Способ определения времени восстановления зрительного анализатора

УДК 612.84.001.8

В. В. Роженцов

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА

Аннотация. Предложен способ определения времени восстановления зрительного анализатора человека путем одновременного предъявления последовательностей парных световых импульсов с использованием 10 светодиодов. По результатам экспериментальных исследований, время одного измерения с использованием 10 светодиодов по сравнению с использованием одного светодиода уменьшается по группе из 10 испытуемых в среднем от 10 до 19 с.

Ключевые слова: зрительный анализатор, время восстановления, способ определения.

Abstract. Method of determining human’s visual analyzer recovery time by simultaneous presentation of pared pulses sequences using 10 sources of light. According to the results of experimental studies, duration reduction of one measurement using 10 sources of light compared with using a single source of light in a group of 10 probationers is on an average of 10 to 19 sec.

Keywords: visual analyzer, recovery time, method of determining.

Введение

Зрительная система является одной из наиболее важных сенсорных систем человека, поставляющей более 90 % информации и участвующей в процессе восприятия окружающего мира. Работоспособность зрительного анализатора определяет не только биологическую выживаемость человека, но и его трудовую и социальную активность. Она характеризуется многочисленными параметрами, одним из которых является ее инерционность, обусловленная наличием времени ощущения и времени восстановления (ВВ).

Между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения проходит некоторое время, обозначаемое как время ощущения. В свою очередь, зрительное ощущение не исчезает с прекращением воздействия света на сетчатку, время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения обозначается как ВВ (рис. 1) [1-2].

В настоящее время для исследования временных параметров восприятия и переработки зрительной информации используются электрофизиоло-гические и психофизиологические методы. Электрофизиологические методы исследования являются объективными методами получения информации, однако не лишены определенных недостатков, связанных в основном с получением, обработкой и интерпретацией результатов измерений [3]. Психофизиологические методы являются субъективными, но в то же время отличаются удобством и комфортностью для испытуемого, не требуют применения сложного дорогостоящего оборудования и длительного подготовительного периода перед проведением исследований, обладают обширными диагностическими возможностями. Психофизиологические методы позволяют исследовать взаимосвязь между деятельностью человека и его функциональным состоянием [4], они актуальны в связи со следующими обстоятельствами [5]:

- психофизиологическое состояние человека связано с функционированием организма как биосистемы в целом;

- изменение психофизиологического состояния является первым и чувствительным индикатором изменений, происходящих в организме при различных воздействиях.

Рис. 1 Временные диаграммы светового импульса и его зрительного ощущения: а - временная диаграмма светового импульса; б - временная диаграмма зрительного ощущения светового импульса, представленного на диаграмме «а»; t - длительность светового импульса; т1 - время ощущения; т2 - ВВ

Целью работы является разработка психофизиологического метода определения ВВ, позволяющего уменьшить время исследований.

1 Способ определения времени восстановления

Ранее для определения ВВ предложен психофизиологический способ [6], заключающийся в предъявлении испытуемому с использованием одного источника парных световых импульсов длительностью t, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом (МИИ) т, повторяющихся через постоянный интервал времени Т, как показано на рис. 2.

п п

1 / , 7 X

/ ч \ ч

Рис. 2 Временная диаграмма парных световых импульсов

Временные диаграммы предъявляемых парных световых импульсов и их ощущений представлены на рис. 3.

Однако способ определения ВВ с использованием одного источника занимает длительное время, что ограничивает его использование при массовых обследованиях или при велоэргометрии с целью диагностики утомления или работоспособности. Для уменьшения времени определения ВВ предложено предъявлять испытуемому парные световые импульсы одновременно с использованием 10 источников, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок 541-5410 (рис. 4) [7].

