Устройство для исследования времени инерционности зрительной системы человека

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для исследования зрительной системы человека. Устройство содержит генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент И, элемент исключающее ИЛИ, счетчик, пульт управления, первый источник света, второй источник света и блок индикации. Изобретение позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы. При этом не требуется применения сложного оборудования. 3 ил.

 

Изобретение относится к медицине и предназначено для исследования времени инерционности зрительной системы человека.

Известно устройство для экспериментального исследования 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 K_n, создаваемых заданным набором фильтров, доводят эффективный контраст K_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.

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 зрительной системы и уменьшению точности измерений.

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 с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент И, элемент ИЛИ, счетчик, пульт управления, источник света и блок индикации, 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 устройства является отсутствие возможности исследовать время инерционности зрительной системы человека при одновременном предъявлении световых импульсов.

Время инерционности зрительной системы человека при одновременном предъявлении двух световых импульсов равно значению времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно времени окончания эталонного постоянного по длительности в момент субъективного ощущения, что световые импульсы оканчиваются не одновременно [6].

Заявляемое устройство позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых импульсов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы. При этом не требуется применения сложного оборудования.

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

Заявляемое устройство благодаря введению элемента исключающее ИЛИ и второго источника света позволяет:

- исследовать инерционность зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых импульсов;

- уменьшить продолжительность эксперимента за счет одновременного предъявления световых стимулов;

- уменьшить утомление зрительной системы путем снижения продолжительности эксперимента;

- проводить исследования 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 заявляемого устройства.

На фиг.3 представлены последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.3а - временная диаграмма последовательности эталонных световых импульсов, длительность каждого τ_имп=80 мс; фиг.3б - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности импульсов, каждый из которых оканчивается ранее эталонного на время t_ок, при этом у испытуемого возникает ощущение того, что импульсы оканчиваются одновременно; фиг.3в - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности импульсов, каждый из которых оканчивается ранее эталонного на пороговое время t_ок.пор, вызывающего ощущение того, что предъявляемые импульсы оканчиваются не одновременно.

Заявляемое устройство содержит генератор 1 секундных импульсов, генератор 2 миллисекундных импульсов, первый 3 одновибратор, второй 4 одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий 5 одновибратор, элемент 6 И, элемент 7 исключающее ИЛИ, счетчик 8, пульт 9 управления, первый источник 10 света, второй источник 11 света и блок 12 индикации.

Генератор 1 секундных импульсов предназначен для формирования последовательности импульсов с частотой 1 Гц, обеспечивающих заданное время повторения парных тестовых импульсов, и может быть выполнен по известной схеме.

Генератор 2 миллисекундных импульсов предназначен для формирования счетных импульсов с частотой 1 кГц, обеспечивающих точность измерения, равную 1 мс, и может быть выполнен по известной схеме.

Первый 3 одновибратор предназначен для формирования импульса заданной длительности, равной 80 мс. Третий 5 одновибратор предназначен для выработки короткого импульса, обнуляющего счетчик 8 и запускающего второй 4 одновибратор. Второй 4 одновибратор с регулируемой длительностью импульса предназначен для изменения времени окончания предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного в пределах 5-150 мс. Одновибраторы 3, 4, 5 могут быть выполнены, например, с использованием микросхемы К155АГ1, которая может запускаться как по переднему, так и по заднему фронтам поступающих импульсов, по схеме [7, рис.4.20, с.216].

Счетчик 8 предназначен для определения регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого с точностью 1 мс.

Источники 10 и 11 света предназначены для предъявления световых импульсов и выполнены, например, на светодиодах АЛС307ЕМ.

Индикаторы на блоке 12 индикации предназначены для отображения величины регулируемой задержки предъявления одного импульса относительно другого и могут быть выполнены, например, на индикаторах типа АЛС333А.

Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны.

