Способ определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека

Изобретение относится к медицине, предназначено для определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека. Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с.

На первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала уменьшают с постоянной скоростью, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один. На втором этапе длительность межимпульсного интервала увеличивают с постоянной скоростью, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре. На третьем этапе определяют пороговую длительность межимпульсного интервала путем дискретного уменьшения длительности межимпульсного интервала до момента, когда испытуемый определит субъективно слияние двух световых импульсов в паре в один. Оценкой лабильности зрительной системы является частота в Гц, определяемая по формуле F=1/(τ_имп+t_пор), где τ_имп - длительность светового импульса; t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала. Значение лабильности зрительной системы отмечают точкой на плоскости в координатах «лабильность зрительной системы - номер измерения». Описанную процедуру неоднократно повторяют. Строят график зависимости значений лабильности от номера измерения до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. Время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса. Изобретение позволяет учесть индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений лабильности зрительной системы человека. 5 ил.

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека.

Условием точности оценки лабильности зрительной системы человека является получение ее значений с малой вариабельностью. Однако в результате адаптации испытуемого к экспериментальным условиям, наличия «этапа врабатывания» [1] и влияния «закона научения», согласно которому процесс формирования навыка развивается по экспоненте [2], присутствует переходной процесс.

По окончании переходного процесса наступает квазистационарный режим, в котором наблюдается вариабельность значений лабильности зрительной системы человека, объясняемая стохастичностью центральной нервной системы, как сложного биологического объекта. Длительность переходного процесса определяется временем обучения оценке лабильности зрительной системы человека.

По мнению Н.М.Пейсахова и соавторов, стабилизация значений происходит после двух-трех измерений [3]. Однако переходной процесс сугубо индивидуален, поэтому необходимое число измерений лабильности зрительной системы человека до стабилизации ее значений для разных испытуемых различно, что подтверждено экспериментально.

Известен способ оценки лабильности зрительной системы человека с помощью критической частоты слияния световых мельканий. Максимальная частота ритмических раздражений, при которой испытуемый перестает различать пульсацию световых сигналов или начинает различать их при постепенном уменьшении частоты мельканий от максимальной до минимальной, служит мерой оценки лабильности [4].

Известен способ исследования лабильности зрительной системы человека с использованием нейрохронометра. По данному способу испытуемому предъявляют световые мелькания с частотой от 7 до 60 Гц. Момент, когда отдельные мелькания сливаются в сплошной свет, испытуемый отмечает словом «слитно». Момент появления отдельных мельканий - словом «раздельно». Мерой лабильности считается среднее арифметическое между частотой слияния и частотой появления отдельных мельканий. Верхняя и нижняя границы определяются многократно, не менее пяти раз каждая [5].

Недостатком способов является недостоверное определение истинного значения лабильности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения лабильности зрительной системы человека путем предъявления испытуемому последовательности парных световых импульсов заданной длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, причем на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с заданной постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования световых импульсов в Гц

F=1/(τ_имп+t_пор),

где τ_имп - длительность светового импульса; t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, определенная на третьем этапе измерений [6].

Недостатком способа является то, что он не учитывает индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений, что не позволяет определить время обучения оценке лабильности зрительной системы человека.

Технический результат предлагаемого способа заключается в определении времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования световых импульсов в Гц

где τ_имп - длительность светового импульса; t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, определенная на третьем этапе измерений, причем новым является то, что значение лабильности зрительной системы человека отмечают точкой на плоскости в координатах «лабильность зрительной системы - номер измерения», описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений лабильности зрительной системы человека F как функции F=f(N_i), где N_i - номер i-го измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

Время переходного процесса определяется временем, после которого имеет место неравенство [7]:

|F_i-F₀|≤Δ/2,

где F_i - значение лабильности зрительной системы человека в i-м измерении, i=1, 2, …, k, k - число измерений; F₀ - среднее значение лабильности зрительной системы человека в квазистационарном режиме; Δ=(F_max-F_mim) - вариационный размах значений лабильности зрительной системы человека в квазистационарном режиме; F_max - максимальное значение лабильности зрительной системы человека в квазистационарном режиме; F_min - минимальное значение лабильности зрительной системы человека в квазистационарном режиме.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности предъявляемых парных световых импульсов, где τ_имп - длительность световых импульсов; t_мии - длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре; Т - время повторения парных световых импульсов.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, предъявляемыми испытуемому в процессе измерения.

На фиг.3 представлены временные диаграммы двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии, и вызываемых ими зрительных ощущений, где фиг.3а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов; фиг.3б - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3а; фиг.3в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один; фиг.3г - временная диаграмма зрительного ощущения двух световых импульсов, представленных на фиг.3в; τ₁ - время зрительного ощущения - время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [8, 9]; τ₂ - время восстановления - время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [8, 9].

На фиг.4-5 представлены графики значений лабильности зрительной системы, полученных в процессе ее измерения для двух испытуемых.

