СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
HUMAN VISUAL SYSTEM RECOVERY TIME TEST

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения времени восстановления зрительной системы человека.
Известен способ определения длительности протекания фотохимических процессов в рецепторах сетчатки человека, основанный на оценке различий в латентном периоде простой сенсомоторной реакции испытуемого на адекватные (диффузная вспышка света) и неадекватные (электрическая стимуляция - «фосфены») световые стимулы. Перед началом опытов адекватные и неадекватные световые стимулы выравниваются по «субъективной яркости» [1].
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.
Недостатком способов является длительный подготовительный период перед проведением исследований, невозможность определения времени восстановления зрительной системы человека.
Известен способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 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, время возбуждения зрительного анализатора принимают равным значению длительности межимпульсного интервала, определенного испытуемым на третьем этапе измерений [3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения лабильности зрительной системы человека [4], заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, равной соответственно 110, 90, 70, 50, 30, 10, 5, 1 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, в котором при каждой заданной длительности световых импульсов на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, при этом длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала, вычисляют время восприятия зрительной информации
взи
имп
пор
t=τ+t,
имп
пop
где τ - длительность светового импульса; t - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, строят график функции
взи
имп
t=f(τ),
находят минимум функции, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты в Гц в точке минимума функции
.
Недостатком способов является невозможность определения времени восстановления зрительного анализатора человека.
Технический результат предлагаемого способа заключается в возможности определения времени восстановления зрительного анализатора человека.
пop
Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с; при каждой заданной длительности световых импульсов на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один; на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре; на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала 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, причем новым является то, что длительность светового импульса в паре задают равной 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260 и 280 мс, строят график функции
пор
имп
t=f(τ),
имп
где τ - длительность светового импульса, находят точку выхода графика на плато; время восстановления зрительной системы человека принимают равным значению порогового межимпульсного интервала в точке выхода графика на плато.
Предлагаемый способ определения времени восстановления зрительной системы человека осуществляется следующим образом.
На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения времени восстановления зрительной системы человека, где:
нмии
t - начальная длительность межимпульсного интервала;
Т - постоянный временной интервал повторения пар световых импульсов;
имп
τ - длительность светового импульса.
На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре при определении времени восстановления зрительной системы человека.
имп
мии
На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ, разделенных межимпульсным интервалом t, и вызываемых ими зрительных ощущений, где:
мии
фиг.3a - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;
фиг.3б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3а;
пop
фиг.3в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;
фиг.3г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3в;
1
τ - время зрительного ощущения, время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [5, 6];
2
τ - время восстановления, время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [5, 6].
пop
имп
пop
имп
На фиг.4 представлен график функции t=f(τ), построенный по данным измерений пороговой длительности межимпульсного интервала t при различных длительностях световых импульсов τ.
имп
нмии
0
1
Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов заданной длительности τ, равной 20 мс, разделенных межимпульсным интервалом начальной длительности t, равной 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени T-T).
Длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один.
нмии
1
3
3
На первом этапе измерений начальную длительность межимпульсного интервала t между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,4 мс (фиг.2, интервал времени T-Т), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т).
мии
4
6
6
На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала t между световыми импульсами в паре увеличивают дискретно с заданным постоянным шагом 0,2 мс (фиг.2, интервал времени Т-Т), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т).
мии
7
8
8
мии
8
пop
На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс (фиг.2, интервал времени T-T), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени T). Длительность межимпульсного интервала t между световыми импульсами в паре в момент времени T принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t.
пор
Аналогично проводят определения пороговой длительности межимпульсного интервала t при длительностях световых импульсов, равных 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260 и 280 мс.
пop
имп
По измеренным значениям пороговой длительности межимпульсного интервала t, полученным при различных длительностях световых импульсов τ, строят график функции
пop
имп
t=f(τ),
имп
где τ - длительность светового импульса, на котором находят точку выхода на плато (горизонтальная часть графика).
Время восстановления зрительной системы человека принимают равным значению порогового межимпульсного интервала в точке выхода графика на плато.
нмии
нмии
Начальная длительность межимпульсного интервала t выбрана по результатам анализа развития рецептивных полей (РП) нейронов. Так как исчезновение РП происходит через 100-200 мс после предъявления светового стимула [2], то два световых импульса будут ощущаться раздельными, если второй световой импульс предъявляется через 100-200 мс после начала предъявления первого светового импульса. Поэтому начальная длительность межимпульсного интервала t выбрана равной 150 мс.
Известно, что 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 [7]. При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [8]. Для устранения эффекта маскировки последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.
