СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ИНЕРЦИОННОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
METHOD OF DETECTION OF DURATION OF RESPONSE LAG OF HUMAN VISUAL SYSTEM

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения времени инерционности зрительной системы человека.
п
э
Известен способ определения времени инерции зрения с использованием маятника и контрастных фильтров [1]. По данному способу измеряют пороговый контраст ε для заданного объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах К, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст К до порога видимости подбором времени экспозиции τ, задаваемым амплитудой качания маятника. За время инерции принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления, которое при времени экспозиции τ<0,01 с определяется по формуле:
п
θ=Кτ/ε.
Недостатком данного способа является использование механического принципа задания времени экспозиции, что снижает точность определения времени инерции.
Известен способ нейрофизиологических исследований временной переработки сигналов в стриарной коре животных. Эксперименты, проведенные по данному способу, установили у разных нейронов появление регистрируемого рецептивного поля через 20-80 мс после включения светового стимула, максимум реакции рецептивного поля - через 60-100 мс, а его исчезновение - через 100-200 мс [2]. По данному способу животных анестезировали, обездвиживали, искусственно вентилировали и термостабилизировали. Регистрацию рецептивного поля выполняли с использованием электроэнцефалограммы.
Известны исследования инерционности зрительной системы человека с использованием электроретинографии и зрительных вызванных корковых потенциалов [3, 4, 5, 6].
Общими недостатками известных способов являются сложность проведения исследований, необходимость использования специального оборудования, долгий подготовительный период перед проведением исследований.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения времени инерционности зрительной системы человека путем одновременного предъявления испытуемому двух световых импульсов, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют одновременно пары световых импульсов на двух светодиодах, эталонного, длительностью 80 мс, и регулируемого по длительности, повторяющихся через постоянный временной интервал, равный 1 с; регулируемый по длительности импульс задерживают или оканчивают ранее относительно времени предъявления эталонного, причем на первом этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного увеличивают дискретно с шагом 5 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно, на втором этапе измерений время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса уменьшают дискретно с шагом 1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, на третьем этапе измерения время задержки или раннего окончания регулируемого по длительности импульса увеличивают дискретно с шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения, что световые импульсы начинаются или оканчиваются не одновременно; время инерционности зрительной системы принимают равным значению времени задержки или времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного, определенному на третьем этапе измерения [7].
Недостатком способа является длительность процедуры определения времени инерционности зрительной системы человека.
Технический результат предлагаемого способа определения времени инерционности зрительной системы человека заключается в уменьшении длительности процедуры определения времени инерционности зрительной системы человека, благодаря чему способ может применяться при массовых обследованиях.
Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют одновременно пары световых импульсов на двух светодиодах, эталонного, длительностью 80 мс, и регулируемого по длительности, повторяющихся через постоянный временной интервал, равный 1 с,
причем новым является то, что пары световых импульсов предъявляют одновременно с использованием 10 пар светодиодов, каждой паре светодиодов соответствует одна из 10 кнопок,
на первом этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее на 5 мс относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары,
в каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 5 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары,
испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку;
на втором этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары, на время задержки или раннего окончания, равное задержке или раннему окончанию регулируемого импульса относительно эталонного пары светодиодов, определенных на первом этапе испытуемым как пара, для которой он субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно,
в каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 1 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары,
испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку;
на третьем этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары, на время задержки или раннего окончания, равное задержке или раннему окончанию регулируемого импульса относительно эталонного пары светодиодов, определенных на втором этапе испытуемым как пара, для которой он субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно,
в каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 0,1 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары,
испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение времени задержки или раннего окончания предъявления регулируемого импульса относительно эталонного, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека.
имп
зад
ок
На фиг.1 представлены временные диаграммы последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.1a - временная диаграмма эталонного светового импульса, предъявляемого на первом светодиоде каждой пары, длительностью t=80 мс; фиг.1б - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, задержанного относительно времени предъявления эталонного на величину t; фиг.1в - временная диаграмма регулируемого по длительности светового импульса, оканчивающегося ранее эталонного на величину t.
На фиг.2 представлена схема, содержащая 20 светодиодов HL1-HL20 и соответствующих им 10 кнопок SA1-SA10.
