УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИНЕРЦИОННОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
DEVICE FOR EXAMINING PARAMETRES IF HUMAN VISUAL SYSTEM PERSISTENCE

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования параметров инерционности зрительной системы человека.
п
э
Известно устройство для экспериментального определения времени инерции зрительной системы, содержащее маятник, задающий время экспозиции марки, и набор контрастных фильтров [1]. На данном устройстве измеряют пороговый контраст с 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, которое при времени экспозиции t<0,01 определяется по формуле:
п
q=Кt/ε.
Недостатками 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 (ПП9-2м), 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, фиксируются. Продолжительность эксперимента составляет 10-15 мин.
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 зрительного анализатора и уменьшению точности измерений.
Инерционность зрительной системы при предъявлении световых импульсов принято характеризовать следующими параметрами [5, 6]:
1
- временем зрительного ощущения τ - временем между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения;
2
- временем восстановления τ - временем между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, элемент ИЛИ, счетчик, источник света и блок индикации, причем выход счетчика соединен со входом блока индикации, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и со входом второго одновибратора, выход третьего одновибратора соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом источника света, отличающееся тем, что в него дополнительно введены формирователь интервала времени, генератор серии из десяти импульсов, генератор серии из пяти импульсов, четвертый одновибратор, второй элемент ИЛИ, первый, второй и третий ключи, выход первого ключа соединен с входом четвертого одновибратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из десяти импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом прямого счета счетчика, выход которого также соединен с входами параллельной загрузки формирователя интервала времени, выход третьего ключа соединен со входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен со входом обратного счета счетчика, выход второго одновибратора соединен с входом запуска формирователя интервала времени, вход синхроимпульсов которого соединен с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - с входом третьего одновибратора, причем счетчик выполнен реверсивным, а второй одновибратор - с фиксированной длительностью импульса [7].
В данном устройстве за время инерционности зрительной системы принято время восстановления. Недостатком устройства является низкая точность определения времени восстановления, так как при этом не учитывается время зрительного ощущения.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении точности определения времени восстановления за счет учета времени зрительного ощущения.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит генератор миллисекундных импульсов, генератор секундных импульсов, первый-четвертый одновибраторы, первый-второй элементы ИЛИ, счетчик реверсивный, формирователь интервала времени, точечный источник света, блок индикации, генератор серии из десяти импульсов, генератор серии из пяти импульсов, первый-третий ключи, выход генератора секундных импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с входом второго одновибратора, выход третьего одновибратора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом источника света, выход первого ключа соединен с входом четвертого одновибратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из десяти импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом прямого счета счетчика реверсивного, выходы которого соединены с входами параллельной загрузки формирователя интервала времени, выход третьего ключа соединен с входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен с входом обратного счета счетчика реверсивного, выход второго одновибратора соединен с входом запуска формирователя интервала времени, вход синхроимпульсов которого соединен с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - с входом третьего одновибратора, причем новым является то, что дополнительно введены пятый одновибратор, счетчик двоичный, первый-второй регистры, арифметическо-логическое устройство, переключатель и четвертый ключ, причем нормально-замкнутый и нормально-разомкнутый выходы переключателя соединены с входами включения внешних резисторов первого и третьего одновибраторов, выход четвертого ключа соединен с счетным входом счетчика двоичного, выход первого разряда которого соединен с входом записи первого регистра и входом пятого одновибратора, выход которого соединен с входом обнуления счетчика реверсивного, выходы которого соединены также с входами первого и второго регистров, выход второго разряда счетчика двоичного соединен с входом записи второго регистра, выходы которого соединены с вторыми входами арифметическо-логического устройства, первые входы которого соединены с выходами первого регистра, выходы которого соединены с входами блока индикации.
Заявляемое устройство благодаря введению пятого одновибратора, счетчика двоичного, первого и второго регистров, арифметическо-логического устройства, переключателя и четвертого ключа позволяет повысить точность определения времени восстановления за счет учета времени зрительного ощущения.
и
мии
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства на фиг.2 - временная диаграмма его работы, на фиг.3 - временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, на фиг.4 - временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых для определения времени инерционности зрительной системы, где τ - длительность предъявляемых импульсов, t - длительность межимпульсного интервала между двумя импульсами в паре, Т - интервал повторения парных световых импульсов.
и
мии
мии
пор1
1
2
На фиг.5 представлены временные диаграммы пары световых импульсов длительностью τ=50 мс, разделенных межимпульсным интервалом t, и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.5а - временная диаграмма пары световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t, вызывающим зрительное ощущение раздельности импульсов; фиг.5б - временная диаграмма зрительного ощущения пары световых импульсов, представленных на фиг.5а; фиг.5в - временная диаграмма пары световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один; фиг.5г - временная диаграмма зрительного ощущения пары световых импульсов, представленных на фиг.5в; τ - время зрительного ощущения; τ - время восстановления зрительной системы.