имп
1
мии
пop
мии
мии
пop
При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ>τ, разделенных межимпульсным интервалом t>t (фиг.3а), у него возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.3б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t между двумя световыми импульсами до значения t=t (фиг.3в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г).
Так как РП нейрона при включении светового стимула после появления достигает максимума и затем исчезает [2], то после максимума его реакции начинаются восстановительные процессы, происходит функциональная дезорганизация РП, нейронные структуры приходят в исходное «нулевое» состояние и становятся готовыми к новому циклу восприятия зрительных стимулов [9].
При большой длительности светового импульса длительность порогового межимпульсного интервала не зависит от длительности светового импульса (фиг.4), то есть время, необходимое для восстановления зрительной системы, остается постоянным. При уменьшении длительности светового импульса до некоторого значения длительность порогового межимпульсного интервала начинает возрастать (фиг.4). Это объясняется наступающим влиянием маскировки, что вызывает увеличение времени, необходимого для восстановления зрительной системы.
пop
имп
Таким образом, заявляемый способ позволяет определить время восстановления зрительной системы человека по значению порогового межимпульсного интервала в точке выхода графика функции t=f(τ) на плато, то есть обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.
имп
нмии
0
1
Пример. Испытуемому К., 19 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые импульсы, предъявили последовательность парных световых импульсов длительности τ, равной 20 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени T-T).
В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок «Уменьшение 0,4 мс», «Увеличение 0,2 мс», «Уменьшение 0,1 мс» и «Измерение».
При поступлении сигнала с кнопки «Уменьшение 0,4 мс» компьютер дискретно уменьшал длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре с постоянным шагом 0,4 мс, при поступлении сигнала с кнопки «Увеличение 0,2 мс» - дискретно увеличивал с постоянным шагом 0,2 мс, при поступлении сигнала с кнопки «Уменьшение 0,1 мс» - дискретно уменьшал с постоянным шагом 0,1 мс.
1
3
3
На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Уменьшение 0,4 мс» (фиг.2, интервал времени T-Т), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т).
4
6
6
На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Увеличение 0,2 мс» (фиг.2, интервал времени Т-Т), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т).
7
8
8
9
На третьем этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Уменьшение 0,1 мс» (фиг.2, интервал времени T-T), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени T), затем подал сигнал с кнопки «Измерение» (фиг.3, момент времени Т).
Компьютер зафиксировал длительность порогового межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, равную 34,8 мс, принимаемую равной времени восстановления зрительной системы человека, вывел это значение 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 времени восстановления зрительной системы человека испытуемого в мс: 34,8; 35,6; 37,0; 35,3; 37,4; 37,6; 36,7; 36,0; 36,2; 35,4. Среднее арифметическое измеренных значений времени восстановления зрительной системы человека равно 36,2 мс.
Аналогичным образом испытуемый выполнил измерения времени восстановления зрительной системы человека при длительностях световых импульсов, равных 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260 и 280 мс.
Результаты статистической обработки данных измерений приведены в таблице.
Таблица
Длительность светового импульса, мс
20
40
60
80
100
120
140
Среднеарифметическое значение длительности порогового межимпульсного интервала, мс
36,2
26,6
20,0
16,7
14,5
12,8
11,3
Длительность светового импульса, мс
160
180
200
220
240
260
280
Среднеарифметическое значение длительности порогового межимпульсного интервала, мс
10,4
10
10
10
10
10
10
По измеренным значениям длительности порогового межимпульсного интервала при различных длительностях световых импульсов построен график функции
пop
имп
t=f(τ), представленный на фиг.4. На графике функции найдена точка выхода графика на плато, которой соответствует длительность порогового межимпульсного интервала, равная 180 мс, принимаемая за время восстановления зрительной системы человека.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить время восстановления зрительной системы человека
Источники информации
1. Bucik Yalentin. An attempt at determination of the chemical processing time in retina by subjective equalization of stimulus intensity // Rev. psihol. - 1990. - V.20, №1-2. - Р.11-17.
2. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. - Т.23, №2, С.68-79.
3. Патент 2231293 РФ, A61B 5/16. Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека / В.В.Роженцов, М.Т.Алиев (РФ). - Опубл. 27.06.2004, Бюл. №18.
4. Патент 2233115 РФ, A61B 5/16. Способ определения лабильности зрительной системы человека / О.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 27.07.2004, Бюл. №21.
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. 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.561-566.
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.
9. Подвигин Н.Ф., Макаров Ф.Н., Шелепин Ю.Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы. - Л.: Наука, 1986. - 252 с.