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, третий одновибратор, генератор серии из пяти импульсов, первый счетчик, второй счетчик, формирователь интервала времени, первый источник света, блок индикации, второй источник света, первый ключ для уменьшения времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 1 мс, второй ключ для увеличения времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 5 мс. 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. 4 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 e 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, задаваемого 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 (ПП9-2 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].

Недостатками устройства являются 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 со вторым входом счетчика, второй вход блока индикации соединен со 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 светового 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 стимулов за более короткий промежуток времени, что позволяет уменьшить утомление зрительной системы.

В предлагаемом изобретении в устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, источник света, блок индикации и счетчик, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход счетчика соединен со входом блока индикации, выход первого одновибратора соединен со входом второго одновибратора, дополнительно введены второй источник света, первый ключ для уменьшения времени раннего окончания одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ для увеличения времени раннего окончания одного импульса относительно другого на 5 мс, генератор серии из пяти импульсов, формирователь интервала времени и второй счетчик, причем выход второго одновибратора соединен с первым источником света, выход первого одновибратора соединен с первым входом формирователя интервала времени, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - со вторым источником света, выход первого ключа соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом первого счетчика и с первым входом второго счетчика, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго счетчика и со вторым входом первого счетчика.

Заявляемое устройство благодаря введению второго источника света, первого и второго ключа, генератора серии из 5 импульсов, формирователя интервала времени и второго счетчика 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.

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 последовательности пар предъявляемых световых импульсов, повторяющихся через временной интервал Т, равный 1 с, где фиг.3а - временная диаграмма последовательности эталонных световых импульсов длительностью t_имп=80 мс; фиг.3б - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности импульсов, каждый из которых оканчивается ранее эталонного на время t_ок1, 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 время t_ок2, вызывающее ощущение того, что предъявляемые импульсы оканчиваются не одновременно; фиг.3г - временная диаграмма последовательности регулируемых по длительности импульсов, каждый из которых оканчивается ранее эталонного на пороговое время t_ок.пор, вызывающее ощущение того, что импульсы оканчиваются одновременно.

На фиг.4 представлена временная диаграмма изменения времени раннего окончания регулируемого по длительности светового импульса относительно эталонного.

Заявляемое устройство содержит генератор 1 секундных импульсов, генератор 2 миллисекундных импульсов, первый 3 одновибратор, второй 4 одновибратор, третий 5 одновибратор, генератор 6 серии из пяти импульсов, первый 7 счетчик, второй 8 счетчик, формирователь 9 интервала времени, первый источник 10 света, блок 11 индикации, второй источник 12 света, первый ключ 13 для уменьшения времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 1 мс, второй ключ 14 для увеличения времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного на 5 мс.

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 импульсов с частотой 1 кГц, поступающих на синхронизирующий вход формирователя 9 интервала времени, что позволяет обеспечить точность измерения, равную 1 мс. Генератор 2 миллисекундных импульсов может быть выполнен по известной схеме.

Первый 3 одновибратор предназначен для выработки короткого импульса, запускающего второй 4 одновибратор и формирователь 9 интервала времени. Второй 4 одновибратор предназначен для формирования эталонного импульса заданной длительности, равной 80 мс. Третий 5 одновибратор предназначен для устранения «звона» контактов первого ключа 13 путем выработки импульса длительностью, большей времени «звона» контактов. 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 рис.4.20 [7, с.216].

Формирователь 9 интервала времени предназначен для формирования регулируемого по длительности импульса и может быть выполнен, например, по схеме рис.7.48а [8, стр.265].

Генератор 6 серии из пяти импульсов может быть выполнен, например, аналогично генераторам 7 и 8 а.с. 1309062 СССР [10].

Счетчики 7 и 8 выполнены реверсивными. Счетчик 7 предназначен для определения времени раннего окончания регулируемого по длительности импульса относительно эталонного с точностью 1 мс. Счетчик 8 с параллельной записью [8, с.263] предназначен для формирования двоичного кода, поступающего на формирователь 9 интервала времени.

Источники 10 и 12 света предназначены для предъявления световых импульсов и выполнены, например, на светодиодах АЛС307ЕМ.

Индикаторы на блоке 11 индикации предназначены для отображения значения времени раннего окончания предъявления регулируемого по длительности импульса относительно эталонного и могут быть выполнены, например, на индикаторах типа АЛС333А.

Остальные функциональные узлы структурной схемы общеизвестны.

Устройство работает следующим образом. При включении питания формирователь 9 интервала времени и реверсивный счетчик 7 обнуляются, а в реверсивный счетчик 8 записывается двоичный код, эквивалентный 80 мс - длительности эталонного импульса (цепи не показаны).

