УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВРЕМЕНИ ИНЕРЦИОННОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Устройство относится к медицинской технике и предназначено для исследования времени инерционности зрительной системы человека.
n
э
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 e для какого-нибудь объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах К, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст К до порога видимости подбором времени экспозиции t, задаваемое амплитудой качания маятника. За время инерционности зрительной системы принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления и при времени экспозиции t<0.01, определяется по формуле:
n
q=Kt/е.
Недостатком устройства являются его сложность, 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 (ПП9-2 м), 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 устройству является устройство для исследования инерционности зрительной системы, 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 [5].
Недостатком устройства является невозможность исследования инерционности путем раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного, отсутствие статистической обработки результатов измерений.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем применения микроконтроллера за счет добавления второго режима работы, позволяющего исследовать инерционность, изменяя время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного, вычислять среднеарифметическое значение и среднеквадратичное отклонение результатов измерений и их доверительные интервалы.
Технический результат достигается тем, что в устройство для исследования инерционности зрительной системы, содержащее первый источник света, второй источник света, дополнительно введены микроконтроллер, жидкокристаллический индикационный модуль и блок переключателей.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства.
имп
зад
зад.пор
На фиг.2 представлены последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.2а - временная диаграмма эталонного светового импульса длительностью t=80 мс; фиг.2б - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, задержанного относительно эталонного на время t, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы начинаются не одновременно; фиг.2в - временная диаграмма регулируемого по длительности импульса, задержанного относительно времени предъявления эталонного на пороговое время t, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы начинаются одновременно;
ок
ок.пор
фиг.2г - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, оканчивающегося ранее относительно эталонного на время t, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы оканчиваются не одновременно; фиг.2в - временная диаграмма регулируемого по длительности импульса, оканчивающегося ранее относительно времени предъявления эталонного на пороговое время t, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы оканчиваются одновременно.
На фиг.3 представлена временная диаграмма изменения времени задержки предъявления или раннего окончания регулируемого по длительности светового импульса относительно эталонного.
Заявляемое устройство содержит первый-второй источники света 1-2, микроконтроллер 3, жидкокристаллический индикационный модуль 4 и блок переключателей 5.
Источники света 1-2 предназначены для предъявления световых импульсов, подключаются к любому выводу порта микроконтроллера 3 и могут быть выполнены, например, на светодиодах АЛС307ЕМ. Эталонный импульс предъявляется источником света 1, а регулируемый - источником света 2.
Микроконтроллер 3 представляется собой стандартный микроконтроллер, имеющий один свободный 8-и разрядный порт для подключения жидкокристаллического индикационного модуля, один свободный 8-и разрядный порт для подключения блока переключателей и один свободный порт для подключения источников света.
Жидкокристаллический индикационный модуль 4 предназначен для отображения режима работы, времени задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного, результатов статистической обработки. В качестве жидкокристаллического индикационного модуля может быть использован, например, жидкокристаллический модуль MT-16S2H.
Блок переключателей 5 содержит ключи «Старт», «Увеличение интервала повторения», «Уменьшение интервала повторения», «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс», «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс», «Фиксация», «Статистическая обработка» и переключатель «Режим работы», имеющий положения: «Задержка регулируемого импульса» и «Раннее окончание регулируемого импульса».
Ключи выполнены в виде кнопок управления. Кнопка «Старт» предназначена для подачи сигнала контроллеру на выход из режима ожидания и начала предъявления последовательности импульсов. Кнопки «Увеличение интервала повторения» и «Уменьшение интервала повторения» предназначены для подачи сигналов контроллеру на изменение длительности интервала повторения Т пар импульсов (фиг.2а) при индивидуальном подборе интервала повторения в диапазоне от 0,5 с до 1,5 с с шагом 0,1 с. Кнопка «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс» предназначена для подачи сигнала контроллеру на уменьшение времени задержки предъявления или раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 5 мс. Кнопка «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс» предназначена для подачи сигнала контроллеру на уменьшение времени задержки предъявления или раннего окончания регулируемого по длительности импульса на 1 мс. Кнопка «Фиксация» предназначена для подачи сигнала контроллеру на фиксацию величины задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса, последующего увеличения времени задержки начала или раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на случайную величину, лежащую в пределах от 3 мс до 8 мс на первом этапе измерения и от 7 мс до 14 мс на втором этапе. Кнопка «Статистическая обработка» предназначена для подачи сигнала контроллеру на выполнение статистической обработки результатов измерений: вычисления среднеарифметического значения, среднеквадратичного отклонения серии измерений и их доверительных интервалов, последующего перевода микроконтроллера в режим ожидания.