и
мии
мии
пop2
on
off
На фиг.6 представлены временные диаграммы пары световых импульсов длительностью τ=200 мс, разделенных межимпульсным интервалом t, и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.6а - временная диаграмма пары световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t, вызывающим зрительное ощущение раздельности импульсов; фиг.6б - временная диаграмма зрительного ощущения пары световых импульсов, представленных на фиг.6а; фиг.6в - временная диаграмма пары световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один; фиг.6г - временная диаграмма зрительного ощущения пары световых импульсов, представленных на фиг.6в; τ - время возбуждения оn-канала зрительной системы - время суммации оn-канала, необходимое для возникновения зрительного ощущения начала стимула, то есть время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [9, 10]; τ - время возбуждения off-канала зрительной системы - время суммации off-канала, необходимое для возникновения зрительного ощущения окончания стимула.
Заявляемое устройство содержит генератор 1 миллисекундных импульсов, генератор 2 секундных импульсов, первый-пятый одновибраторы 3-7, первый-второй элементы 8-9 ИЛИ, счетчик 10 реверсивный, счетчик 11 двоичный, формирователь 12 интервала времени, источник 13 света, блок 14 индикации, генератор 15 серии из десяти импульсов, генератор 16 серии из пяти импульсов, первый регистр 17, второй регистр 18, арифметическо-логическое устройство 19, переключатель 20 и первый-четвертый ключи 21-24.
Первый 3 и третий 5 одновибраторы предназначены для выработки сдвоенных тестовых импульсов. Внешние резисторы одновибраторов, подключенные к нормально-замкнутому выходу переключателя 20, задают длительность импульсов 50 мс, к нормально-разомкнутому выходу - 200 мс. Пятый одновибратор 7 предназначен для выработки короткого импульса. 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].
Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны или соответствуют прототипу.
Устройство работает следующим образом. Переключатель 20 устанавливается в положение «50 мс», как показано на схеме (фиг.1). При включении питания счетчики 10-11 и регистры 17-18 обнуляются, схема формирователя 12 интервала времени и схемы генератора 15 серии из десяти импульсов и генератора 16 серии из пяти импульсов устанавливаются в исходное состояние (цепи не показаны), генератор 1 вырабатывает миллисекундные импульсы (фиг.2а), генератор 2 - секундные импульсы (фиг.2б). Импульсы с выхода генератора 2 поступают на вход первого одновибратора 3, вырабатывающего по переднему фронту каждого импульса первый импульс длительностью 50 мс (фиг.2в), который через первый элемент 8 ИЛИ поступает на источник 13 света (фиг.2ж) и задним фронтом запускает второй одновибратор 4, вырабатывающий импульс длительности, необходимой для запуска формирователя 12 интервала времени (фиг.2г).
0
1
1
На первом этапе (фиг.3, интервал времени T-T) испытуемый замыкает второй ключ 22, генератор 15 вырабатывает пачку из десяти импульсов, которые через второй элемент 9 ИЛИ поступают на счетчик 10 реверсивный, суммируются, результат счета поступает на формирователь 12 интервала времени, на который поступают миллисекундные импульсы с генератора 1. На инверсном выходе формирователя 12 формируется импульс длительностью 10 мc (фиг.2д), по его заднему фронту запускается третий одновибратор 5, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мc (фиг.2е), который через первый элемент 8 ИЛИ поступает на источник 13 света (фиг.2ж). В результате испытуемому предъявляется последовательность парных световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 10 мс, повторяющихся через временной интервал 1 с (фиг.4). Далее испытуемый замыкает второй ключ 22 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени T).
1
2
2
На втором этапе (фиг.3, интервал времени T-Т) испытуемый замыкает третий ключ 23, генератор 16 вырабатывает пачку из пяти импульсов, которые поступают на счетчик 10 реверсивный, вычитаются, результат счета поступает на формирователь 12 интервала времени, на который поступают миллисекундные импульсы с генератора 1. Аналогично предыдущему на инверсном выходе формирователя 12 формируется импульс меньшей на 5 мс длительности, по его заднему фронту запускается третий одновибратор 5, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мс, который через первый элемент 8 ИЛИ поступает на источник 13 света. Далее испытуемый замыкает третий ключ 23 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.3, момент времени Т).
