CN104524691A - 前庭性错觉诱发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种诱发人体多种前庭性错觉的装置，包括：转椅装置，用于改变人体前庭器官半规管的输入信号；头部摆动装置，用于改变人体前庭器官半规管的输入信号；前庭电刺激装置，用于改变人体前庭器官半规管和耳石的输入信号；控制计算机，用于控制转椅装置的转速和转动时间，头部摆动装置的摆动方式、角速度和摆动时间，以及前庭电刺激装置的刺激电流类型、强度和刺激时间，并实时显示相关参数。本发明通过上述装置单独或配合使用能够有效诱发人体产生躯体旋动错觉、科里奥利错觉、躯体重力错觉等多种前庭性错觉，可用于飞行员前庭性错觉的地面模拟，进一步可用于飞行员地面空间定向障碍的相关训练，降低空间定向障碍所致飞行事故的发生。

Description

前庭性错觉诱发装置

技术领域

本发明涉及航空医学工程研究领域，具体地说是涉及一种诱发人体多种前庭性错觉的装置。

背景技术

空间定向障碍是严重威胁飞行安全，引发飞行事故的主要因素。其发生本质是用于空间定向的感觉器官无法满足空中三维空间的高速运动环境。因此，飞行员在飞行中不可避免会发生空间定向障碍。

正常情况下，飞行员进行正确的空间定向是依赖于视觉系统、前庭系统和本体感觉系统的感觉信息的输入，以及中枢神经系统的整合协调。当这些感觉系统中任何一个感受器功能不正常，或者某些输入信息不恰当时，都将会因出现感觉冲突而影响定向能力，甚至导致空间定向障碍的发生。

空间定向障碍按诱发因素可分为视觉性空间定向障碍和前庭性空间定向障碍，并且前庭性错觉所致的前庭性空间定向障碍一般更为致命。前庭性错觉主要来自半规管和耳石器官的错误感知。其中，半规管和耳石器官的局限性是导致其感觉信息不可靠的主要原因。

因此，在本领域迫切需要一种装置，其能够实现以下功能中的一项或多项：

－通过改变半规管信号，引发由半规管导致的前庭性错觉；

－通过改变耳石信号，引发由耳石导致的前庭性错觉。

发明内容

本发明的目的是提供一种能诱发多种前庭性错觉的装置，实现前庭性错觉的地面模拟，方便飞行员的地面空间定向障碍体验和训练。

本发明的前庭性错觉诱发装置包括：转椅装置、头部摆动装置、前庭电刺激装置和控制计算机。

转椅装置包括底座、电机、座椅和座椅靠背等。该装置通过电机实现座椅绕垂直轴的旋转。身体的旋转可以改变被测者的前庭器官半规管的输入信号。

头部摆动装置包括头部固定支架、连杆、连杆固定器和电机等。该装置通过两个电机实现俯仰和左右的摆动。头部的摆动可以改变被测者的前庭器官半规管的输入信号。头部摆动装置通过连杆固定于座椅靠背，并可以上下调节。

前庭电刺激装置包括电源、控制电路、导线和电极片等。该装置通过对两侧耳后乳突进行电刺激，用于改变被测者的前庭器官半规管和耳石的输入信号。电流经输出端通过电极片与人的两侧乳突耦合，实现电流与人体的导通。前庭电刺激装置的电源和控制电路封装并固定于座椅靠背的背侧。

控制计算机与转椅装置、头部摆动装置和前庭电刺激装置连接。通过控制计算机中的特定软件可以设定转椅装置的转速和转动时间，头部摆动装置的摆动方式、角速度和摆动时间，以及前庭电刺激装置的刺激电流类型、强度和刺激时间。同时，控制计算机接收来自转椅装置和前庭电刺激装置的信号，可以实时显示座椅的转速，头部摆动装置的摆动角速度和前庭电刺激电流值。

本发明的有益效果如下：

本发明设计的前庭性错觉诱发装置可以对受试者的前庭半规管和耳石进行有效刺激。通过不同的刺激组合可以诱发躯体旋动错觉、科里奥利错觉、躯体重力错觉等多种前庭性错觉。

由此可见，本发明能够实现多种不同类型的前庭性错觉，将可用于飞行员前庭性错觉的地面模拟，进一步可用于飞行员地面空间定向障碍的相关训练，提高飞行员对常见前庭性飞行错觉的认识，降低空间定向障碍所致飞行事故的发生。