Рис. 3 Временные диаграммы парных световых импульсов и их ощущений: а - временная диаграмма парных световых импульсов, разделенных МИИ, вызывающим зрительное ощущение раздельности импульсов; б - временная диаграмма зрительного ощущения световых импульсов, представленных на диаграмме «а»; в - временная диаграмма парных световых импульсов, разделенных МИИ длительностью тпор, вызывающим зрительное ощущение слияния двух световых импульсов в один; г - временная диаграмма зрительного ощущения световых импульсов, представленных на диаграмме «в»

<8> 0 0 <Е> 0 0

0 0

ооооооооо

о

&41 БЛ2 &43 5/14 БА5 ЗА 6 ЗА7 5Л9 ^10

Рис. 4 Расположение пар светодиодов и соответствующих кнопок

На первом этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным 5 мс. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 5 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.

На втором этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным МИИ источника, определенного на первом этапе испытуемым как источник, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 0,5 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.

На третьем этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным МИИ источника, определенного на втором этапе испытуемым как источник, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых им-

пульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 0,1 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности порогового МИИ тпор, которая принимается за значение ВВ.

2 Результаты исследований и их обсуждение

В обследовании приняли участие 10 предварительно обученных испытуемых в возрасте от 18 до 22 лет с нормальным или скорректированным зрением, которые выполнили две серии измерений ВВ. В первой серии измерений для пяти испытуемых световые импульсы предъявлялись с использованием одного источника, во второй серии измерений - с использованием 10 источников. Для других пяти испытуемых порядок выполнения серий измерений был обратным. Число измерений в каждой серии в соответствии с рекомендациями [8] равнялось 10.

Измерения выполнялись бинокулярно в помещении, оборудованном в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 [9] в первой половине дня с 9 до 12 ч с перерывами от 25 до 30 мин на отдых между сериями измерений. Источниками световых импульсов служили светодиоды желтого цвета диаметром 5 мм с силой света 3 мкд, размещаемые в районе ближней точки ясного видения. Формирование предъявляемых световых импульсов и вычисление ВВ выполнялись с использованием ПЭВМ Репйиш III.

На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности парных световых импульсов длительностью 50 мс, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 1.

Таблица 1

№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

МИИ, мс 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Один из испытуемых на первом этапе определил светодиод № 5, для которого ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку 545, на что потратил 3 с.

На втором этапе измерений компьютер выдал для этого испытуемого на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

МИИ, мс 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 27,5 28,0 28,5 29,0 29,5

Испытуемый определил светодиод № 7, для которого ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку 547, на что потратил 5 с.

На третьем этапе измерений компьютер выдал для этого испытуемого на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 3.

Таблица 3

№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

МИИ, мс 28,0 28,1 28,2 28,3 28,4 28,5 28,6 28,7 28,8 28,9

Испытуемый определил светодиод № 4, для которого субъективно ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку 544, на что потратил 6 с. В результате испытуемый определил значение ВВ, равное 28,3 мс, потратив на это 14 с. При определении ВВ с использованием одного светодиода испытуемый потратил 29 с, т.е. на 15 с или в два раза больше.

По результатам измерений вычислялись среднеарифметическое значение и среднеквадратическое отклонение значений ВВ в каждой серии измерений. Анализ результатов вычислений показал, что различие между индивидуальными значениями среднеарифметических значений и среднеквадратических отклонений, полученных испытуемыми в двух сериях измерений, статистически недостоверно.

Уменьшение времени измерений при определении ВВ с использованием 10 светодиодов по сравнению с определением с использованием одного светодиода по группе испытуемых составило для одного измерения в среднем от 10 до 19 с.

Процесс восприятия и переработки зрительной информации происходит с участием рецептивных полей нейронов и их совокупностей. Длительность световых импульсов задана равной 50 мс, т.к. процессы возбуждения и торможения в рецептивных полях нейронов, вызванные световой вспышкой, в соответствии с исследованиями И. А. Шевелева [10], к этому времени в основном сформированы.

Постоянный интервал повторения пар световых импульсов выбран из условия исключения явления маскировки между парами световых импульсов, которая заключается во влиянии зрительного восприятия предыдущей пары световых импульсов на зрительное восприятие последующей и наоборот. При межстимульном интервале, равным 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [11]. Для устранения эффекта маскировки период повторения пар световых импульсов принят равным 1 с.

