УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИНЕРЦИОННОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
DEVICE FOR ANALYSING PARAMETRES OF HUMAN VISUAL SYSTEM SLUGGISHNESS

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования параметров 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]. С использованием данного устройства измеряют пороговый контраст е 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, задаваемого амплитудой качания маятника. 3а время инерционности зрительной системы принимается эффективное время сохранения зрительного впечатления и при времени экспозиции t<0,01 определяется по формуле:
n
q=Kt/e.
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].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее пульт управления, источник света, счетчик, блок индикации, генератор секундных импульсов, первый одновибратор, элемент И, генератор миллисекундных импульсов, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор и элемент ИЛИ, причем выход элемента И соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первый выход пульта управления соединен с первым входом источника света, выход первого одновибратора соединен с вторым входом счетчика, второй вход блока индикации соединен с вторым выходом пульта управления, выход генератора миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента И, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен со вторым входом элемента И и со входом третьего одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом источника света, третий выход пульта управления соединен со вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса [5].
Недостатком известных устройств является длительность исследования параметров инерционности зрительной системы человека. Это не позволяет использовать устройства при массовых обследованиях или в процессе тестирования методом велоэргометрии с целью оценки степени утомления человека или его функционального состояния.
3аявляемое устройство позволяет уменьшить время исследования, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях или в процессе тестирования методом велоэргометрии с целью оценки степени утомления человека или его функционального состояния.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый-третий одновибраторы, элемент И, элемент ИЛИ, счетчик и блок индикации, первый вход элемента И соединен с выходом генератора миллисекундных импульсов, выход - с первым входом счетчика, выход которого соединен с входом блока индикации, выход генератора секундных импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом второго одновибратора и вторым входом счетчика, причем новым является то, что дополнительно введены RS-триггер, четвертый одновибратор, блок из 10 одновибраторов, первый-четвертый ключи аналоговые, первый-третий делители резистивные, второй элемент ИЛИ, блок из 10 мультиплексоров аналоговых, блок из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса, мультиплексор аналоговый, устройство аналоговое запоминающее, счетчик двоичный, мультиплексор, регистр, блок из 10 элементов ИЛИ, блок из 10 источников света, блок из 10 ключей и шифратор, причем выход второго одновибратора соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход - с первыми входами блока из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса и вторыми входами второго-четвертого ключей аналоговых, первые входы третьего-четвертого ключей аналоговых соединены с выходом ключа первого аналогового, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход - с выходом устройства аналогового запоминающего, выходы второго-четвертого ключей аналоговых соединены соответственно с входами первого-третьего делителей резистивных, выходы которых соединены соответственно первыми-третьими входами блока из 10 мультиплексоров аналоговых, выходы которого соединены со вторыми входами блока из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса и первыми входами мультиплексора аналогового, выходы блока из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса соединены с входами блока из 10 одновибраторов и первыми входами мультиплексора, выход которого соединен с входом третьего одновибратора и со вторым входом элемента И, выход третьего одновибратора соединен также с счетным входом счетчика двоичного и со вторым входом устройства аналогового запоминающего, выходы счетчика двоичного соединены с четвертыми входами блока из 10 мультиплексоров аналоговых и со входами первого элемента ИЛИ, выходы блока из 10 одновибраторов соединены со вторыми входами блока из 10 элементов ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а выходы - с входами блока из 10 источников света, выходы блока из 10 ключей соединены со входами шифратора и второго элемента ИЛИ, выходы шифратора соединены с первыми входами регистра, выход второго элемента ИЛИ - с входом четвертого одновибратора, выход которого соединен со вторым входом регистра, выходы которого соединены со вторыми входами мультиплексора аналогового и мультиплексора, выход мультиплексора аналогового соединен с первым входом устройства аналогового запоминающего.
3аявляемое устройство благодаря введению RS-триггера, четвертого одновибратора, блока из 10 одновибраторов, первого-четвертого ключей аналоговых, первого-третьего делителей резистивных, второго элемента ИЛИ, блока из 10 мультиплексоров аналоговых, блока из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса, мультиплексора аналогового, устройства аналогового запоминающего, счетчика двоичного, мультиплексора, регистра, блока из 10 элементов ИЛИ, блока из 10 источников света, блока из 10 ключей и шифратора позволяет уменьшить время измерения, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях или в процессе тестирования методом велоэргометрии с целью оценки степени утомления человека или его функционального состояния.