附图说明

图1是本发明所述的前庭性错觉诱发装置的总体结构示意图，其包括转椅装置、头部摆动装置、前庭电刺激装置和控制计算机。

图2是本发明所述的头部摆动装置和前庭电刺激装置的示意图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的实施例的前庭性错觉诱发装置包括：转椅装置1、头部摆动装置2和前庭电刺激装置3，且均与控制计算机4通过控制线6相连接。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，转椅装置1包括底座7、电机8和座椅9。通过控制计算机4可以设定座椅9的旋转方式，包括实时的旋转方向和角速度。安装在底座7内的电机8带动安装在底座中心轴线上的座椅9按控制计算机4设定的旋转方向和角速度绕垂直轴旋转。通过座椅9的旋转用于改变人体前庭器官半规管的输入信号。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，头部摆动装置2包括头部固定支架13、连杆15、连杆固定器16和电机17。通过控制计算机4可以设定头部摆动装置2的摆动方式，包括实时的摆动方向和角速度。安装在连杆15b上的两个电机17带动连杆15a、15b运动，从而实现头部固定支架13按控制计算机4设定的摆动方向和角速度进行俯仰摆动和左右摆动。通过控制头部的摆动用于改变人体前庭器官半规管的输入信号。头部摆动装置3通过连杆15c和连杆固定器16固定于座椅靠背10，并可以上下调节。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，前庭电刺激装置3，包括直流恒流电源、控制电路、导线18及一对电极片19等，经电极片19对两侧耳后乳突进行可控制的直流电刺激，用于改变人体前庭器官半规管和耳石的输入信号。通过控制计算机4可以设定控制电路产生多种类型的刺激电流，并可设定实时的刺激电流方向和幅度。前庭电刺激装置的正负输出端分别通过两个电极片19与人两侧的耳后乳突耦合，用于刺激电流与人体的导通，并使通过的电流为设定值。前庭电刺激装置3的电源和控制电路封装并固定于座椅靠背10的背侧。

该装置通过单独或组合使用转椅装置1，头部摆动装置2和前庭电刺激装置3可用于改变人体前庭器官半规管或/和耳石的输入信号，诱发前庭性错觉；通过改变刺激的方式和强度，引发不同类型和程度的前庭性错觉。

实施例1多种前庭性错觉的诱发

本装置可诱发多种前庭性错觉。受试者端坐与座椅9上，并通过安全带11固定，调节头部摆动装置2头部固定支架13的高度以及挡板14的位置用于固定受试者头部。将前庭电刺激装置3的电极片19贴于双侧耳后乳突，并使其充分接触。

实验操作者设定控制计算机4中相应软件设定转椅装置1的旋转参数，头部摆动装置2的摆动参数，以及前庭电刺激装置3的电流刺激参数。实验过程中，控制计算机4将按相关设置控制转椅装置1的旋转，头部摆动装置2的摆动和前庭电刺激装置3的电流对受试者进行刺激，让受试者体验各种前庭性错觉。

当转椅装置1进行匀速旋转时，受试者会体验到躯体旋动错觉；当前庭电刺激装置3进行恒定电流刺激时，受试者也会体验到躯体旋动错觉。

当转椅装置1进行匀速旋转，头部摆动装置2左右匀速摆动或前后匀速摆动时，受试者会体验到科里奥利错觉；当前庭电刺激装置3进行恒定电流刺激时，头部固定支架13左右匀速摆动或前后匀速摆动时，受试者也会体验到科里奥利错觉。

当转椅装置1进行旋转，前庭电刺激装置3的刺激电流与转椅装置2的转速相关时，受试者只出现直线加速运动的感觉，从而体验到躯体重力错觉。

附图标号说明

转椅装置1，头部摆动装置2，前庭电刺激装置3，控制计算机4，电源线5，控制线6，底座7，电机8，座椅9，座椅靠背10，安全带11a、11b，脚踏板12，头部固定支架13，挡板14，连杆15a、15b、15c，连杆固定器16，电机17a、17b，导线18，电极片19a、19b。

应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。

Claims (4)

1.前庭性错觉诱发装置，其特征在于，包括：

转椅装置(1)，能够绕垂直轴旋转，通过所述转椅装置(1)的旋转，改变端坐于所述转椅装置(1)上的被测者的前庭器官半规管的输入信号；

头部摆动装置(2)，通过连杆(15c)固定于所述转椅装置(1)的座椅靠背(10)的背侧，通过控制被测者头部的摆动，改变被测者的前庭器官半规管的输入信号；

前庭电刺激装置(3)，固定于所述座椅靠背(10)的背侧，通过向被测者两侧耳后乳突施加可控的电刺激，改变被测者的前庭器官半规管和耳石的输入信号；

控制计算机(4)，用于控制所述转椅装置(1)的转速和转动时间，所述头部摆动装置(2)的摆动方式、角速度和摆动时间，以及所述前庭电刺激装置(3)的刺激电流类型、强度和刺激时间，并实时显示相关参数。

2.根据权利要求1所述的前庭性错觉诱发装置，其特征在于：

所述转椅装置(1)进一步包括：底座(7)、电机(8)、座椅(9)和座椅靠背(10)，通过电机(8)实现座椅(9)绕垂直轴的旋转。

3.根据权利要求1所述的前庭性错觉诱发装置，其特征在于：

所述头部摆动装置(2)，进一步包括：头部固定支架(13)、连杆(15)、连杆固定器(16)和电机(17)，安装在连杆(15b)上的两个电机(17)带动连杆(15a、15b)运动，实现头部固定支架(13)的俯仰摆动和左右摆动，所述头部摆动装置(2)可以上下调节。

4.根据权利要求1所述的前庭性错觉诱发装置，其特征在于：

所述前庭电刺激装置(3)进一步包括：

控制电路，用于对控制计算机(4)发出的电流输出进行控制，

一对电极片(19)，用于把所述电流输出施加到被测者的两侧耳后乳突以进行可控的电刺激。