Устройство работает следующим образом. При включении питания в жидкокристаллическом индикационном модуле 4 отображается режим работы устройства, микроконтроллер переходит в режим ожидания.
зад.(ок.)нач
0
1
Переключатель «Режим работы» блока переключателей 5 устанавливается в положение «Задержка регулируемого импульса». При нажатии кнопки «Старт» блока переключателей 5 микроконтроллер 3 формирует эталонный импульс, длительностью 80 мс, который поступает на первый источник света 1, и регулируемый по длительности импульс, который поступает на источник света 2. Начало регулируемого по длительности импульса задержано относительно начала эталонного на t=40 мс (фиг.3, интервал времени T-T). Испытуемый ощущает, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы начинаются не одновременно. В жидкокристаллическом индикационном модуле 4 отображается текущая величина задержки регулируемого по длительности импульса. Последовательность импульсов повторяется с интервалом Т=1 с. Испытуемый, при необходимости, изменяет длительность интервала повторения Т в диапазоне от 0,5 с до 1,5 с с шагом 0,1 с (фиг.2а, б), путем необходимого числа нажатий кнопок «Увеличение интервала повторения» или «Уменьшение интервала повторения» блока переключателей 5.
1
На первом этапе испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс» блока переключателей 5 для уменьшения длительности задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного на 5 мс (фиг.3, момент времени T). Испытуемому предъявляются с заданным периодом пары световых импульсов, у которых начало регулируемого по длительности импульса, поступающего на второй 2 источник света, задержано относительно начала эталонного импульса, поступающего на первый 1 источник света, на величину t=40-5=35 мс. Величина задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4.
1
2
3
зад.(ок.)1
зад.(ок.)2
Далее испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс» блока переключателей 5 необходимое число раз (фиг.3, интервал времени T-T), пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы начинаются одновременно (фиг.3, момент времени Т, t). В этот момент испытуемый нажимает кнопку «Фиксация» блока переключателей 5. Длительность задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного увеличивается на случайную величину, лежащую в пределах от 3 до 8 мс и становится равной t.
4
зад.(ок.)2
На втором этапе испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс» блока переключателей 5 для уменьшения длительности задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного на 1 мс (фиг.3, момент времени Т). Испытуемому предъявляются с заданным периодом одновременно пары световых импульсов, у которых начало регулируемого по длительности импульса, поступающего на второй 2 источник света, задержано относительно начала эталонного импульса, поступающего на первый 1 источник света, на величину (t - 1) мс. Величина задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4.
4
5
6
зад.(ок.) пор
6
зад.(ок.)нач.1
Далее испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс» блока переключателей 5 необходимое число раз (фиг.3, интервал времени Т-Т), пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы начинаются одновременно (фиг.3, момент времени Т, t). В этот момент испытуемый нажимает кнопку «Фиксация» блока переключателей 5 для фиксации результата измерений в оперативной памяти микроконтроллера. Фактическое значение задержки начала предъявления регулируемого импульса относительно эталонного принимается равным инерционности зрительной системы испытуемого. Длительность задержки начала регулируемого импульса относительно начала эталонного увеличивается на случайную величину, лежащую в пределах от 7 до 14 мс (фиг.3, момент времени Т, t).
Испытуемый выполняет заданное количество измерений и нажимает кнопку «Статистическая обработка» блока переключателей 5. В микроконтроллере 3 выполняется статистическая обработка результатов измерений: вычисляется среднеарифметическое значение, среднеквадратичное отклонение серии измерений и их доверительные интервалы. Рассчитанные значения отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4. Микроконтроллер переходит в режим ожидания.