Таким образом, заявляемое устройство отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства, на фиг.2 - схема делителя резистивного.
и
На фиг.3 представлена временная диаграмма последовательности двух световых импульсов, предъявляемых для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, где τ - длительность импульсов, равная 50 мс; Т - время повторения двух световых импульсов, равное 1 с; t - длительность паузы между двумя световыми импульсами.
и
1
п
п
кр
1
2
На фиг.4 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ>τ, разделенных паузой t, и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.4,а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных паузой t, вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов; фиг.4,б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.4а; фиг.4в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных паузой t, вызывающих субъективное зрительное ощущение слияния двух световых импульсов в один; фиг.4,г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.4,в; τ - время ощущения, то есть время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [6, 7]; τ - время восстановления, то есть время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [6, 7].
На фиг.5 представлены временные диаграммы работы заявляемого устройства.
3аявляемое устройство содержит генератор 1 секундных импульсов, RS-триггер 2, первый-четвертый одновибраторы 3-6, блок 7 из 10 одновибраторов, первый-четвертый ключи 8-11 аналоговые, первый-третий делители 12-14 резистивные, первый-второй элементы 15-16 ИЛИ, блок 17 из 10 мультиплексоров аналоговых, блок 18 из 10 преобразователей напряжение-длительность импульса, мультиплексор 19 аналоговый, устройство 20 аналоговое запоминающее, счетчик 21 двоичный, мультиплексор 22, регистр 23, блок 24 из 10 элементов ИЛИ, блок 25 из 10 источников света, элемент 26 И, счетчик 27, генератор 28 миллисекундных импульсов, блок 29 индикации, блок 30 из 10 ключей и шифратор 31.
Первый 3 одновибратор и блок 7 одновибраторов предназначены для выработки двух световых импульсов длительности 50 мс, второй-четвертый 4-6 одновибраторы - для формирования коротких импульсов. Одновибраторы могут быть выполнены, например, с использованием микросхемы К155АГ1, которая может запускаться как по переднему, так и по заднему фронтам поступающих импульсов, по схеме [8, рис.4.20, с.216].
Первый-четвертый ключи 8-11 предназначены для коммутации напряжений и могут быть выполнены, например, с использованием микросхемы К564КТ3 [9, с.39].
Преобразователи напряжение-длительность импульса блока 18 предназначены для преобразования напряжения в пропорциональный ему временной интервал и могут быть выполнены, например, по схеме [10, рис.4.14, с.155], в которой автоколебательный мультивибратор заменен на ждущий.
Устройство 20 аналоговое запоминающее предназначено для запоминания напряжения и может быть выполнено, например, по схеме [9, рис.8.17, с.240].
Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны или соответствуют прототипу.
Устройство работает следующим образом. При включении питания RS-триггер 2, счетчик 21 двоичный, регистр 23 и счетчик 27 обнуляются (цепи не показаны), на второй ключ 9 подается постоянное напряжение. Генератор 28 вырабатывает импульсы с заданной частотой, поступающие на вход элемента 26 И (фиг.5,и), генератор 1 вырабатывает импульсы с частотой 1 Гц (фиг.5,а), поступающие на вход первого одновибратора 3, который по переднему фронту каждого импульса вырабатывает первый из двух импульс длительностью 50 мс (фиг.5,б). Импульсы с выхода первого одновибратора 3 обнуляют счетчик 27, поступают на второй одновибратор 4 и через блок 24 элементов ИЛИ на источники света блока 25 (фиг.5,е).
Второй одновибратор 4 по заднему фронту импульса с выхода первого одновибратора 3 вырабатывает короткий импульс, который устанавливает RS-триггер 2 в единицу (фиг.5,в), второй ключ 9 коммутирует напряжение со входа на первый делитель 12, с выходов которого десять постоянных напряжений через мультиплексоры аналоговые блока 17 поступают соответственно на входы мультиплексора 19 и десяти преобразователей напряжение-длительность импульса блока 18. На выходе первого преобразователя формируется длительность импульса, равная 50 мс, то есть принятой за верхнюю границу длительности паузы между двумя световыми импульсами (фиг.5,г). На выходе каждого последующего преобразователя формируется длительность импульса, уменьшенная по сравнению с длительностью на выходе предыдущего преобразователя на 5 мс. Импульсы с выходов десяти преобразователей напряжение-длительность импульса блока 18 поступают соответственно на мультиплексор 22 и одновибраторы блока 7, которые по спаду импульсов вырабатывают вторые из двух импульсы длительностью 50 мс (фиг.5,д), поступающие через элементы ИЛИ блока 24 на источники света блока 25 (фиг.5,е).
