Устройство для определения времени восприятия зрительной информации

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования параметров зрительной системы человека. Устройство содержит пульт управления, точечный источник света, счетчик, блок индикации, генератор импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент ИЛИ, элемент И, четвертый одновибратор и триггер. Устройство позволяет определить время восприятия зрительной информации, что свидетельствует о расширении его функциональных возможностей. 4 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения времени восприятия зрительной информации.

Известно устройство для экспериментального определения времени инерции зрительной системы, содержащее маятник, задающий время экспозиции марки и набора контрастных фильтров [1]. На данном устройстве измеряют пороговый контраст е для какого-нибудь объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах К_n, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст К_э 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:

q=K_nt/e.

Недостатками устройства являются его сложность, необходимость использования сложного оборудования, 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, фиксируется. 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.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее пульт управления, точечный источник света, счетчик, блок индикации, генератор импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент ИЛИ и элемент И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход счетчика 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 импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен с вторым входом элемента И и с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом источника света, третий выход пульта управления соединен с вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса [5].

Недостатком устройства являются его низкие функциональные возможности, так как устройство не позволяет определить время восприятия зрительной информации.

Время восприятия зрительной информации представляет собой сумму длительности светового импульса τ_имп и длительности паузы t_кр между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один [6]:

t_восп=τ_имп+t_кр.

В предлагаемом изобретении в устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее пульт управления, точечный источник света, счетчик, блок индикации, генератор импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент ИЛИ и элемент И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход счетчика соединен с первым входом блока индикации, первый выход пульта управления соединен с первым входом источника света, второй вход блока индикации соединен с вторым выходом пульта управления, выход генератора миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента И, выход генератора импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом источника света, третий выход пульта управления соединен с вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, дополнительно введены четвертый одновибратор и триггер, причем вход четвертого одновибратора соединен с выходом генератора импульсов, а его выход соединен с вторым входом счетчика и с вторым входом триггера, первый вход которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход соединен с вторым входом элемента И.

Заявляемое устройство благодаря введению четвертого одновибратора и триггера позволяет:

- определить время восприятия зрительной информации;

- проводить измерения времени восприятия зрительной информации без использования сложного оборудования.

Таким образом, заявляемое устройство отличается от известных новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства.

На фиг.2 - временная диаграмма работы устройства.

На фиг.3 представлены временные диаграммы светового импульса и соответствующей реакции зрительной системы, характеризующих восприятие зрительной системой световых импульсов, где фиг.3а - временная диаграмма светового импульса; фиг.3б - зрительное ощущение, вызванное световым импульсом; τ₁ - время зрительного ощущения - время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8]; τ₂ - время восстановления - время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8].

На фиг.4 представлены временные диаграммы последовательности двух световых импульсов заданной длительности τ_имп, разделенных регулируемой паузой длительностью t_п и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.4а - временная диаграмма последовательности двух световых импульсов заданной длительности τ_имп, разделенных регулируемой паузой длительностью t_п, при которой два световых импульса субъективно воспринимается испытуемым раздельно; фиг.4б - зрительное ощущение на последовательность двух световых импульсов, представленную на фиг.4а; фиг.4в - временная диаграмма последовательности двух световых импульсов заданной длительности τ_имп, разделенных регулируемой паузой длительностью t_п=t_кр, где t_кр - максимальная длительность регулируемой паузы t_п между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один; фиг.4г - зрительное ощущение на последовательность двух световых импульсов, разделенных регулируемой паузой t_п=t_кр.

