Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека

Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования параметров инерционности зрительной системы человека.

Известно устройство для экспериментального определения времени инерции зрительной системы, содержащее маятник, задающий время экспозиции марки и набора контрастных фильтров [1]. С использованием данного устройства измеряют пороговый контраст е для какого-нибудь объекта при стационарном наблюдении, затем при разных контрастах К_п, 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_пt/e.

Недостатками данного 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, 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].

Экспериментально установлено, что недостатком данного устройства является низкая точность измерения параметров инерционности зрительной системы человека, обусловленная невозможностью изменения длительности импульса на выходе второго одновибратора с шагом 1 мс. Минимальный шаг изменения длительности импульса ограничен разрешающей способностью потенциометра пульта управления, то есть наименьшим изменением угла поворота подвижной системы потенциометра, при котором изменение сопротивления может быть различимо [6].

Предлагаемое устройство позволяет изменять длительность импульса с шагом 1 мс, тем самым повысить точность определения времени возбуждения зрительного анализатора человека, исключив опасность повреждения сетчатки большой интенсивностью предъявляемых световых импульсов.

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, 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, 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 со 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.

Заявляемое устройство благодаря введению формирователя интервала времени, генераторов серий из пяти и десяти импульсов, второго элемента ИЛИ, четвертого одновибратора, первого ключа для увеличения длительности импульса на 1 мс, второго ключа для увеличения длительности импульса на 10 мс и третьего ключа для уменьшения длительности импульса на 5 мс позволяет:

- повысить точность определения времени инерционности зрительной системы человека за счет возможности изменения длительности импульса с шагом 1 мс;

- определить время инерционности зрительной системы человека, исключив опасность повреждения сетчатки большой интенсивностью предъявляемых световых импульсов.

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 его работы, на фиг.3 - временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала между световыми импульсами в паре при определении времени инерционности зрительной системы человека.

На фиг.4 представлены временные диаграммы двух световых импульсов длительностью τ_и>τ₁, разделенных межимпульсным интервалом, и вызываемых ими зрительных ощущений с указанием времени зрительного ощущения τ₁ и времени восстановления τ₂, где:

- фиг.4а - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии вызывающих зрительное ощущение раздельности импульсов;

- фиг.4б - временная диаграмма зрительного ощущения на два световых импульса, представленных на фиг.4а;

- фиг.4в - временная диаграмма двух световых импульсов, разделенных пороговым межимпульсным интервалом t_пор, вызывающих зрительное ощущение одного светового импульса. При длительности межимпульсного интервала t_пор между двумя световыми импульсами достигается субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в паре в один;

- фиг.4г - временная диаграмма зрительного ощущения на два световых импульса, представленных на фиг.4в;

- 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].

Заявляемое устройство содержит генератор 1 секундных импульсов, генератор 2 миллисекундных импульсов, первый-четвертый 3-6 одновибраторы, первый элемент 7 ИЛИ, реверсивный счетчик 8, формирователь 9 интервала времени, точечный источник 10 света, блок 11 индикации, второй элемент 12 ИЛИ, генератор 13 серии из десяти импульсов, генератор 14 серии из пяти импульсов, первый ключ 15 для увеличения длительности импульса на 1 мс, второй ключ 16 для увеличения длительности импульса на 10 мс и третий ключ 17 для уменьшения длительности импульса на 5 мс.

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

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

Первый 3 и третий 5 одновибраторы предназначены для выработки сдвоенных тестовых импульсов длительностью 50 мс, второй 4 одновибратор - импульса запуска необходимой длительности для формирователя 9 интервала времени, четвертый 6 одновибратор - для устранения "звона" контактов первого ключа 13 и выработки короткого импульса. Одновибраторы 3-6 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, с.216 [9].

Счетчик 8 выполнен реверсивным.

Формирователь 9 интервала времени предназначен для формирования межимпульсного интервала между двумя импульсами в паре с точностью 1 мс и может быть выполнен, например, по схеме рис.7.48а, стр.265 [10].

Источник 10 света предназначен для предъявления световых импульсов и выполнен точечным, например, на светодиоде типа АЛС307ЕМ.

Индикаторы в блоке 11 индикации предназначены для отображения значения времени возбуждения и могут быть выполнены, например, на индикаторах типа АЛС333А.

Генератор 13 серии из десяти импульсов и генератор 14 серии из пяти импульсов могут быть выполнены, например, аналогично генераторам 7 и 8 (а.с. 1309062 СССР) [11].

Остальные функциональные узлы структурной схемы устройства общеизвестны.

Устройство работает следующим образом. При включении питания счетчик 8 обнуляется, схема формирователя 9 интервала времени и схемы генератора 13 серии из десяти импульсов и генератора 14 серии из пяти импульсов устанавливаются в исходное состояние (цепи не показаны), генератор 1 вырабатывает секундные импульсы (фиг.2а), генератор 2 - миллисекундные импульсы. Импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход первого 3 одновибратора, вырабатывающего по переднему фронту каждого импульса первый импульс длительностью 50 мс (фиг.2б), который через элемент 7 ИЛИ поступает на источник 10 света (фиг.2е) и задним фронтом запускает второй 4 одновибратор, вырабатывающий импульс длительности, необходимой для запуска формирователя 9 интервала времени (фиг.2в).