На фиг.3 представлены временные диаграммы последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, и вызываемых ими зрительных ощущений, где
имп
фиг.3а, в - временная диаграмма последовательности эталонных световых импульсов длительностью t=80 мс;
зад.пор
фиг.3б - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности световых импульсов, задержанных относительно времени предъявления эталонных на пороговое время t, вызывающего ощущение, что предъявляемые световые импульсы начинаются одновременно;
ок.пор
фиг.3г - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности световых импульсов, оканчивающихся относительно времени предъявления эталонных ранее на пороговое время t, вызывающего ощущение, что предъявляемые световые импульсы оканчиваются одновременно.
имп
Предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют одновременно при помощи 10 пар светодиодов 10 пар световых импульсов, один из импульсов каждой пары, эталонный, имеет постоянную длительность, равную t=80 мс, а второй - регулируемую. Пары импульсов повторяются через постоянный временной интервал, равный 1 с.
На первом этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее на 5 мс относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары.
В каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 5 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары.
Испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку.
На втором этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары, на время задержки или раннего окончания, равное задержке или раннему окончанию регулируемого импульса относительно эталонного пары светодиодов, определенных на первом этапе испытуемым как пара, для которой он субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно.
В каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 1 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары.
Испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку.
На третьем этапе регулируемый импульс, подаваемый на второй светодиод первой пары, задерживают или оканчивают ранее относительно начала или окончания эталонного импульса, подаваемого на первый светодиод первой пары, на время задержки или раннего окончания, равное задержке или раннему окончанию регулируемого импульса относительно эталонного пары светодиодов, определенных на втором этапе испытуемым как пара, для которой он субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно.
В каждой последующей паре длительность эталонного импульса остается постоянной, а длительность задержки или раннего окончания регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса увеличивают на 0,1 мс по сравнению с задержкой или ранним окончанием регулируемого импульса относительно начала или окончания эталонного импульса предыдущей пары.
Испытуемый определяет пару светодиодов с наибольшим номером, для которой субъективно ощущает, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются или оканчиваются одновременно, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение времени задержки или раннего окончания предъявления регулируемого импульса относительно эталонного, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека.
зад.пор
зад.пор
При задержке предъявления регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса на время t≤ испытуемый субъективно ощущает, что световые импульсы начинаются одновременно, при задержке на время t>t - не одновременно (фиг.3а, б).
ок.пор
ок.пор
При раннем окончании регулируемого по длительности импульса относительно времени предъявления эталонного импульса на время t≤ испытуемый субъективно ощущает, что световые импульсы оканчиваются одновременно, при задержке на время t>t - не одновременно (фиг.3в, г).
Под инерционностью зрения понимают продленность зрительного ощущения после выключения стимула [8]. Во время ответов на световые стимулы 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 появление рецептивного поля происходит через 20-80 мс после включения светового стимула [2], длительность эталонного импульса принята равной 80 мс.
Известно, что зрительное восприятие светового импульса затрудняется в условиях обратной маскировки, заключающейся 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 [9]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [10]. Для устранения эффекта маскировки последовательность пар световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.
Заявляемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет уменьшить длительность процедуры определения времени инерционности зрительной системы человека, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.
Таким образом, заявляемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.
Пример 1.
Испытуемому Д., 23 года, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на светодиоды HL1-HL20 пульта испытуемого импульсы, предъявляли одновременно 10 пар световых импульсов. Каждая пара состояла из эталонного и регулируемого по длительности импульсов. Длительность эталонных импульсов в процессе определения времени инерционности оставалась равной 80 мс. В процессе определения инерционности через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавали на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, после чего компьютер фиксировал значение времени задержки регулируемого импульса относительно эталонного, соответствующее нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.
На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, начала которых были задержаны относительно эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Испытуемый определил пару светодиодов №3, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA3, на что потратил 3 с.
На втором этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, начала которых были задержаны относительно эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
Испытуемый определил пару светодиодов №5, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA5, на что потратил 6 с.
На третьем этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, начала которых были задержаны относительно эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 3.
Таблица 3
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
17,0
17,1
17,2
17,3
17,4
17,5
17,6
17,7
17,8
17,9
Испытуемый определил пару светодиодов №5, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы начинаются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA5, на что потратил 8 с.