Предлагаемый способ определения времени обучения оценке лабильности зрительного системы человека осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительности t_имп, равной 50 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_нмии, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

На первом этапе измерений длительность начального межимпульсного интервала, t_нмии между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с (фиг.2, интервал времени T₁-T₂), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₂, длительность межимпульсного интервала t_мии1).

На втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мин между световыми импульсами в паре увеличивают с постоянной скоростью 2 мс/с (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т₄, длительность межимпульсного интервала t_мии2).

На третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с постоянным шагом 0,1 мс (фиг.2, интервал времени Т₅-Т₆), пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆). Длительность межимпульсного интервала t_мии между световыми импульсами в паре в момент времени Т₆ принимают за пороговую длительность t_пор.

Значение лабильности зрительной системы человека F вычисляют по формуле (1) и отмечают точкой на плоскости в координатах «лабильность зрительной системы - номер измерения».

Описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений лабильности зрительной системы человека F как функции F=f(N_i), где N_i - номер i-го измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. Время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

Мерой лабильности является та максимальная частота реакций, которую орган может воспроизводить в точном соответствии с ритмом применяемых раздражений [10]. При ритмическом раздражении ответ зрительной системы человека в точном соответствии с частотой световых импульсов наблюдается только при частотах не более 13-15 Гц [11]. При более высоких частотах следования световых импульсов наблюдается последовательная зрительная маскировка [12], заключающаяся в том, что часть световых импульсов не воспринимается.

Лабильность зрительной системы человека объясняется ее инерционностью, то есть наличием времени зрительного ощущения τ₁ и времени восстановления τ₂.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов длительностью τ_имп>τ₁, разделенных межимпульсным интервалом t_мии>t_пор (фиг.3а), у него возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов (фиг.3б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t_мии между двумя световыми импульсами до значения t_мии=t_пор (фиг.3в) у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в один (фиг.3г).

Сумма длительности светового импульса t_имп и длительности порогового межимпульсного интервала t_пор между двумя световыми импульсами, при котором достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один, определяет пороговое значение периода, выше которого зрительная система может ощущать световые импульсы в точном соответствии с их частотой. При этом за лабильность зрительной системы человека принята частота следования световых импульсов в Гц, вычисляемая по формуле (1).

Во время действия светового стимула рецептивные поля (РП) нейронов претерпевают три фазы перестройки [13]. Во время первой фазы длительностью порядка 10 мс происходит пространственно-временное накопление сигналов и формирование зоны возбуждения РП. Во время второй фазы длительностью от 50 до 60 мс, зависящей от параметров стимула, протекает процесс сужения зоны суммации РП. В течение третьей фазы перестройки происходит расширение зон суммации полей и функциональная дезорганизация РП. Нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к новому циклу восприятия. Так как вторая фаза формирования РП нейрона заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула, длительность световых импульсов принята равной 50 мс.

Исчезновение РП нейронов приходится на период от 100 до 200 мс после предъявления светового стимула [14]. Поэтому два световых импульса будут ощущаться раздельными, если второй световой импульс предъявляется через 100-200 мс после начала предъявления первого светового импульса. Тогда общая длительность светового импульса и межимпульсного интервала должна быть

t_имп+t_мии≥(100…200) мс.

При длительности светового импульса τ_имп=50 мс начальная длительность межимульсного интервала должна быть

t_нмии≥(50…150) мс

и принята равной 150 мс.

Восприятие зрительного стимула затрудняется в условиях обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени стимула вследствие предъявления второго стимула в непосредственной пространственно-временной близости с первым. Показано существование не только эффекта обратной, но и прямой маскировки, при которой первый стимул влияет на качество восприятия второго [15]. При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [16]. Для устранения эффекта маскировки последовательность парных световых импульсов повторяется через постоянный временной интервал 1 с.

Заявляемый способ позволяет учесть индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений, что позволяет определить время обучения оценке лабильности зрительной системы человека.

Таким образом, заявляемый способ определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример 1.

Испытуемому Н., 20 лет, с помощью персонального компьютера, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого импульсы, предъявили последовательность парных световых импульсов длительностью τ_имп, равной 50 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом длительности t_нмии, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.2, интервал времени T₀-T₁).

В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок «Уменьшение быстрое», «Увеличение медленное», «Уменьшение дискретное» и «Измерение». При наличии сигнала с кнопки «Уменьшение быстрое» компьютер непрерывно уменьшал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами с постоянной скоростью 20 мс/с, при наличии сигнала с кнопки «Увеличение медленное» - непрерывно увеличивал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами с постоянной скоростью 2 мс/с, при наличии сигнала с кнопки «Уменьшение дискретное» - уменьшал длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами на 0,1 мс. При снятии сигнала с кнопок компьютер сохранял на выходе последовательность парных световых импульсов с последним предъявленным межимпульсным интервалом. По сигналу с кнопки «Измерение» компьютер фиксировал пороговую длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами t_пор, вычислял значение лабильности зрительной системы человека F по формуле (1), заносил его в архив, строил график зависимости значений лабильности зрительной системы человека F как функции F=f(N_i), где N_i - номер i-го измерения, i=1, 2, …, k, k - число измерений, после чего предъявлял испытуемому начальную последовательность световых импульсов.