На вход синхронизации формирователя 9 интервала времени подаются импульсы, вырабатываемые генератором 2 миллисекундных импульсов. Генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы с частотой 1 Гц (фиг.2а), поступающие на вход одновибратора 3, который по переднему фронту каждого импульса вырабатывает короткий импульс (фиг.2б), запускающий формирователь 9 интервала времени и одновибратор 4, вырабатывающий импульс, длительностью 80 мс (фиг.2в), который поступает на первый источник 10 света. После запуска формирователя 9 интервала времени на его инверсном выходе формируется импульс, длительность которого эквивалентна двоичному коду на выходе реверсивного счетчика 8, то есть длительности эталонного импульса, равной 80 мс. С инверсного выхода формирователя 9 интервала времени импульс длительностью 80 мс поступает на второй 12 источник света. Таким образом, испытуемому одновременно предъявляется два импульса длительностью, равной 80 мс.

На первом этапе (фиг.4, интервал времени T₀-T₁) испытуемый кратковременно замыкает ключ 14, генератор 6 вырабатывает пачку из пяти импульсов, которые поступают на счетный вход сложения счетчика 7 и на счетный вход вычитания реверсивного счетчика 8. Результат счета счетчика 7 отображается в блоке 11 индикации, а двоичный код результата счета счетчика 8 поступает на формирователь 9 интервала времени. После очередного запуска формирователя 9 интервала времени на его инверсном выходе формируется импульс длительностью 75 мс (фиг.3б), который поступает на второй 12 источник света. В результате испытуемому предъявляются с периодом, равным 1 с, эталонный и регулируемый по длительности световые импульсы, причем регулируемый по длительности импульс окачивается ранее эталонного на время t_ox1=5 мс.

Далее испытуемый кратковременно замыкает ключ 14 необходимое число n раз, пока не определит момент субъективного ощущения, что регулируемый по длительности и эталонный световые импульсы оканчиваются не одновременно (фиг.3в). Длительность регулируемого светового импульса в этот момент времени равна (80-5n) мс, т.е. он окачивается ранее эталонного на время t_ок2=5n мс.

На втором этапе (фиг.4, интервал времени T₁-Т₂) испытуемый кратковременно замыкает ключ 13, одновибратор 5 вырабатывает импульс, который поступает на счетный вход вычитания реверсивного счетчика 7 и на счетный вход сложения реверсивного счетчика 8. Результат счета счетчика 7 отображается в блоке 11 индикации, а двоичный код результата счета счетчика 8 поступает на формирователь 9 интервала времени. После очередного запуска формирователя 9 интервала времени на его инверсном выходе формируется импульс длительностью 80-(5n-1) мс, поступающий на второй источник 12 света. В результате испытуемому предъявляются с периодом, равным 1 с, эталонный и регулируемый по длительности световые импульсы, причем регулируемый по длительности импульс окачивается ранее эталонного на (5n-1) мс.

Далее испытуемый кратковременно замыкает ключ 13 необходимое число m раз, пока не определит момент субъективного ощущения, что эталонный и регулируемый по длительности световые импульсы оканчиваются одновременно (фиг.2г, фиг.3г). Длительность регулируемого светового импульса в этот момент времени равна 80-(5n-т) мс, т.е. он окачивается ранее эталонного на время t_ок.пор=(5n-m) мс.

Разница между временем окончания эталонного и регулируемого по длительности импульсов в этот момент времени t_ок.пор принимается равной времени инерционности зрительной системы, которое отображается на индикаторах блока 11 в мс.

Для исследования инерционности зрительной системы испытуемому предъявляют последовательность пар импульсов длительностью t_имп, 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 [11], 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 [12]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [13]. 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 импульсов 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 // Б.И. - 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. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992, - 336 с.

9. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд., испр. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1989, - 325 с.

10. Авторское свидетельство 1309062 СССР, G07С 1/22. Устройство для судейства спортивной игры / Б.Ф.Лаврентьев, В.В.Роженцов. - Опубл. 07.05.87. Бюл. №17.

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

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.

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.

Устройство для исследования времени инерционности зрительной системы человека, содержащее генератор секундных импульсов, генератор миллисекундных импульсов, первый одновибратор, второй одновибратор, третий одновибратор, источник света, блок индикации и счетчик, выход генератора секундных импульсов соединен со входом первого одновибратора, выход счетчика соединен со входом блока индикации, выход первого одновибратора соединен со входом второго одновибратора, отличающееся тем, что оно содержит второй источник света, первый ключ для уменьшения времени раннего окончания одного импульса относительно другого на 1 мс, второй ключ для увеличения времени раннего окончания одного импульса относительно другого на 5 мс, генератор серии из пяти импульсов, формирователь интервала времени и второй счетчик, причем выход второго одновибратора соединен с первым источником света, выход первого одновибратора соединен с первым входом формирователя интервала времени, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с выходом генератора миллисекундных импульсов, а выход - со вторым источником света, выход первого ключа соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом первого счетчика и с первым входом второго счетчика, выход второго ключа соединен с входом генератора серии из пяти импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго счетчика и со вторым входом первого счетчика.