Устройство работает следующим образом. При включении питания счетчик 8 обнуляется (цепи не показаны). Генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы с частотой 1 Гц (фиг.2а), поступающие на вход одновибратора 5, который по переднему фронту каждого импульса вырабатывает короткий импульс (фиг.2б), запускающий одновибратор 3 и обнуляющий счетчик 8. Одновибратор 3 вырабатывает импульс заданной длительности (фиг.2в), поступающий на вход первого источника 10 света, и запускает одновибратор 4, вырабатывающий импульс, длительность которого устанавливается испытуемым с пульта 9 управления в заданных пределах (фиг.2г).

Импульсы с выхода одновибратора 4 поступают на вход второго источника 11 света. В результате испытуемому предъявляются два импульса, один из которых, поступающий на второй источник 11 света, оканчивается раньше эталонного, поступающего на первый источник 10 света.

Одновременно с выхода одновибратора 4 импульсы поступают на второй вход элемента 7 исключающее ИЛИ, на первый вход которого поступают импульсы с выхода одновибратора 3. С выхода элемента 7 исключающее ИЛИ импульс, длительность которого равна времени раннего окончания предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного (фиг.2д), поступает на второй вход элемента 6 И, на первый вход которого поступают импульсы с выхода генератора 2 (фиг.2е). С выхода элемента 6 И на первый вход счетчика 8 поступает пачка импульсов (фиг.2ж), результат счета отображается в блоке 12 индикации. Число импульсов в пачке равно длительности импульса на выходе элемента 7 исключающее ИЛИ, то есть времени раннего окончания импульса, поступающего на второй 11 источник света, относительно времени окончания импульса, поступающего на первый 10 источник света, в мс.

При задержке окончания предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на время t_ок<t_ок.пор (фиг.3б) у испытуемого возникает ощущение того, что импульсы оканчиваются одновременно. Испытуемый вращением ручки потенциометра пульта 9 управления уменьшает длительность импульсов на выходе одновибратора 4, увеличивая время раннего окончания предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного до момента субъективного ощущения, что световые импульсы оканчиваются не одновременно (фиг.3в). Пороговое время раннего окончания t_{зад.пор} импульса, поступающего на второй 11 источник света, относительно времени окончания импульса, поступающего на первый 10 источник света, в этот момент фиксируется и принимается равным времени инерционности зрительной системы.

Для считывания значения времени инерционности испытуемый через пульт 9 управления подает питание на блок 12 индикации, на индикаторах которого отображается значение времени инерционности зрительной системы в мс.

Для исследования инерционности зрительной системы испытуемому предъявляют последовательность пар импульсов длительностью t_имп (фиг.3а), повторяющихся через временной интервал Т. 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 [8], длительность эталонного импульса принята равной 80 мс.

Временной интервал Т выбирается из условия исключения влияния эффекта маскировки. Маскировка заключается 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 предъявляется через постоянный временной интервал 1 с.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет исследовать время инерционности зрительной системы при одновременном предъявлении двух световых стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы. При этом не требуется применения сложного оборудования.

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 РФ, МПК⁷ А61В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, И.В.Петухов // БИ - 2004. - № 1.

6. Патент 2262293 РФ, МПК⁷ 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.

7. 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.

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

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.

Устройство для исследования времени инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор с регулируемой длительностью импульса, третий одновибратор, элемент И, счетчик, пульт управления, источник света и блок индикации, выход элемента И соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен со вторым выходом пульта управления, выход генератора миллисекундных импульсов соединен с первым входом элемента И, первый выход пульта управления соединен со вторым входом второго одновибратора с регулируемой длительностью импульса, отличающееся тем, что оно содержит элемент Исключающее ИЛИ и второй источник света, причем выход генератора секундных импульсов соединен со входом третьего одновибратора, второй выход которого соединен со вторым входом счетчика, а первый выход - со входом первого одновибратора и первым входом второго одновибратора, выход которого соединен со входом второго источника света и вторым входом элемента Исключающее ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход первого одновибратора соединен с входом первого источника света и с первым входом элемента Исключающее ИЛИ.