На первом этапе (фиг.3, интервал времени T₀-T₁) испытуемый нажимает ключ 16, генератор 13 вырабатывает пачку из десяти импульсов, которые через схему 12 ИЛИ поступают на счетчик 8, суммируются, результат счета поступает на формирователь 9 интервала времени и отображается в блоке 11 индикации. На формирователь 9 интервала времени поступают миллисекундные импульсы с генератора 2, на инверсном выходе формирователя 9 формируется импульс длительностью 10 мс (фиг.2г), по его заднему фронту запускается третий 5 одновибратор, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мс (фиг.2д), который через элемент 7 ИЛИ поступает на источник 10 света (фиг.2е). В результате испытуемому предъявляется последовательность парных световых импульсов длительности, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 10 мс, повторяющихся через временной интервал 1 с. Далее испытуемый нажимает ключ 16 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени T₁).

На втором этапе (фиг.3, интервал времени T₁-Т₂) испытуемый нажимает ключ 17, генератор 14 вырабатывает пачку из пяти импульсов, которые поступают на счетчик 8, вычитаются, результат счета поступает на формирователь 9 интервала времени и отображается в блоке 11 индикации. Аналогично предыдущему на инверсном выходе формирователя 9 формируется импульс меньшей на 5 мс длительности, по его заднему фронту запускается третий 5 одновибратор, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мс, который через элемент 7 ИЛИ поступает на источник 10 света. Далее испытуемый нажимает ключ 17 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения слияния двух световых импульсов в паре в один (фиг.3, момент времени Т₂).

На третьем этапе (фиг.3, интервал времени Т₂-Т₃) испытуемый нажимает ключ 15, одновибратор 6 вырабатывает импульс, который через схему 12 ИЛИ поступает на счетчик 8, суммируется, результат счета поступает на формирователь 9 интервала времени и отображается в блоке 11 индикации. Аналогично предыдущему на инверсном выходе формирователя 9 формируется импульс большей на 1 мс длительности, по его заднему фронту запускается третий 5 одновибратор, вырабатывающий второй импульс длительностью 50 мс, который через элемент 7 ИЛИ поступает на источник 10 света. Далее испытуемый нажимает ключ 15 необходимое число раз, пока не определит момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре (фиг.3, момент времени Т₃).

Время инерционности зрительной системы человека принимается равным значению длительности импульса на выходе формирователя 9 в момент субъективного ощущения раздельности двух световых импульсов в паре, которое отображается на индикаторах блока 12 индикации в мс.

При предъявлении испытуемому двух световых импульсов, разделенных межимпульсным интервалом t_мии>t_пор (фиг.4а), у него возникает ощущение различения двух световых импульсов (фиг.4б). При уменьшении длительности межимпульсного интервала t_мии между двумя световыми импульсами до значения t_мии=t_пор (фиг.4в) возникает субъективное ощущение слияния двух световых импульсов в один (фиг.4г). Максимальная длительность межимпульсного интервала t_мии=t_пор между двумя световыми импульсами, при которой достигается субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов в паре, определяется параметрами инерционности зрительной системы человека (фиг.4в, г):

t_пор=τ₂-τ₁.

Так как τ₂≫τ₁ [12, 13], то за инерционность зрительной системы человека принимается время восстановления τ₂ [14]:

Известно что обработка зрительной информации идет временными квантами с частотой альфа-ритма 8-13 Гц [15, 16], что соответствует периоду 75-125 мс, поэтому длительность каждого из сдвоенных тестовых импульсов выбрана равной 50 мс.

Период повторения сдвоенных тестовых импульсов выбирается из условия исключения влияния эффекта маскировки, которая 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 [17]. При межимпульсном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [18]. Для устранения эффекта маскировки последовательность пар световых импульсов предъявляется через постоянный временной интервал 1 с.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения времени инерционности зрительной системы человека за счет возможности изменения длительности импульса с шагом 1 мс, определить время возбуждения зрительного анализатора человека, исключив опасность повреждения сетчатки большой интенсивностью предъявляемых световых импульсов.

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 А.М. 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, А61В 5/16. Устройство для исследования параметров инерционности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 10.01.04, Бюл. №1.

6. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.

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. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992. - 336 с.

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

12. Шамшинова А.М., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. - М.: Медицина, 1999. - 416 с.

13. Сомов Е.Е. Методы офтальмоэргономики. - Л.: Наука, 1989. - 157 с.

14. Патент 2195174, А61В 5/16. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека / В.В.Роженцов, И.В.Петухов (РФ). - Опубл. 27.12.2002, Бюл. №36.

15. Шевелев И.А., Костелянец Н.Б., Каменкович В.М., Шараев Г.А., Ильянок В.А. Электроэнцефалограмма и считывание информации в зрительной коре человека при опознании образов // Физиология человека. - 1985. - Т.11. - №5. - С.707-711.

16. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н. О механизмах пространственной интеграции альфа-ритма // Физиология человека. - 1977. - Т.3. - №4. - С.685-698.

17. 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.

18. 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 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 со 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.