Заявляемое устройство содержит пульт 1 управления, точечный источник 2 света, счетчик 3, блок 4 индикации, генератор 5 импульсов, генератор 6 миллисекундных импульсов, первый 7 одновибратор, второй 8 одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий 9 одновибратор, элемент 10 ИЛИ и элемент 11 И, четвертый 12 одновибратор и триггер 13, причем выход элемента 11 И соединен с первым входом счетчика 3, выход счетчика 3 соединен с первым входом блока 4 индикации, первый выход пульта 1 управления соединен с первым входом источника 2 света, второй вход блока 4 индикации соединен с вторым выходом пульта 1 управления, выход генератора 6 миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента 11 И, выход генератора 5 импульсов соединен с входом первого 7 одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента 10 ИЛИ и с первым входом второго 8 одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен с входом третьего 9 одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента 10 ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом источника 2 света, третий выход пульта 1 управления соединен с вторым входом второго 8 одновибратора с регулируемой длительностью импульса, вход четвертого 12 одновибратора соединен с выходом генератора 5 импульсов, а его выход соединен с вторым входом счетчика 3 и с вторым входом триггера 13, первый вход которого соединен с выходом третьего 9 одновибратора, а выход соединен с вторым входом элемента 11 И.

Одновибраторы 7, 9 предназначены для выработки световых импульсов длительностью 50 мс, одновибратор 8 предназначен для формирования регулируемой паузы между двумя световыми импульсами в пределах от 5 до 150 мс.

Одновибратор 12 предназначен для выработки короткого импульса для обнуления счетчика 3 и установки в «1» триггера 13.

Одновибраторы 7, 8, 9, 12 могут быть выполнены, например, с использованием микросхемы К155АГ1, которая может запускаться как по переднему, так и по заднему фронтам поступающих импульсов, и реализованы по схеме [9, рис.4.20, с.216].

Генератор 6 миллисекундных импульсов предназначен для формирования последовательности счетных импульсов, обеспечивающих точность измерения, равную 1 мс, и может быть выполнен по известной схеме.

Генератор 5 предназначен для выработки импульсов с частотой 1 Гц, обеспечивающих заданное время повторения последовательности двух световых импульсов, и может быть выполнен по известной схеме.

Счетчик 3 предназначен для определения времени восприятия зрительной информации с точностью 1 мс.

Источник 2 света предназначен для предъявления световых импульсов и выполнен точечным, например, на светодиоде типа АЛС307ЕМ.

Индикаторы в блоке 4 индикации предназначены для отображения значения времени восприятия зрительной информации и могут быть выполнены, например, на индикаторах типа АЛС333А.

Триггер 13 представляет собой стандартный R-S триггер.

Остальные функциональные узлы структурной схемы устройства общеизвестны.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания счетчик 3 и триггер 13 обнуляются (цепи не показаны). С пульта 1 управления на источник 2 света подается питание, генератор 5 импульсов вырабатывает импульсы с частотой 1 Гц (фиг.2а), поступающие на вход одновибратора 12, формирующего короткие импульсы (фиг.2б).

Одновременно импульсы с генератора 5 импульсов поступают на одновибратор 7, который по переднему фронту каждого импульса вырабатывает импульс заданной длительности, равной 50 мс (фиг.2в).

Импульсы с выхода одновибратора 7 через элемент 10 ИЛИ поступают на источник 2 света (фиг.2е) и задним фронтом запускают одновибратор 8 (фиг.2г).

Длительность импульсов на выходе одновибратора 8 регулируется испытуемым с пульта 1 управления в заданных пределах. По заднему фронту импульсов с одновибратора 8 запускается одновибратор 9, вырабатывающий импульсы заданной длительности, равной 50 мс (фиг.2д), которые через элемент 10 ИЛИ поступают на источник 2 света (фиг.2е).

По фронту импульса с одновибратора 12 обнуляется счетчик 3 и устанавливается в «1» триггер 13 (фиг.2ж), уровень логической единицы с выхода которого поступает на второй вход элемента 11 И.

По фронту импульсов с третьего одновибратора 9 на выходе триггера 13 устанавливается уровень логического нуля (фиг.2ж).

Одновременно при включении питания генератор 6 вырабатывает импульсы с заданной частотой, поступающие на первый вход элемента 11 И (фиг.2з). При наличии на втором входе элемента 11 И уровня логической единицы с выхода триггера 13 на выходе элемента 11 И формируется пачка импульсов, число импульсов в пачке равно сумме длительности импульса на выходе одновибратора 7 и длительности импульса на выходе одновибратора 8 в мс (фиг.2и). Пачка импульсов поступает на счетный вход счетчика 3, результат счета отображается в блоке 4 индикации.

