RU2209028C2 - Способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, предназначено для определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы. 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 увеличивают разницу между предъявляемыми частотами, пока испытуемый не определит надпороговое значение зоны различения декрементной и инкрементной частот. На втором этапе с меньшей скоростью 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. Изобретение позволяет упростить процедуру измерений, уменьшить влияние ориентации, размеров и яркости зрительных стимулов на результаты измерений, выполнять измерения в естественных условиях.

Description

Изобретение относится к медицине 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].

Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

Недостатками известных способов являются:
- их сложность;
- зависимость чувствительности зрительной системы от ориентации тестирующих решеток [8, 9];
- зависимость полосы пропускания от размеров тестирующих решеток [10, 11];
- зависимость чувствительности зрительной системы от яркости тестовых изображений [12];
- измерения выполняются не в условиях освещенностей, в которых обычно приходится работать человеку;
- сложность выполнения измерений у детей. Необходима разработка простых методов, что позволит выполнить раннюю диагностику зрительной системы и своевременно начать целенаправленные тренировки, чтобы уменьшить число лиц, страдающих от недостатков зрения.

Заявляемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы позволяет:
- упростить процедуру измерений;
- уменьшить влияние ориентации, размеров и яркости зрительных стимулов на результаты измерений;
- выполнять измерения в естественных условиях, в том числе при освещенности, присущей трудовой деятельности человека;
- выполнять измерения у детей с использованием игровых методов.

Предлагаемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы заключается в том, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, затем с заданным постоянным периодом предъявляют 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 увеличивают разницу между предъявляемыми частотами, пока испытуемый не определит надпороговое значение зоны различения декрементной и инкрементной частот, на втором этапе с заданной постоянной скоростью 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.

Предлагаемый способ определения полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют световые мелькания с начальной частотой, равной, например, 15 Гц. Затем с постоянным периодом, равным, например, 1 с, предъявляют поочередно декрементную и инкрементную частоты. Разницу между предъявляемыми частотами изменяют, пока испытуемый не определит порог зоны различения предъявляемых частот световых мельканий.

На первом этапе измерений с постоянной скоростью порядка 2 Гц/с увеличивают разницу между декрементной и инкрементной частотами световых мельканий, пока испытуемый не определит надпороговое значение зоны различения предъявляемых частот.

На втором этапе с постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно уменьшают и увеличивают разницу между предъявляемыми частотами, зафиксированную на первом этапе измерений, пока испытуемый не определит пороговое значение зоны различения предъявляемых частот световых мельканий.

Полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы определяют как пороговое значение, зафиксированное на втором этапе измерений.

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

Пример 1. Испытуемой В., 35 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые мелькания, предъявили начальную частоту 15 Гц. В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Увеличение быстрое", "Увеличение медленное", "Уменьшение медленное" и "Измерение".

По сигналу с кнопки "Увеличение быстрое" компьютер увеличивал разницу между предъявляемыми поочередно декрементной и инкрементной частотами световых мельканий пропорционально времени нажатия кнопки "Увеличение быстрое" симметрично начальной частоте со скоростью 2 Гц/с, по сигналу с кнопок "Увеличение медленное" и "Уменьшение медленное" - соответственно увеличивал и уменьшал разницу предъявляемых частот со скоростью 0,5 Гц/с, по сигналу с кнопки "Измерение" фиксировал изменение частоты предъявляемых световых мельканий и переходил к следующему этапу измерений. Компьютер выдавал на индикатор пульта декрементную и инкрементную частоты с постоянным периодом предъявления, равным 1 с.

На первом этапе испытуемая, подавая сигнал с кнопки "Увеличение быстрое", определила надпороговое значение зоны различения предъявляемых частот световых мельканий. На втором этапе испытуемая последовательно подавая сигнал с кнопок "Уменьшение медленное" и "Увеличение медленное", определила пороговое значение зоны различения предъявляемых частот и подала сигнал с кнопки "Измерение". Компьютер зафиксировал разницу частот световых мельканий и предъявил начальную частоту мельканий 15 Гц.

В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемая выполнила серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения полосы пропускания в Гц: 1,3; 1,1; 1,3; 1,2; 1,0; 0,9; 1,1; 1,1; 1,3; 1,2. Среднее арифметическое измеренных значений полосы пропускания равно 1,115 Гц, среднее квадратическое отклонение - 0,135 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,305 Гц.

Пример 2. Испытуемый Д. , 25 лет, аналогично испытуемой В., выполнил серию из 10 измерений при начальной частоте 15 Гц. В результате измерений получены следующие значения полосы пропускания в Гц: 1,1; 1,0; 1,1; 1,0; 0,8; 0,9; 0,7; 0,7; 0,8; 1,1. Среднее арифметическое измеренных значений полосы пропускания равно 0,920 Гц, среднее квадратическое отклонение 0,162 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при довертельной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,366 Гц.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить полосу пропускания рецептивных полей нейронов зрительной системы.

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 С. В., 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. - Р. 237-260.

4. Шелепин Ю. Е., Колесникова Л.H., 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 sinusoidally modulated spatial stimulus //J.Opt. Soc. Amer. - 1965. - V. 55. - 9. - Р. 1154-1157.

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

8. Campbell F.W., Kulikowski J.J. Orientational selectivity of the human visual system // J. Physiol. - 1966. - V. 187. - 2. - Р. 437-445.

9. Campbell F.W., Cleland В.G., Cooper G.F., Enroth-Cugell Ch. The angular selectivity of visual cortical cells to moving gratings // J. Physiol. - 1968. - V. 198. - 1. - Р. 237-250.

10. Savoy R. L., McCannJ. Visibility of low-spatial-frequency sine-wave targets: Dependence of number of cycles //J. Opt. Soc. Amer. - 1975. - V. 65. - 3. - Р. 343-350.

11. Cohen R.W. Applying psychophysics to display design //Photogr. Sci. and Engineering. - 1978. - V. 22. - 2. - Р. 56-59.

12. Savoy R.L. Low spatial frequencies and low number of cycles at low luminances // Photogr. Sci. and Engineering. - 1978. - V. 22. - 2. - Р. 76-79.

Claims (1)

1. 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.