CC BY
79
Физиология
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2010, № 2 (2), с. 673-677
УДК 612.84.001.8
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ ЧЕЛОВЕКА
© 2010 г. В.В. Роженцов
Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола
VRozhentsov@mail. т
Поступила в редакцию 06.05.2010
Предложен способ определения времени зрительного восприятия человека путем одновременного предъявления последовательностей парных световых импульсов с использованием десяти источников. Установлено, что уменьшение длительности одного измерения времени зрительного восприятия с использованием 10 источников по сравнению с измерением с использованием одного источника по группе из 10 испытуемых составило в среднем от 11 до 17 с.
Ключевые слова: время зрительного восприятия, Введение
Зрительный анализатор человека является наиболее важной сенсорной системой, поставляющей более 80% информации об окружающем мире. Работоспособность зрительного анализатора определяет не только биологическую выживаемость человека, но и его трудовую и социальную активность. Исследование процесса зрительного восприятия и переработки зрительной информации является междисциплинарной задачей, остающейся актуальной для офтальмологии, офтальмоэргономики, нейрофизиологии, психофизиологии и других смежных наук.
Одним из параметров, характеризующих восприятие и переработку зрительной информации, является время зрительного восприятия (ВЗВ), под которым понимают время, необходимое для передачи информации в центральную нервную систему и ее опознания, составляющее период с момента начала экспозиции тестового короткого стимула до включения маскирующего раздражителя, когда последний уже не может помешать осознанию тестового стимула [1].
В случае предъявления световых импульсов ВЗВ составляет период с момента начала экспозиции первого светового импульса до момента начала экспозиции второго светового импульса. Использование в качестве тестовых стимулов световых импульсов позволяет исследовать процессы переработки перцептивно простой зрительной информации на перцептивном функциональном уровне [2], то есть определить потенциальные возможности зрительного анализатора по восприятию краткосрочных событий.
В настоящее время для исследования временных параметров восприятия и переработки
способ определения.
зрительной информации используются электро-физиологические и психофизиологические методы. Электрофизиологические методы исследования являются объективными методами получения информации, однако не лишены определенных недостатков, связанных, в основном, с получением, обработкой и интерпретацией результатов измерений [3]. Психофизиологические методы являются субъективными, но в то же время отличаются удобством и комфортностью для испытуемого, не требуют применения сложного дорогостоящего оборудования и длительного подготовительного периода перед проведением исследований, обладают обширными диагностическими возможностями. Психофизиологические методы позволяют изучать взаимосвязь между деятельностью человека и его функциональным состоянием [4], они актуальны в связи со следующими обстоятельствами [5]:
- психофизиологическое состояние человека связано с функционированием организма как биосистемы в целом;
- изменение психофизиологического состояния является первым и чувствительным индикатором изменений, происходящих в организме при различных воздействиях.
Целью работы является разработка психофизиологического метода определения ВЗВ, позволяющего уменьшить время исследований.
Способ определения времени зрительного восприятия
Ранее для определения ВЗВ предложен психофизиологический способ [6], заключающийся в предъявлении испытуемому парных световых
п п
Î \ ✓ , 1 Ч V. I
' N. \ / / \
Рис. 1. Временная диаграмма парных световых импульсов. Обозначения в тексте
Рис. 2. Временные диаграммы парных световых импульсов и их ощущений: а - временная диаграмма парных световых импульсов, разделенных МИИ, вызывающим зрительное ощущение раздельности импульсов; б - временная диаграмма зрительного ощущения световых импульсов, представленных на диаграмме «а»; в - временная диаграмма парных световых импульсов, разделенных МИИ длительностью тпор, вызывающих зрительное ощущение слияния двух световых импульсов в один; г - временная диаграмма зрительного ощущения световых импульсов, представленных на диаграмме «в». Остальные обозначения в тексте
SA2 SA3 SA4 SA 5 SA 6 SAI SA 8 SA 9
Рис. 3. Расположение пар светодиодов и соответствующих кнопок
импульсов длительностью t, равной 50 мс, разделенных межимпульсным интервалом (МИИ) т, повторяющихся через постоянный интервал времени Т, как показано на рис. 1, с использованием одного источника. Временные диаграммы предъявляемых парных световых импульсов и их ощущения представлены на рис. 2, где ті - время ощущения зрительного анализатора - время между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8]; т2 - время восстановления зрительного анализатора - время между моментом прекращения воздействия света на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения [7, 8].
