УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ РЕЦЕПТИВНЫХ ПОЛЕЙ НЕЙРОНОВ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
MEASUREMENT UNIT FOR PASS BAND OF RECEPTIVE FIELDS OF VISUAL NEURONS

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.
Известно устройство, предназначенное для обработки импульсной активности нейронов и построения пространственно-частотных характеристик рецептивных полей зрительной системы, содержащее линейный фильтр, нелинейный фильтр, блок выделения информативных участков в импульсной активности нейронов, схему ИЛИ, блок формирования кода адреса, схему И, запоминающее и арифметическое устройства анализатора, устройство управления движением стимулов [1, рис.77, с.140]. При наличии сигналов на всех трех входах схемы И импульсы исследуемого процесса поступают в арифметическое устройство анализатора, суммируются и передаются в запоминающее устройство по адресу, соответствующему пространственной частоте и положению участка, выделенного блоком выделения информативных участков в импульсной активности нейронов. Запоминающее устройство анализатора разбивается на группы, число которых соответствует числу участков, выделенных в импульсной активности нейронов, количество ячеек памяти в каждой группе равно числу стимулов, в каждую ячейку записывается оценка реакции нейрона на определенную пространственную частоту. Процедура предъявления всего набора стимулов, представляющих собой решетки с различной пространственной частотой, повторяется несколько раз [1, с.141].
Известно определение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы с помощью решеток разной пространственной частоты с синусоидальным распределением освещенности [2]. Для формирования различных по форме изображений - мир переменного контраста, различной пространственной частоты с синусоидальным профилем яркости, двумерных решеток с синусоидальным распределением яркости, известен программируемый синтезатор, содержащий микроЭВМ, интерфейс, блок синхронизации управления, пульт ввода ответов испытуемого, буферную видеопамять, цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольное устройство, терминал оператора и графопостроитель [3, рис.38, с.68]. Формируемые изображения отображаются на экране видеоконтрольного устройства, ответ испытуемого вводится в ЭВМ путем нажатия кнопок - «вижу» - «не вижу» [3, с.84].
Недостатками известных устройств являются длительный подготовительный период, необходимость сложного специального оборудования, сложность проведения исследований.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее переключатель режимов, генератор линейно изменяющегося напряжения, преобразователь напряжение-частота, источник световых импульсов, элемент ИЛИ, вычислитель и блок индикаторов, причем выход переключателя режимов соединен с входом генератора, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход - с входом блока индикаторов, выход преобразователя напряжение-частота соединен также с входом источника световых импульсов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй переключатель режимов, второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй блок индикаторов, генератор секундных импульсов, мультиплексор аналоговый, счетчик, первый-третий демультиплексоры, триггер, первый и второй вентили, первый-третий одновибраторы, первый-шестой ключи и тумблер, причем выходы первого и второго ключей соединены с входами первого и второго переключателей режимов, выходы третьего-пятого ключей соединены соответственно с информационными входами первого-третьего демультиплексоров, первые выходы которых соединены с входами первого переключателя режимов, вторые выходы - с входами второго переключателя режимов, выход шестого ключа соединен с С-входом триггера, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, R-вход соединен с вторым выходом вычислителя, а D-вход - с нормально разомкнутым выходом тумблера, нормально замкнутый выход которого соединен с первым входом второго вентиля, выход второго переключателя режимов соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выходы первого и второго генераторов линейно изменяющегося напряжения соединены с информационными входами мультиплексора аналогового, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход генератора секундных импульсов соединен с адресным входом мультиплексора аналогового, вторыми входами первого и второго вентилей и адресными входами первого-третьего демультиплексоров, выход первого вентиля соединен с входами первого и второго одновибраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, инверсный выход второго вентиля соединен с входом третьего одновибратора и входом разрешения счета счетчика, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, вход обнуления - с выходом третьего одновибратора, а выход - с входом второго блока индикаторов [4].
Недостатком устройства является низкая точность определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, обусловленная необходимостью использования мнестических функций, в частности обращения к долговременной логико-смысловой памяти.