На первом этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Уменьшение быстрое» (фиг.2, интервал времени Т₁-Т₂), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₄, длительность межимпульсного интервала t_мии1).

На втором этапе испытуемый, подавая сигнал с кнопки «Увеличение медленное» (фиг.2, интервал времени Т₃-Т₄), определил момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.2, момент времени Т₄, длительность межимпульсного интервала t_мии2).

На третьем этапе испытуемый, подавая необходимое число раз сигнал с кнопки «Уменьшение дискретное» (фиг.2, интервал времени Т₅-Т₆), определил момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.2, момент времени Т₆), затем подал сигнал с кнопки «Измерение» (фиг.2, момент времени Т₇).

Персональный компьютер зафиксировал пороговую длительность межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами t_пор, вычислил значение лабильности зрительной системы человека F по формуле (1), занес его в архив, отметил его на плоскости в координатах «лабильность зрительной системы - номер измерения» и выдал на индикатор пульта испытуемого начальную последовательность световых импульсов.

Испытуемый повторил описанную процедуру до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. В результате измерений получены следующие значения лабильности зрительной системы человека в Гц: 17,9; 16,9; 16,7; 15,4; 15,3; 14,9; 15,3; 15,4; 15,0, которые представлены в виде графика на фиг.4. По графику определили номер измерения 4, соответствующий окончанию переходного процесса. Время обучения определили по числу измерений, равному 4, выполненных во время переходного процесса.

Пример 2.

Испытуемый А., 20 лет, аналогично испытуемому Н. выполнил серию измерений лабильности зрительной системы человека, в результате получены следующие ее значения в Гц: 21,0; 20,5; 20,3; 18,9; 18,7; 17,7; 17,0; 17,5; 16,6; 17,4; 17,1; 16,5, которые представлены в виде графика на фиг.5. По графику определили номер измерения 7, соответствующий окончанию переходного процесса. Время обучения определили по числу измерений, равному 7, выполненных во время переходного процесса.

Положительный эффект предлагаемого способа определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека подтвержден результатами экспериментального исследования по группе из 10 испытуемых. Время обучения по группе составило от 3 до 8 измерений.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить время обучения оценке лабильности зрительной системы человека по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.

Источники информации

1. Приборы и комплексы для психофизиологических исследований. Исследования, разработка, применение / Под ред. В.А.Викторова, Е.В.Матвеева. - М.: ЗАО "ВНИИМП-ВИТА", 2002. - 228 с.

2. Ткачук В.Г., Петрович Б. Вариативность физиологических показателей в механизме адаптации биосистем // VII Междунар. науч. конгресс «Современный олимпийский спорт и спорт для всех»: Матер. конф. - Т.2. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - С.182-183.

3. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека / Н.М.Пейсахов, А.П.Кашин, Г.Г.Баранов, Р.Г.Вагапов. Под ред. В.М.Шадрина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976. - 238 с.

4. Макаренко Н.В. Критическая частота световых мельканий и переделка двигательных навыков // Физиология человека. - 1995. - Т.21, №3. - С.13-17.

5. Пейсахов Н.М. Закономерности динамики психических явлений. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1984. - 235 с.

6. Патент 2251959 РФ, МПК А61В 3/10. Способ определения лабильности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, М.Т.Алиев, А.Г.Масленников, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 20.05.2005, Бюл. №14.

7. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.

8. 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.

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

10. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, 1980. - 196 с.

11. Супин А.Я. Нейронные механизмы зрительного анализа. - М.: Наука, 1974. - 192 с.

12. Самойлович Л.А., Труш В.Д. Корковые вызванные потенциалы при последовательной зрительной маскировке // Физиология человека. - 1978. - Т.4, №2. - С.267-274.

13. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы. - Л.: Наука, 1979. - 158 с.

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

15. 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.

16. 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.

Способ определения времени обучения оценке лабильности зрительной системы человека, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 150 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, на первом этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают с постоянной скоростью 20 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, на втором этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре увеличивают с заданной постоянной скоростью 2 мс/с, пока испытуемый не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, на третьем этапе измерений длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре уменьшают дискретно с заданным постоянным шагом 0,1 мс, пока испытуемый не определит момент субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один, длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре в данный момент времени принимают за пороговую длительность межимпульсного интервала t_пор, лабильность зрительной системы человека принимают равной значению частоты следования световых импульсов, Гц:
F=1/(τ_имп+t_пор),
где τ_имп - длительность светового импульса; t_пор - пороговая длительность межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре, определенная на третьем этапе измерений, отличающийся тем, что значение лабильности зрительной системы человека отмечают точкой на плоскости в координатах «лабильность зрительной системы - номер измерения», описанную процедуру неоднократно повторяют, строят график зависимости значений лабильности зрительной системы человека F как функции F=f(N_i), где N - номер i-го измерения, i=1, 2, …,k, k - число измерений, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, время обучения определяют по числу измерений, выполненных во время переходного процесса.