Испытуемый вращением ручки потенциометра пульта 1 управления уменьшает длительность импульсов на выходе одновибратора 8 до момента субъективного слияния двух световых импульсов в один. Сумма длительности светового импульса и регулируемой паузы в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один принимается за время восприятия зрительной информации.

Для считывания значения суммы длительности регулируемой паузы и длительности светового импульса испытуемый переключает ключ на пульте 1 управления, снимает питание с источника 2 света и подает его на блок 4 индикации, на котором отображается значение времени восприятия зрительной информации в мс.

При предъявлении последовательности двух световых импульсов заданной длительности τ_имп≥τ₁, разделенных паузой длительностью t_п>t_кр (фиг.4а), у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.4б). При уменьшении длительности паузы t_п между двумя световыми импульсами до значения t_п=t_кр (фиг.4в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.4г).

Сумма длительности светового импульса τ_имп и длительности регулируемой паузы t_п=t_кр между двумя световыми импульсами в момент субъективного слияния двух световых импульсов в один определяет пороговое время зрительного восприятия светового импульса и принимается за время восприятия зрительной информации:

t_восп=τ_имп+t_кр.

Время повторения последовательности двух световых импульсов выбрано из условия исключения маскировки по принципу интеграции. Данная маскировка заключается в том, что зрительный образ второго светового стимула накладывается на образ первого светового стимула, при времени межстимульного интервала более 500 мс маскировка исчезает [10]. Для исключения эффекта маскировки по принципу интеграции предъявляется последовательность двух световых импульсов с временем повторения, равным 1000 мс.

Известно, что при предъявлении тестовых вспышек динамика рецептивного поля (РП) нейронов развивается следующим образом [11]. В тестируемом участке поля зрения появляется вначале РП небольшого размера. Затем ответы усиливаются, а регистрируемое РП расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Динамика РП во время развития on- и off-ответа оказывается сходной. Статистическая оценка показывает, что у разных нейронов появление регистрируемого РП приходится, в основном, на 20-80 мс после включения стимула, максимум расширения РП приходится на 60-100 мс, а его исчезновение - на период от 100 до 200 мс.

Из анализа временных параметров развития РП нейронов на тестовые вспышки следует, что ответ РП формируется через 20-80 мс после предъявления тестовой вспышки, поэтому, чтобы не нарушать процесс развития ответа на тестовую вспышку, длительность светового импульса τ_имп должна быть выбрана в диапазоне 20-80 мс и взята равной 50 мс.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет упростить процедуру определения временных параметров восприятия зрительной информации, проводить измерения без использования сложного оборудования.

Литература

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 РФ, МПК7 А 61 В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека /В.В.Роженцов, И.В.Петухов // Б.И. - 2004. - №1.

6. Патент 2209030 РФ, МПК7 А 61 В 5/00. Способ определения времени восприятия зрительной информации / В.В.Роженцов, И.В.Петухов // Б.И. - 2003. - №21.

7. 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.

8. Семеновская Е.Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. - М.: Медгиз, 1963. - 279 с.

9. 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.

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.

11. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. - Т.23. - №2. - С.68-79.

Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее пульт управления, точечный источник света, счетчик, блок индикации, генератор импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент ИЛИ и элемент И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход счетчика соединен с первым входом блока индикации, первый выход пульта управления соединен с первым входом источника света, второй вход блока индикации соединен с вторым выходом пульта управления, выход генератора миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента И, выход генератора импульсов соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, выход которого соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом источника света, третий выход пульта управления соединен с вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, отличающееся тем, что в него дополнительно введены четвертый одновибратор и триггер, причем вход четвертого одновибратора соединен с выходом генератора импульсов, а его выход соединен с вторым входом счетчика и с вторым входом триггера, первый вход которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход соединен с вторым входом элемента И.