2
3
3
4
3
На третьем этапе (фиг.3, интервал времени Т-Т) испытуемый замыкает первый ключ 21, четвертый одновибратор 6 вырабатывает импульс, который через второй элемент 9 ИЛИ поступает на счетчик 10 реверсивный, суммируется, результат счета поступает на формирователь 12 интервала времени, на который поступают миллисекундные импульсы с генератора 1. Аналогично предыдущему на инверсном выходе формирователя 12 формируется импульс большей на 1 мс длительности, по его заднему фронту запускается третий одновибратор 5, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мс, который через первый элемент 8 ИЛИ поступает на источник 13 света. Далее испытуемый замыкает первый ключ 21 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени Т). Испытуемый замыкает четвертый ключ 24 (фиг.3, момент времени Т), на первом выходе счетчика 11 двоичного появляется сигнал логической единицы, по его фронту в первый регистр 17 записывается код с выхода счетчика 10 реверсивного, равный пороговой длительности межимпульсного интервала, определенной на третьем этапе в момент времени Т. Код с выхода регистра 17 поступает на первые входы арифметическо-логического устройства 19. Сигнал логической единицы с первого выхода счетчика 11 двоичного поступает на вход пятого одновибратора 7, вырабатывающего по его переднему фронту короткий импульс, обнуляющий счетчик 10 реверсивный.
На четвертом этапе испытуемый переводит переключатель 20 в положение «200 мс» и выполняет действия, аналогичные первому этапу. При этом первый одновибратор 3 и третий одновибратор 5 вырабатывают импульсы длительностью 200 мс. Остальная часть схемы работает аналогично тому, как описано выше.
На пятом и шестом этапах испытуемый выполняет действия, аналогичные соответственно второму и третьему этапам. При этом при замыкании четвертого ключа 24 на втором выходе счетчика 11 двоичного появляется сигнал логической единицы, по его фронту во второй регистр 18 записывается код с выхода счетчика 10 реверсивного, равный пороговой длительности межимпульсного интервала, определенной на пятом этапе. Код с выхода регистра 18 поступает на вторые входы арифметическо-логического устройства 19, в котором вычисляется сумма кодов, поступающих на входы, результат вычислений отображается на индикаторах блока 14 индикации.
После считывания значения времени восстановления с индикаторов блока 14 индикации устройство устанавливается в исходное состояние (цепи не показаны).
мии
пop1
мии
мии
пop1
При предъявлении последовательности пары световых импульсов длительностью 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом длительностью t>t (фиг.5а), у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.5б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t между двумя световыми импульсами до значения t<t (фиг.5в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.5г).
При длительности импульса, равной 40-50 мс, возбудительные и тормозные процессы ко времени окончания импульса в основном сформированы [11], поэтому длительность импульсов принята равной 50 мс.
Интервал повторения парных световых импульсов выбирается из условия исключения влияния эффекта обратной маскировки, которая заключается 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 [12]. При длительности межимпульсного интервала, равной 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [13]. Для устранения эффекта маскировки последовательности двух световых импульсов повторяются через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.4).
мии
пop2
мии
пop2
При предъявлении испытуемому пары световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом t>t (фиг.6а), off-канал зрительной системы после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.6б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния маскировки, поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре до значения t<t (фиг.6в) off-канал зрительной системы после окончания первого импульса не успевает возбудится и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.6г).
2
1
пop1
Время восстановления τ равно сумме времени зрительного ощущения τ и длительности порогового межимпульсного интервала t при длительности парных световых импульсов 50 мс в момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.5в, г).
1
пop2
Время зрительного ощущения τ (время возбуждения) равно длительности порогового межимпульсного интервала t при длительности парных световых импульсов 200 мс в момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.6в, г) [14].
2
пop1
пop2
Тогда время восстановления τ равно сумме длительности порогового межимпульсного интервала t и длительности порогового межимпульсного интервала t.
Таким образом, заявляемое устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека обладает новыми свойствами, обуславливающими получение положительного эффекта.
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. 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. Патент РФ 2301623, МПК А61В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека / Петухов И.В., Роженцов В.В. - Опубл. 27.06.2007, Бюл. №18.
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. Роженцов В.В., Алиев М.Т. Время ощущения зрительного анализатора человека // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева. - 2005. - №3 (39). - С.20-23.
10. Роженцов В.В. Измерение времени ощущения зрительного анализатора // Проектирование и технология электронных средств. - 2005. - №3. - С.29-31.
11. Подвигин Н.Ф., Макаров Ф.Н., Шелепин Ю.Е. Элементы структурно-функциональной организации зрительно-глазодвигательной системы. - Л.: Наука, 1986. - 252 с.
12. 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.
13. 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.
7
14. Патент РФ 2231293, МПК А61В 5/16. Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека / Роженцов В.В., Алиев М.Т. - Опубл. 27.06.2004, Бюл. №18.