Технический результат предлагаемого устройства для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы заключается в повышении точности измерения.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит первый-второй переключатели режимов, первый-второй генераторы линейно изменяющегося напряжения, преобразователь напряжение-частота, источник световых импульсов, элемент ИЛИ, вычислитель, первый-второй блоки индикаторов, генератор секундных импульсов, счетчик, триггер, первый-второй вентили, первый-третий одновибраторы, первый-четвертый ключи и тумблер, выходы первого-второго переключателей режимов соединены соответственно с входами первого-второго генераторов, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом вычислителя, первый выход которого соединен с входом первого блока индикаторов, второй выход - с R-входом триггера, вход преобразователя напряжение-частота соединен с выходом первого генератора, а выход - с входом источника световых импульсов и счетным входом счетчика, выходы первого и второго ключей соединены соответственно с первым-вторым входами первого переключателя режимов, нормально замкнутый выход тумблера соединен с первым входом второго вентиля, выход генератора секундных импульсов соединен с вторыми входами первого и второго вентилей, первый вход первого вентиля соединен с выходом триггера, а выход - с входами первого и второго одновибраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, инверсный выход второго вентиля соединен с входом третьего одновибратора и входом разрешения счета счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход - с входом второго блока индикаторов, причем новым является то, что дополнительно введены первый-третий мультиплексоры, второй преобразователь напряжение-частота, второй источник световых импульсов и четвертый одновибратор, причем выход первого ключа соединен также с первым входом первого мультиплексора и вторым входом второго мультиплексора, выходы которых соединены соответственно с первым и третьим входами второго переключателя режимов, выход второго ключа соединен также с вторым входом первого мультиплексора и первым входом второго мультиплексора, выход третьего ключа соединен с третьим входом первого переключателя режимов и вторым входом второго переключателя режимов, выход четвертого ключа соединен с четвертыми входами первого-второго переключателей режимов и входом четвертого одновибратора, выход которого соединен с S-входом триггера, нормально разомкнутый выход тумблера соединен с адресными входами первого-второго мультиплексоров, выход второго генератора соединен с входом второго преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен с входом второго источника световых импульсов и вторым входом третьего мультиплексора, первый вход третьего мультиплексора соединен с выходом первого преобразователя напряжение-частота, адресный вход - с выходом генератора секундных импульсов, а выход - с первым входом вычислителя.
Заявляемое устройство благодаря введению первого-третьего мультиплексоров, второго преобразователя напряжение-частота, второго источника световых импульсов и четвертого одновибратора позволяет повысить точность определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы благодаря исключению необходимости обращения в процессе измерений к долговременной логико-смысловой памяти.
Таким образом, заявляемое устройство отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства, на фиг.2 - временная диаграмма его работы.
Заявляемое устройство содержит первый-четвертый 1-4 ключи, тумблер 5, первый-третий 6-8 мультиплексоры, первый-второй 9-10 переключатели режимов, первый-второй 11-12 генераторы линейно изменяющегося напряжения, первый-второй 13-14 преобразователи напряжение-частота, первый-второй 15-16 источники световых импульсов, вычислитель 17, генератор 18 секундных импульсов, счетчик 19, первый-второй 20-21 блоки индикаторов, первый-четвертый 22-25 одновибраторы, триггер 26, первый-второй 27-28 вентили и элемент ИЛИ 29.
Первый ключ 1 предназначен для установки первого 11 и второго 12 генераторов в режим генерации линейно нарастающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователей 13-14 напряжение-частота, равной 1 Гц/с.
Второй ключ 2 предназначен для установки первого 11 и второго 12 генераторов в режим генерации линейно падающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователей 13-14 напряжение-частота, равной 1 Гц/с.
Третий ключ 3 предназначен для установки первого генератора 11 в режим генерации линейно падающего напряжения и второго генератора 12 в режим генерации линейно нарастающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователей 13-14 напряжение-частота, равной 0,25 Гц/с.