Из временных диаграмм следует, что ВЗВ световых импульсов
^взв ^ + Тпор. (1)
Однако способ определения ВЗВ с использованием одного источника занимает длительное время, что ограничивает его применение при массовых обследованиях или при велоэргоме-рии с целью диагностики утомления или работоспособности. Для уменьшения времени определения ВЗВ предложено предъявлять испытуемому парные световые импульсы одновременно с использованием 10 источников, каждому из которых соответствует одна из 10 кнопок 5Л1-5Л10 (рис. 3) [9]. На первом этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным 5 мс. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых
Таблица 1
№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
МИИ, мс 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Таблица 2
№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
МИИ, мс 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5
Таблица 3
№ светодиода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
МИИ, мс 22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 30.0 30.1 30.2 30.3 30.4
импульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 5 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.
На втором этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным МИИ источника, определенного на первом этапе испытуемым как источник, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 0.5 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку.
На третьем этапе измерений на первый источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, равным МИИ источника, определенного на втором этапе испытуемым как источник, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один. На каждый последующий источник подается последовательность парных световых импульсов с МИИ, увеличенным по сравнению с МИИ предыдущего источника на 0.1 мс. Испытуемый определяет источник с наибольшим номером, для которого он субъективно ощущает слияние двух световых импульсов в один, и нажимает соответствующую ему кнопку, фиксируя значение длительности порогового МИИ тпор. Время восприятия зрительной информации ив вычисляется по формуле (1).
Результаты исследований и их обсуждение
В обследовании приняло участие 10 предварительно обученных испытуемых в возрасте от 18 до 22 лет с нормальным или скорректированным зрением, которые выполнили две серии
измерений ВЗВ. В первой серии измерений для 5 испытуемых световые импульсы предъявлялись с использованием одного источника, во второй серии измерений - с использованием 10 источников. Для других 5 испытуемых порядок выполнения серий измерений был обратным. Число измерений в каждой серии в соответствии с рекомендациями [10] равнялось 10.
Измерения выполнялись бинокулярно в помещении, оборудованном в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 [11] в первой половине дня с 9 до 12 часов с перерывами от 25 до 30 минут на отдых между сериями измерений. Источниками световых импульсов служили светодиоды желтого цвета диаметром 5 мм с силой света 3 мкд, размещаемые в районе ближней точки ясного видения. Формирование предъявляемых световых импульсов и вычисление ВЗВ выполнялось с использованием ПЭВМ РеШит III.
На первом этапе измерений компьютер выдал на светодиоды последовательности парных световых импульсов длительностью 50 мс, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 1.
Один из испытуемых на первом этапе определил светодиод № 4, для которого ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA4, на что потратил 3 с.
На втором этапе измерений компьютер выдал для этого испытуемого на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 2.
Испытуемый определил светодиод № 6, для которого ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA6, на что потратил 5 с.
На третьем этапе измерений компьютер выдал для этого испытуемого на светодиоды последовательности парных световых импульсов, разделенных МИИ, значения которых приведены в табл. 3.
Испытуемый определил светодиод № 3, для которого ощутил слияние двух световых импульсов в один, и нажал соответствующую ему кнопку SA3, на что потратил 5 с. Компьютер вычислил значение ВЗВ
^зв = t + тпор = 50 + 22.7 = 72.7 мс.
В результате испытуемый определил значение ВЗВ, потратив на это 13 с. При определении ВЗВ с использованием одного светодиода испытуемый потратил 27 с, то есть на 14 с или в 2 раза больше.
По результатам измерений вычислялись среднеарифметическое значение и среднеквадратическое отклонение значений ВЗВ в каждой серии измерений. Анализ результатов вычислений показал, что различие между индивидуальными значениями среднеарифметических значений и среднеквадратических отклонений, полученных испытуемыми в 2-х сериях измерений, статистически недостоверно.
Уменьшение длительности одного измерения ВЗВ с использованием 10 светодиодов по сравнению с использованием одного светодиода по группе испытуемых составило в среднем от 11 до 17 с.
Процесс восприятия и переработки зрительной информации происходит с участием рецептивных полей нейронов и их совокупностей. Длительность световых импульсов задана равной 50 мс, так как процессы возбуждения и торможения в рецептивных полях нейронов, вызванные световой вспышкой, в соответствии с исследованиями Шевелева И.А. [12], к этому времени в основном сформированы.