Экспериментально установлено, что ВВ зрительного анализатора человека находится в пределах от 10 до 40 мс, поэтому длительность МИИ между двумя световыми импульсами в паре на первом этапе измерений принята для первого светодиода равной 5 мс, для десятого светодиода - 50 мс. Шаг увеличения длительности МИИ между двумя световыми импульсами для последующего диода по сравнению с длительностью МИИ предыдущего диода на третьем этапе измерений равен 0,1 мс, т.к. точность отсчета времени зрительного восприятия принята равной 0,1 мс.

При предъявлении парных световых импульсов с использованием одного светодиода испытуемый, как и в известном тесте определения критической частоты световых мельканий, решает перцептивную задачу [12]. Он отличает слившиеся в один два импульса в паре от различающихся, для чего обращается к кратковременной логико-смысловой памяти. Это обусловлено тем, что зрительная система не формирует внутри себя изображение, т.к. в ней отсутствует гомункулус, смотрящий на это изображение, а анализирует параметры элементов входного изображения [13].

В предложенном способе парные световые импульсы с различными МИИ предъявляются испытуемому с использованием 10 светодиодов одновременно. В этом случае испытуемый анализирует одновременно предъявляемые парные световые импульсы, определяет светодиод с пороговой длительностью МИИ, что не требует обращения к кратковременной логикосмысловой памяти. В результате время определения ВВ уменьшается.

Заключение

Предложен способ определения времени восстановления зрительного анализатора человека, пригодный для массового обследования или при вело-эргометрии с целью диагностики утомления или работоспособности. По результатам экспериментальных исследований время одного измерения с использованием 10 светодиодов по сравнению с использованием одного светодиода уменьшается по обследованной группе в среднем от 10 до 19 с.

Список литературы

1. Кравков, С. В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения / С. В. Кравков. - М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.

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

3. Татко, В. Л. Хронометрия процессов переработки информации человеком / В. Л. Татко // Итоги науки и техники. - М. : ВИНИТИ, 1989. - Т. 35. - С. 3-144. -(Физиология человека и животных. Проблемы современной психофизиологии).

4. Хэссет, Дж. Введение в психофизиологию : пер. с англ. / Дж. Хэссет. - М. :

Мир, 1981. - 248 с.

5. Булкин, В. А. Оперативная оценка готовности спортсменов к предстоящей тренировочной деятельности / В. А. Булкин, И. В. Иванова // Теория и практика физической культуры. - 1996. - № 6. - С. 40-45.

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

7. Патент 2332159 РФ, А61В 3/10. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека / Роженцов В. В. // Опубл. 27.08.2008, Бюл. № 24.

8. Шайтор, Э. П. Описание стандартной методики измерения критической частоты слияния мельканий / Э. П. Шайтор, А. И. Шабанов, В. М. Ухин // Физиология человека. - 1975. - Т. 1. - № 3. - С. 570-572.

9. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы и правила Российской Федерации. - М. : Изд-во стандартов, 1995. - 30 с.

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

11. Тароян, Н. А. Межполушарные функциональные отношения в процессе решения человеком зрительно-пространственной задачи / Н. А. Тароян, В. В. Мям-лин, О. А. Генкина // Физиология человека. - 1992. - Т. 18. - № 2. - С. 5-14.

12. Зинченко, В. П. Психометрика утомления / В. П. Зинченко, А. Б. Леонова, Ю. К. Стрелков. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1977. - 109 с.

13. Мазуров, А. И. Зрительная система как конечное звено систем медицинской интроскопии / А. И. Мазуров // Медицинская техника. - 2006. - № 2. - С. 15-18.

Роженцов Валерий Витальевич

доктор технических наук, профессор, кафедра проектирования и производства электронно-вычислительных средств, Марийский государственный технический университет

E-mail: VRozhentsov@mail.ru

УДК 612.84.001.8 Роженцов, С. А.

Способ определения времени восстановления зрительного анализатора / В. В. Роженцов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2009. - № 2 (10). - С. 32-38.

Rozhentsov Valery Vitalyevich Doctor of technical sciences, professor, sub-department of computer design and production, Mari State Technical University