Четвертый ключ 4 предназначен для установки первого генератора 11 в режим генерации линейно нарастающего напряжения и второго генератора 12 в режим генерации линейно падающего напряжения со скоростью, соответствующей изменению частоты на выходе преобразователей 13-14 напряжение-частота, равной 0,25 Гц/с.
Ключи 1-4 представляют собой ручные переключатели на два положения для замыкания и размыкания электрических цепей управления и выполнены в виде кнопок управления.
Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны или соответствуют аналогичным функциональным узлам структурной схемы прототипа.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии тумблер 5 находится в положении, соответствующем режиму установки начальной частоты, как показано на фиг.1. При включении питания триггер 26 выключается, счетчик 19 обнуляются (цепи не показаны), второй вентиль 28 открывается, генераторы 11-12 выдают одинаковое постоянное напряжение, соответствующее частоте световых мельканий, равной 25 Гц, то есть средней частоте принятого видимого диапазона световых мельканий от 0 до 50 Гц. Одинаковые постоянные напряжения с выходов генераторов 11-12 поступают на преобразователи 13-14, где преобразуются в частоту, которая управляет источниками 15-16.
H
Испытуемый замыканием первого 1 или второго 2 ключей устанавливает заданную начальную F частоту, относительно которой необходимо определить полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы. При замыкании первого ключа 1 генератор 11 через переключатель 9 устанавливается в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью. Одновременно сигнал с выхода первого ключа 1 через мультиплексор 6 и переключатель 10 устанавливает генератор 12 в режим генерации линейно нарастающего напряжения с той же скоростью. При замыкании второго ключа 2 генератор 11 через переключатель 9 устанавливается в режим генерации линейно падающего напряжения с заданной скоростью. Одновременно сигнал с выхода второго ключа 2 через мультиплексор 7 и переключатель 10 устанавливает генератор 12 в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью.
H
0
Сигнал логической единицы длительностью 1 с с генератора 18 поступает на открытый второй вентиль 28, инвертируется и поступает на третий одновибратор 24 и вход разрешения счета счетчика 19. По началу сигнала логического нуля с инверсного выхода второго вентиля 28 третий одновибратор 24 вырабатывает короткий импульс, который обнуляет счетчик 19. Частота с выхода преобразователя 13 поступает на счетный вход счетчика 19, результат счета выводится на второй блок 21 индикаторов. Установленная заданная начальная F частота управляет источниками 15-16 (фиг.2, интервал времени 0-Т).
H
Испытуемый устанавливает тумблер 5 в положение, соответствующее режиму определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов, второй вентиль 28 закрывается, состояние счетчика 19 не меняется, значение установленной начальной F частоты отображается на втором блоке 21 индикаторов. Сигнал с выхода тумблера через нормально разомкнутый контакт поступает на адресные входы мультиплексоров 6-7.
0
0
1
Испытуемый замыкает первый ключ 1 (фиг.2, момент времени Т), генератор 11 через переключатель 9 устанавливается в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью. Одновременно сигнал с выхода первого ключа 1 через мультиплексор 7 и переключатель 10 устанавливает генератор 12 в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью. Напряжения с выходов генераторов 11-12 поступают на преобразователи 13-14, где преобразуются в частоту, которая управляет источниками 15-16 (фиг.2, интервал времени T-T).
0
1
И
Д
1
И1
Д1
1
2
На интервале времени T-T испытуемый определяет момент, когда предъявляемые одновременно инкрементная F и декрементная F частоты световых мельканий различаются, и размыкает первый ключ 1 (фиг.2, момент времени T). Генераторы 11-12 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F и F световых мельканий, которые источниками 15-16 предъявляются испытуемому (фиг.2, интервал времени T-T).
2
2
3
Испытуемый замыкает третий ключ 3 (фиг.2, момент времени Т), генератор 11 через переключатель 9 устанавливается в режим генерации линейно падающего напряжения с заданной скоростью, генератор 12 через переключатель 10 - в режим генерации линейно нарастающего напряжения с той же скоростью. Напряжения с выходов генераторов 11-12 поступают на преобразователи 13-14, где преобразуются в частоту, которая управляет источниками 15-16 (фиг.2, интервал времени Т-Т).
