Способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы

Способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы

Реферат

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Известно, что вначале зрительную систему рассматривали как один пространственный фильтр. Предполагали, что чувствительность зрительной системы к различным пространственным частотам определяется передаточной функцией этого фильтра [1]. Кемпбелл и Робсон впервые высказали предположение, что зрительная система состоит из множества параллельных каналов -фильтров, каждый из которых чувствителен к определенным пространственным частотам, то есть имеет свою полосу пропускания [2].

Известны эксперименты Блэкмора и Кемпбелла, установившие существование пространственно-частотных каналов в зрительной системе. Они показали, что адаптация к синусоидальной решетке определенной частоты вызывает снижение чувствительности только к этой частоте и ее ближайшим окрестностям. Вычитая из передаточной функции зрительной системы ту же функцию, полученную после адаптации к одной частоте, авторы получили пространственно-частотную характеристику канала, настроенного на эту частоту [3].

Пространственно-частотный канал имеет вполне определенный нейрофизиологический аналог в системе сетчатка-кора, представляющий собой рецептивные поля нейронов зрительной коры. Рецептивные поля со своей узкой полосой пропускания занимают некоторый участок в видимом диапазоне. Полосы пропускания рецептивных полей нейронов всей зрительной системы перекрывают весь видимый пространственно-частотный диапазон [4].

Известно определение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы с помощью тонких светлых и темных полос, а также решеток разной пространственной частоты с синусоидальным распределением освещенности. При этом под пространственной частотой решетки понимается число периодов распределения яркости на один градус поля зрения [4, 5].

Известно определение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы путем формирования синусоидальных решеток на экране электронно-лучевых трубок [2, 6], а также с использованием персональных компьютеров [7].

Недостатком способов является низкая точность определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, характеризующийся тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, затем с заданным постоянным периодом поочередно уменьшенную начальную - декрементную и увеличенную начальную - инкрементную частоты, разницу между предъявляемыми частотами изменяют, пока испытуемый не определит порог зоны различения предъявляемых частот световых мельканий, причем на первом этапе измерений с заданной постоянной скоростью порядка 2 Гц/с увеличивают разницу между предъявляемыми частотами, пока испытуемый не определит надпороговое значение зоны различения декрементной и инкрементной частот, на втором этапе с заданной постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно уменьшают и увеличивают разницу между предъявляемыми частотами световых мельканий, зафиксированную на первом этапе измерений, пока испытуемый не определит пороговое значение зоны различения предъявляемых частот, полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы определяют как пороговое значение, зафиксированное на втором этапе измерений [8].

Недостатком способа является длительность процедуры измерений для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, что ограничивает его использование при массовых обследованиях.

Технический результат предлагаемого способа определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы заключается в уменьшении времени измерений, благодаря чему может применяться при массовых обследованиях.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, причем новым является то, что световые мелькания предъявляют одновременно с использованием 10 пар светодиодов, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок, на первом этапе измерений на первый светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц, на каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц, на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты первого светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц, на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частот световых мельканий светодиодов этой пары; значение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы вычисляют как разность между зафиксированными на втором этапе частотами первого и второго светодиодов.

На чертеже представлена схема, содержащая 10 пар светодиодов HL1-HL20 и соответствующих им 10 кнопок SA1-SA10.

Предлагаемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, например, 15 Гц, одновременно с использованием 10 пар светодиодов HL1-HL20, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок SA1-SA10.

На первом этапе измерений на первый светодиод первой пары HL1 подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц. На каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц. На второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку.

На втором этапе измерений на первый светодиод первой пары HL1 подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты первого светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются. На каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц. На второй светодиод первой пары HL2 подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются. На каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц. Испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частот световых мельканий светодиодов этой пары.

Значение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы вычисляют как разность между зафиксированными на втором этапе частотами первого и второго светодиодов.

Экспериментально установлено, что полоса пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы при начальной частоте, равной 15 Гц, для здорового человека находится в пределах от 1,2 до 3,1 Гц. Исходя из этих значений на первом этапе измерений шаг изменения частоты светодиодов принят с запасом, равным 0,25 Гц. Шаг изменения частоты светодиодов на втором этапе измерений равен 0,05 Гц, так как точность измерений полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы принята равной 0,1 Гц.

Заявляемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы позволяет уменьшить время обследования.

Таким образом, заявляемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы обладает свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому И., 23 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT одновременно на свето-диоды HL1-HL20 пульта испытуемого импульсы, предъявили световые мелькания с начальной частотой, равной 15 Гц.