На первом этапе испытуемый определяет источник света блока 25, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и замыкает соответствующий ему ключ блока 30, сигнал с выхода которого поступает на шифратор 31 и элемент 16 ИЛИ. Код замкнутого ключа с выхода шифратора 31 поступает на регистр 23, сигнал с выхода элемента 16 ИЛИ - на четвертый одновибратор 6, импульс с выхода которого (фиг.5,ж) записывает в регистр 23 код замкнутого ключа.
Код замкнутого ключа с выхода регистра 23 поступает на мультиплексоры 19 и 22. Длительность импульса, соответствующая источнику света, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, через мультиплексор 22 поступает на элемент 26 И. При сигнале логической единицы на выходе мультиплексора 22 частота с выхода генератора 28 поступает на счетный вход счетчика 27 (фиг.5,к), результат счета отображается на индикаторах блока 29 индикации.
Одновременно напряжение, соответствующее источнику света, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, с выхода мультиплексора блока 17 через мультиплексор 19 поступает на устройство 20 аналоговое запоминающее, в которое записывается импульсом с третьего одновибратора 5 (фиг.5,з), запускаемого по спаду импульса с выхода мультиплексора 22. Одновременно импульс с выхода третьего одновибратора 5 обнуляет RS-триггер 2 (фиг.5,в) и поступает на счетный вход счетчика 21 двоичного, код на выходе счетчика 21 увеличивается на единицу и поступает на мультиплексоры блока 17 и элемент 15 ИЛИ. Напряжение, соответствующее источнику света, для которого субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, с выхода устройства 20 аналогового запоминающего первым ключом 8 коммутируется на вход третьего ключа 10.
При поступлении очередного импульса с выхода второго одновибратора 4 RS-триггер 2 устанавливается в единицу, третий ключ 10 коммутирует напряжение со входа на второй делитель 13, с выходов которого десять постоянных напряжений через мультиплексоры аналоговые блока 17 поступают соответственно на входы мультиплексора 19 и десяти преобразователей напряжение-длительность импульса блока 18. На выходе первого преобразователя формируется длительность импульса, соответствующая паузе светодиода, определенного на первом этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На выходе каждого последующего преобразователя формируется длительность импульса, уменьшенная по сравнению с длительностью на выходе предыдущего преобразователя на 0,5 мс. Остальная часть схемы работает аналогично тому, как описано выше.
На втором этапе испытуемый определяет источник света блока 25, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и замыкает соответствующий ему ключ блока 30, сигнал с выхода которого поступает на шифратор 31 и элемент 16 ИЛИ. Остальная часть схемы работает аналогично тому, как описано выше.
При этом длительность импульса, соответствующая источнику света, для которого на втором этапе субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, через мультиплексор 22 поступает на элемент 26 И. При сигнале логической единицы на выходе мультиплексора 22 частота с выхода генератора 28 поступает на счетный вход счетчика 27, результат счета отображается на индикаторах блока 29 индикации. Напряжение, соответствующее источнику света, для которого на втором этапе субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, с выхода мультиплексора блока 17 через мультиплексор 19 поступает на устройство 20 аналоговое запоминающее, в которое записывается импульсом с третьего одновибратора 5, запускаемого по спаду импульса с выхода мультиплексора 22. Одновременно импульс с выхода третьего одновибратора 5 обнуляет RS-триггер 2 и поступает на счетный вход счетчика 21 двоичного, код на выходе счетчика 21 увеличивается на единицу, поступает на мультиплексоры блока 17 и элемент 15 ИЛИ. Напряжение, соответствующее источнику света, для которого на втором этапе субъективно ощущается слияние двух световых импульсов в один, с выхода устройства 20 аналогового запоминающего первым ключом 8 коммутируется на вход четвертого ключа 11.