зад.(ок.)нач
0
1
Переключатель «Режим работы» блока переключателей 5 устанавливается в положение «Раннее окончание импульса». При нажатии кнопки «Старт» блока переключателей 5 микроконтроллер 3 формирует эталонный импульс, длительностью 80 мс, который поступает на первый источник света 1, и регулируемый по длительности импульс, который поступает на источник света 2. Регулируемый по длительности импульс оканчивается ранее эталонного на t=40 мс (фиг.3, интервал времени T-T). Испытуемый ощущает, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы оканчиваются не одновременно. В жидкокристаллическом индикационном модуле 4 отображается текущее время раннего окончания регулируемого по длительности импульса. Испытуемый, при необходимости, изменяет длительность интервала повторения Т в диапазоне от 0,5 с до 1,5 с с шагом 0,1 с (фиг.2а, б), путем нажатия кнопок «Увеличение интервала повторения» или «Уменьшение интервала повторения» блока переключателей 5.
1
На первом этапе испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс» блока переключателей 5 для уменьшения времени раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного на 5 мс (фиг.3, момент времени T). Испытуемому предъявляются с заданным периодом одновременно пары световых импульсов, у которых регулируемый по длительности импульс, поступающий на второй 2 источник света, оканчивается ранее эталонного импульса, поступающего на первый 1 источник света на величину t=40-5=35 мс. Время раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4.
1
2
3
зад.(oк.)1
зад.(ок.)2
Далее испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 5 мс» блока переключателей 5 необходимое число раз (фиг.3, интервал времени T-T), пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы оканчиваются одновременно (фиг.3, момент времени Т, t). В этот момент испытуемый нажимает кнопку «Фиксация» блока переключателей 5. Время раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного увеличивается на случайную величину, лежащую в пределах от 3 до 8 мс и становится равной t.
4
зад.(ок.)2
На втором этапе испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс» блока переключателей 5 для уменьшения времени раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного на 1 мс (фиг.3, момент времени Т). Испытуемому предъявляются с заданным периодом одновременно пары световых импульсов, у которых регулируемый по длительности импульс, поступающий на второй 2 источник света, оканчивается ранее эталонного импульса, поступающего на первый 1 источник света на величину (t - 1) мс. Время раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4.
4
5
6
зад.(ок.) пор
6
зад.(ок.)нач.1
Далее испытуемый нажимает кнопку «Уменьшение задержки (раннего окончания) на 1 мс» блока переключателей 5 необходимое число раз (фиг.3, интервал времени Т-Т), пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы оканчиваются одновременно (фиг.3, момент времени Т, t) - В этот момент испытуемый нажимает кнопку «Фиксация» блока переключателей 5 для фиксации результата измерений в оперативной памяти микроконтроллера. Фактическое значение раннего окончания предъявления регулируемого импульса относительно эталонного принимается равным инерционности зрительной системы испытуемого. Время раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного увеличивается на случайную величину, лежащую в пределах от 7 до 14 мс (фиг.3, момент времени Т, t).
Испытуемый выполняет заданное количество измерений, нажимает кнопку «Статистическая обработка» блока переключателей 5. В микроконтроллере 3 выполняется статистическая обработка результатов измерений: вычисляется среднеарифметическое значение, среднеквадратичное отклонение серии измерений и их доверительные интервалы. Рассчитанные значения отображается в жидкокристаллическом индикационном модуле 4. Микроконтроллер переходит в режим ожидания.
Для исследования инерционности зрительной системы, испытуемому предъявляют последовательность пар импульсов, повторяющихся через задаваемый временной интервал Т. Во время ответов на световые импульсы 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 формирование рецептивного поля происходит через 20-80 мс после включения светового стимула [6], длительность эталонного импульса принята равной 80 мс.
Временной интервал Т выбирается из условия исключения влияния эффекта маскировки, которая 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 [7]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [8]. Для устранения эффекта маскировки последовательность пар световых импульсов предъявляется через задаваемый индивидуально временной интервал в диапазоне от 500 до 1500 мс.
Экспериментально установлено, что время инерционности зрительной системы человека находится в диапазоне от 15 до 25 мс [5]. Для того, чтобы испытуемый вначале ощущал, что регулируемый по длительности и эталонный импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно, величина задержки или раннего окончания принята равной 40 мс.
С целью расширения функциональных возможностей устройства за счет добавления второго режима работы, позволяющего исследовать инерционность, изменяя время раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного, вычислять среднеарифметическое значение и среднеквадратичное отклонение результатов измерений и их доверительные интервалы в устройство введены микроконтроллер, жидкокристаллический индикационный модуль и блок переключателей.
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.
7
5. Патент 2262293 РФ, МПК 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.
6. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. - Т.23. - №2. - С.68-79.
7. 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.
8. 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.