Компьютер вывел значение порогового времени задержки на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальные последовательности двух световых импульсов. В результате испытуемый определил значение пороговой длительности задержки предъявления регулируемого импульса относительно эталонного, равное 17,4 мс, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека, потратив на это 17 с.
Пример 2.
Испытуемому Д., 23 года, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на светодиоды HL1-HL20 пульта испытуемого импульсы, предъявляли одновременно 10 пар световых импульсов. Каждая пара состояла из эталонного и регулируемого по длительности импульсов. Длительность эталонных импульсов в процессе определения времени инерционности оставалась равной 80 мс. В процессе определения инерционности через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавали на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, после чего компьютер фиксировал значение времени раннего окончания регулируемого импульса относительно эталонного, соответствующее нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.
На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, регулируемые по длительности импульсы каждой пары оканчивались ранее эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 4.
Таблица 4
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Испытуемый определил пару светодиодов №3, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы оканчиваются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA3, на что потратил 3 с.
На втором этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, регулируемые по длительности импульсы каждой пары оканчивались ранее эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 5.
Таблица 5
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
Испытуемый определил пару светодиодов №5, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы оканчиваются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA5, на что потратил 6 с.
На третьем этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательность пар импульсов, регулируемые по длительности импульсы каждой пары оканчивались ранее эталонных на величины, значения которых приведены в таблице 6.
Таблица 6
№ пары светодиодов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Время задержки предъявления регулируемого импульса, мс
17,0
17,1
17,2
17,3
17,4
17,5
17,6
17,7
17,8
17,9
Испытуемый определил пару светодиодов №5, для которых субъективно ощутил, что эталонный и регулируемый по длительности импульсы оканчиваются одновременно, и нажал соответствующую им кнопку SA5, на что потратил 8 с. Компьютер вывел значение порогового времени раннего окончания регулируемого импульса на экран монитора, занес результат измерений в архив и предъявил начальные последовательности двух световых импульсов. В результате испытуемый определил значение пороговой длительности раннего окончания предъявления регулируемого импульса относительно эталонного, равное 17,4 мс, принимаемое за оценку времени инерционности зрительной системы человека, потратив на это 17 с.
При определении времени инерционности зрительной системы человека по известному способу [7] испытуемый потратил 42 с, то есть на 25 с больше.
Для оценки достоверности уменьшения времени исследования проведена оценка времени инерционности зрительной системы человека по предложенному способу и по известному способу [7] в группе из 10 испытуемых, каждый из которых определил время инерционности зрительной системы каждым способом. Уменьшение времени исследования при определении времени инерционности зрительной системы по предложенному способу по сравнению с исследованиями, выполненными по известному способу, составило от 20 до 28 с.
Таким образом, предлагаемый способ определения времени инерционности зрительной системы человека позволяет уменьшить длительность процедуры определения времени инерционности и может применяться при массовых обследованиях.
Источники информации
1. Луизов А.В. Глаз и свет. - Л.: Энергия, 1983 - 140 с.
2. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре / И.А.Швелев // Физиология человека. - 1997. - Т.23. - № 2. - С.68-79.
3. Шамшинова A.M., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии: - М.: Медицина, 1999. - 416 с.
4. Татко В.Л. Хронометрия процессов переработки информации человеком. Итоги науки и техники. Серия Физиология человека и животных. Том 35. - М.: ВИНИТИ, 1989. - С.3-144.
5. Бетелева Т.Г. Функциональная специализация полушарий при составлении наличного и предыдущего стимулов / Т.Г. Бетелева // Физиология человека. - 2000. - Т.26. - № 3. - С.21-30.
6. Нечаев В.Б. Вызванные потенциалы коры больших полушарий при сравнении зрительных стимулов / В.Б.Нечаев, В.А. Ключарев, Ю.Д.Кропотов, В.А.Пономарев // Физиология человека. - 2000. - Т.26. - №2. - С.17-23.
7
7. 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.
8. Lollo Vincent Di, Hogben John H. Supression of visible persistence // J. Exp. Psychol.: Hum. percept, and Perform. - 1985. - V.11. - №3. - P.304-316.
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.