При поступлении очередного импульса с выхода второго одновибратора 4 RS-триггер 2 устанавливается в единицу, четвертый ключ 11 коммутирует напряжение со входа на третий делитель 14, с выходов которого десять постоянных напряжений через мультиплексоры аналоговые блока 17 поступают соответственно на входы мультиплексора 19 и десяти преобразователей напряжение-длительность импульса блока 18. На выходе первого преобразователя формируется длительность импульса, соответствующая паузе светодиода, определенного на втором этапе испытуемым как светодиод, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На выходе каждого последующего преобразователя формируется длительность импульса, уменьшенная по сравнению с длительностью на выходе предыдущего преобразователя на 0,1 мс.
На третьем этапе испытуемый определяет источник света блока 25, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и замыкает соответствующий ему ключ блока 30, сигнал с выхода которого поступает на шифратор 31 и элемент 16 ИЛИ. Остальная часть схемы работает аналогично тому, как описано выше.
После считывания значения с индикаторов блока 29 индикации длительности паузы, принимаемой за оценку времени инерционности зрительной системы человека, испытуемый кратковременным замыканием ключа блока 30 устанавливает устройство в исходное состояние (цепи не показаны).
При предъявлении испытуемому двух световых импульсов, разделенных паузой
п
кр
п
п
кр
п
кр
t>t (фиг.4,а), у него возникает ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.4,б). При уменьшении длительности паузы t между двумя световыми импульсами до значения t=t (фиг.4в) возникает субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один (фиг.4г). Максимальная длительность паузы t=t между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один, определяется параметрами инерционности зрительной системы человека (фиг.4в, г):
кр
2
1
t=τ-τ.
Известны следующие значения параметров инерционности зрительной системы человека:
2
- время восстановления τ [6, 7] или время сохранения зрительного впечатления - порядка 50 мс [11];
1
- время ощущения τ [6, 7] или критическая длительность зрения - порядка 1,5 мс
[12].
2
1
2
Так как τ>>τ, то за инерционность зрительной системы человека может быть принято время восстановления τ:
2
кр
τ≅t.
При длительности импульса, равной 40-50 мс, возбудительные и тормозные процессы ко времени окончания импульса в основном сформированы [13], поэтому длительность импульсов принята равной 50 мс.
Экспериментально установлено, что время восстановления зрительной системы человека находится в пределах от 12 до 31 мс [14], поэтому длительность паузы между двумя световыми импульсами на первом этапе измерений принята для первого светодиода блока 25 равной 50 мс. Шаг увеличения длительность паузы между двумя световыми импульсами для последующего диода по сравнению с длительностью паузы предыдущего диода на третьем этапе измерений равен 0,1 мс, так как точность отсчета времени возбуждения зрительного анализатора принята равной 0,1 мс [14].
При длительности паузы, равной 500 мс, эффекты обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым, а также прямой маскировки, при которой первый импульс влияет на качество восприятия второго, отсутствуют или слабо выражены [15]. Для устранения эффекта маскировки последовательности двух световых импульсов повторяются через постоянный временной интервал 1 с.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет уменьшить время исследования, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях или в процессе тестирования методом велоэргометрии с целью оценки степени утомления человека или его функционального состояния.
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 A.M. 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.
5. Патент 2220656, А61В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека. / В.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 10.01.04, Бюл. №1.
6. 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.
7. Семеновская Е.Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. - М.: Медгиз, 1963. - 279 с.
8. Расчет элементов цифровых устройств: Учеб. пособие. / Л.Н.Преснухин, Н.В.Воробьев, А.А.Шишкевич; Под ред. Л.Н.Преснухина. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1991. - 526 с.
9. Ланцов А.Л., 3ворыкин Л.Н., Осипов И.Ф. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1983. - 272 с.
10. Аналоговые интегральные схемы. Элементы, схемы, системы и применения. / Под ред. Дж.Коннели. - М.: Мир, 1977. - 440 с.
11. Сомов Е.Е. Методы офтальмоэргономики. - Л.: Наука, 1989. - 157 с.
12. Шамшинова A.M., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. - М.: Медицина, 1999. - 416 с.
13. Подвигин Н.Ф., Макаров Ф.Н., Шелепин Ю.Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы. - Л.: Наука, 1986. - 252 с.
14. Роженцов В.В. Оценка времени восстановления зрительного анализатора с использованием аппаратно-программного комплекса. // Наукоемкие технологии. - 2004. - Т.5. - №10. - С.25-29.
15. 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.