Постоянный интервал повторения пар световых импульсов выбран из условия исключения явления маскировки между парами световых импульсов, которая заключается во влиянии зрительного восприятия предыдущего светового стимула на зрительное восприятие последующего, и наоборот. При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [13]. Для устранения эффекта маскировки период повторения пар световых импульсов принят равным 1 с.
Экспериментально установлено, что время зрительного восприятия человека находится в пределах от 60 до 90 мс, поэтому длительность МИИ между двумя световыми импульсами в паре с учетом длительности импульса, равной 50 мс, на первом этапе измерений принята для первого светодиода равной 5 мс, для десятого светодиода - 50 мс. Шаг увеличения длительности МИИ между двумя световыми импульсами для последующего диода по сравнению с дли-
тельностью МИИ предыдущего диода на третьем этапе измерений равен 0.1 мс, так как точность отсчета времени зрительного восприятия принята равной 0.1 мс.
При предъявлении парных световых импульсов с использованием одного светодиода испытуемый, как и в известном тесте определения критической частоты световых мельканий, решает перцептивную задачу. Он отличает слившиеся в один два импульса в паре от различающихся, для чего обращается к кратковременной логико-смысловой памяти. Это обусловлено тем, что зрительная система не формирует внутри себя изображение, так как в ней отсутствует гомункулус, смотрящий на это изображение, а анализирует параметры элементов входного изображения.
В предложенном способе парные световые импульсы с различными МИИ предъявляются испытуемому с использованием 10 светодиодов одновременно. В этом случае испытуемый анализирует одновременно предъявляемые парные световые импульсы, определяет светодиод с пороговой длительностью МИИ, что не требует обращения к кратковременной логико-смысловой памяти. В результате время определения ВЗВ уменьшается.
Заключение
Предложен способ определения времени зрительного восприятия человека, пригодный для массового обследования или при велоэрго-мерии с целью диагностики утомления или работоспособности. По результатам экспериментальных исследований уменьшение длительности одного измерения времени зрительного восприятия с использованием 10 источников по сравнению с использованием одного источника по группе из 10 испытуемых составило в среднем от 11 до 17 с.
Список литературы
1. Костандов Э.А., Арзуманов Ю.Л., Важно-ва Т.Н. и др. Принятие решения и “средний член” рефлекса по И.М. Сеченову // Физиология человека. 1979. Т. 5. № 3. С. 415-426.
2. Зальцман А.Г. Особенности переработки зрительной информации в правом и левом полушариях головного мозга человека // Физиология человека. 1990. Т. 16. № 2. С. 135-148.
3. Татко В.Л. Хронометрия процессов переработки информации человеком // Итоги науки и техники. Серия «Физиология человека и животных. Проблемы современной психофизиологии». М.: ВИНИТИ, 1989. Т. 35. С. 3-144.
4. Хэссет Дж. Введение в психофизиологию: Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 248 с.
5. Булкин В.А., Иванова И.В. Оперативная оценка готовности спортсменов к предстоящей тренировочной деятельности // Теория и практика физической культуры. 1996. № 6. С. 40-45.
6. Патент 2209030 РФ, МПК А61В 5/00. Способ определения времени восприятия зрительной информации / Роженцов В.В., Петухов И.В. № 2002116877/14; заявлено 26.06.2002; опубл. 27.07.2003, Бюл. № 21.
7. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950. 531 с.
8. Семеновская Е.Н. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. М.: Медгиз, 1963. 279 с.
9. Патент 2339349 РФ, МПК А6№ 9/00, А61В 3/00, А61В 5/16. Способ определения времени вос-
приятия зрительной информации / Петухов И.В., Роженцов В.В. № 2007131638/14; заявлено 20.08.2007; опубл. 27.11.2008, Бюл. № 33.
10. Шайтор Э.П., Шабанов А.И., Ухин В.М. Описание стандартной методики измерения критической частоты слияния мельканий // Физиология человека. 1975. Т. 1. № 3. С. 570-572.
11. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы и правила Российской Федерации. М.: Изд-во стандартов, 1995. 30 с.
12. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. 1997. Т. 23. № 2. С. 68-79.
13. 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.
METHOD FOR DETERMINING HUMAN VISUAL PERCEPTION TIME
V. V. Rozhentsov
A method for determining human visual perception time by simultaneous presentation of paired pulse sequences from ten light sources has been proposed. According to the experimental results in a group of 10 test subjects, the time reduction of one measurement using 10 light sources is on average 11 to 17 sec as compared with a single light source.
Keywords: visual perception time, method for determining.