В процессе измерений через порт LPT с пульта испытуемого на персональный компьютер подавался на каждом этапе измерений код нажатой кнопки SA1-SA10, по которому компьютер фиксировал частоту световых мельканий светодиодов пары, соответствующей нажатой кнопке, и переходил к следующему этапу измерений.

На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 1.

Таблица 1
№ пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий первого светодиода, Гц	15,25	15,5	15,75	16	16,25	16,5	16,75	17	17,25	17,5
Частота мельканий второго светодиода, Гц	14,75	14,5	14,25	13	12,75	12,5	12,25	11	11,75	11,5

Испытуемый определил пару №4, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA4, на что потратил 2 с.

На втором этапе измерений компьютер выдал на светодиоды пар импульсы с частотами, приведенными в таблице 2.

Таблица 2
№пары	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота мельканий первого светодиода, Гц	15,75	15,8	15,85	15,9	15,95	16	16,05	16,1	16,15	16,2
Частота мельканий второго светодиода, Гц	14,25	14,2	14,15	14,1	14,05	14	13,95	13,9	13,85	13,8

Испытуемый определил пару №5, частоты световых мельканий которой различаются, и нажал соответствующую ей кнопку SA5, на что потратил 3 с.

В результате испытуемый определил значение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы, равное 1,9 Гц, потратив на это 5 с.

При определении полосы пропускания рецептивных полей зрительной системы по известному способу [8] испытуемый потратил 9 с, то есть на 4 с или на 80% времени больше.

Для оценки достоверности уменьшения времени измерений определена полоса пропускания рецептивных полей зрительной системы по предложенному способу и известному способу [8] в группе из 10 испытуемых, каждый из которых определил полосу пропускания каждым способом. Уменьшение времени измерений при определении полосы пропускания рецептивных полей зрительной системы по предложенному способу по сравнению с определением по известному способу [8] составило от 3 до 8 с.

Таким образом, предлагаемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей позволяет уменьшить время измерений и может применяться при массовых обследованиях.

Источники информации

1. Kelly D.H. Spatial frequency, bandwidth, resolution // Appl. Optics. - 1965.

-V.4. - №2. - Р.435-437.

2. Campbell F.W., Robson J. Application of Fourier analysis to the visibility of gratings // J. Physiol. - 1968. - V.197. - №3. - P.551-561.

3. Blakemore C.B., Campbell F.W. On the existence in the human visual system of neurons selectively sensitive to the orientation and size of retinal images // J. Physiol. - 1969. - V.203. - №1. - P.237-260.

4. Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.Н., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия: Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л.: Наука, 1985. - 103 с.

5. Глезер В.Д. Зрение и мышление. Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.

6. Green D.G., Campbell F.W. Effect of focus on the visual response to a sinu-soidally modulated spatial stimulus // J. Opt. Soc. Amer. - 1965. - V.55. - №9. - P.1154-1157.

7. Болсунов К.Н. Метод и средства визоконтрастометрии для задач ранней диагностики нарушений зрения: Автореф. дис. канд. техн. наук. - С-Пб., 1997. - 15 с.

8. Патент 2209028 РФ, А61В 3/00. Способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы / В.В.Роженцов, Т.А.Лежнина (РФ). - Опубл. 27.07.2003, Бюл. №21. - 4 с.

Способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы путем предъявления испытуемому световых мельканий с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, отличающийся тем, что световые мелькания предъявляют одновременно с использованием 10 пар светодиодов, каждой из которых соответствует одна из 10 кнопок, на первом этапе измерений на первый светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц, на каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц, на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с начальной частотой на 0,25 Гц, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,25 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку; на втором этапе измерений на первый светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты первого светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый первый светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, увеличенной по сравнению с частотой первого светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц, на второй светодиод первой пары подают световые мелькания с частотой, меньшей на 0,25 Гц частоты второго светодиода пары, определенной на первом этапе испытуемым как пара, частоты световых мельканий которой различаются, на каждый второй светодиод последующей пары подают световые мелькания с частотой, уменьшенной по сравнению с частотой второго светодиода предыдущей пары на 0,05 Гц, испытуемый определяет пару светодиодов с наименьшим номером, частоты световых мельканий которой различаются, и нажимает соответствующую ей кнопку, фиксируя значение частот световых мельканий светодиодов этой пары; значение полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы вычисляют как разность между зафиксированными на втором этапе частотами первого и второго светодиодов.