фиг.3, интервал времени T₁-T₂), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.3, момент времени Т₂).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Увеличение медленное" (фиг.3, интервал времени Т₃-Т₄), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени Т₄).

На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение дискретное" (фиг.3, интервал времени Т₅-Т₆), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один и подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.3, момент времени Т₆).

Компьютер зафиксировал длительность порогового межимпульсного интервала t_пор между световыми импульсами в паре.

На четвертом этапе измерений испытуемому предъявили ритмическую последовательность световых импульсов длительности τ_имп, равной 50 мс, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор (фиг.2; фиг.3, интервал времени Т₆-Т₇).

Затем испытуемый, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение дискретное" (фиг.3, интервал времени Т₇-Т₈), определил момент субъективного слияния световых импульсов (фиг.3, момент времени Т₈), затем подал сигнал с кнопки "Измерение" (фиг.3, момент времени Т₉).

Компьютер зафиксировал длительность критического межимпульсного интервала t_кр между световыми импульсами в паре, равную 0,0017 сек, вычислил значение лабильности зрительной системы человека по формуле:

F=1/(τ_имп+t_кр)=19,34 Гц,

где F - лабильность зрительной системы человека;

τ_имп - длительность светового импульса в сек;

t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в сек.

Далее компьютер вывел значение лабильности зрительной системы человека на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальную последовательность парных световых импульсов.

В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемый выполнил серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения лабильности зрительной системы испытуемого в Гц: 19,34; 19,32; 19,27; 19,30; 19,32; 19,34; 19,36; 19,31; 19,34; 19,39. Среднеарифметическое измеренных значений лабильности зрительной системы равно 19,33 Гц, среднеквадратическое отклонение - 0,033 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,074 Гц.

В результате серии из 10 измерений по оценке лабильности зрительной системы человека, выполненных испытуемым по известному способу [3], получены следующие значения лабильности в Гц: 15,02; 15,07; 15,01; 15,00; 15,03; 15,08; 15,05; 15,11; 15,07; 15,05. Среднеарифметическое измеренных значений лабильности зрительной системы равно 15,05, среднеквадратическое отклонение - 0,034 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,074 Гц.

Таким образом, предлагаемый способ определения лабильности зрительной системы человека позволяет повысить достоверность оценки лабильности. Предлагаемая оценка соответствует принятой мере лабильности как максимальной частоте реакций, которую орган (зрительная система) может воспроизводить в точном соответствии с ритмом применяемых раздражений, то есть при их ритмическом предъявлении.

Источники информации

1. Макаренко Н.В. Критическая частота световых мельканий и переделка двигательных навыков // Физиология человека. - 1995. - Т.21, №3. - С.13-17.

2. Роженцов В.В. Измерение дифференциальной чувствительности зрения к частоте световых мельканий // Проектирование и технология электронных средств. - 2005. - №2. - С.50-53.

3. Патент 2251959 РФ, МПК А61В 3/10. Способ определения лабильности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, М.Т.Алиев, А.Г.Масленников, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 20.05.2005, Бюл. №14.

4. Введенский Н.Е. Возбуждение, торможение и наркоз / И.М.Сеченов, И.П.Павлов, Н.Е.Введенский. Избранные труды. Т.2. Физиология нервной системы. М.: Наука, 1952. - 602 с.

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

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

9. 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.

10. 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 лабильности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому последовательности парных световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с 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 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 шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор, отличающийся тем, что на четвертом этапе измерений испытуемому предъявляют ритмическую последовательность световых импульсов той же длительности, равной 50 мс, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, затем длительность межимпульсного интервала между ритмическими световыми импульсами уменьшают дискретно с шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния световых импульсов, длительность межимпульсного интервала между ритмическими световыми импульсами в данный момент времени принимают за критическую длительность межимпульсного интервала t_кр, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования ритмических световых импульсов, Гц:
F=1/(τ_имп+t_кр),
где F - лабильность зрительной системы человека, τ_имп - длительность светового импульса, с; t_кр - критическая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами, с, определенная на четвертом этапе измерений.