2
3
И
Д
3
И2
Д2
3
4
На интервале времени Т-Т испытуемый определяет момент, когда предъявляемые одновременно инкрементная F и декрементная F частоты световых мельканий не различаются, и размыкает третий ключ 3 (фиг.2, момент времени Т). Генераторы 11-12 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F и F световых мельканий, которые источниками 15-16 предъявляются испытуемому (фиг.2, интервал времени Т-Т).
4
4
5
Испытуемый замыкает четвертый ключ 4 (фиг.2, момент времени Т), генератор 11 через переключатель 9 устанавливается в режим генерации линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью, генератор 12 через переключатель 10 - в режим генерации линейно падающего напряжения с той же скоростью. Напряжения с выходов генераторов 11-12 поступают на преобразователи 13-14, где преобразуются в частоту, которая управляет источниками 15-16 (фиг.2, интервал времени Т-Т).
4
5
И
Д
5
И3
Д3
5
6
На интервале времени Т-Т испытуемый определяет момент, когда предъявляемые одновременно инкрементная F и декрементная F частоты световых мельканий различаются, и размыкает четвертый ключ 4 (фиг.3, момент времени Т). Генераторы 11-12 сохраняют на выходах постоянное напряжение, соответствующее частотам F и F световых мельканий, которые управляют источниками 15-16 (фиг.2, интервал времени Т-Т).
И3
из
Д3
Д3
При размыкании четвертого ключа 4 четвертый одновибратор 25 вырабатывает импульс, который поступает на S-вход триггера 26 и включает его, первый вентиль 27 открывается. Сигнал с выхода генератора 18 через открытый первый вентиль 27 поступает на первый 22 и второй 23 одновибраторы. При сигнале логической единицы на выходе генератора 18 инкрементная частота F световых мельканий с выхода первого преобразователя 13 через мультиплексор 8 поступает на вычислитель 17. Первый одновибратор 22 по переднему фронту сигнала логической единицы на выходе генератора 18 вырабатывает импульс, который через элемент ИЛИ 29 поступает на вычислитель 17, в который записывается значение инкрементной F частоты световых мельканий. При сигнале логического нуля на выходе генератора 18 декрементная частота F световых мельканий с выхода второго преобразователя 14 через мультиплексор 8 поступает на вычислитель 17. Второй одновибратор 23 по заднему фронту сигнала логической единицы на выходе генератора 18 вырабатывает импульс, который через элемент ИЛИ 29 поступает на вычислитель 17, в который записывается значение декрементной F частоты световых мельканий.
И3
Д3
H
6
Вычислитель 17 определяет разность инкрементной и декрементной частот ΔF=F-F, равную полосе пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы относительно начальной частоты F, и выводит результат на первый блок 20 индикаторов, после чего вырабатывает импульс (фиг.2, момент времени Т), выключающий триггер 11, а также устанавливающий устройство в исходное состояние (цепи не показаны).
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить точность определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы благодаря одновременному предъявлению инкрементной и декрементной частот световых мельканий, что позволяет не обращаться к долговременной логико-смысловой памяти.
Источники информации
1. Дудкин К.Н., Гаузельман В.Е. Автоматизация нейрофизиологического эксперимента. - Л.: Наука, 1979. - 160 с.
2. Kulikowski J.J., Vidyasagar T.R. Space and spatial frequency: analysis and representation in the macaque striate cortex. // Exp. Brain Res. - 1986. - V.64. - №1. - P.6-18.
3. Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.Н., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия: Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. Л.: Наука, 1985. - 103 с.
4. Патент 2240029 РФ, МПК A61B 3/00. Устройство для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы. / А.Г.Исаев, Т.А.Лежнина, В.В.Роженцов (РФ). - Опубл. 20.11.2004, Бюл. №32.