Повышение точности определения степени зрительного утомления при воздействии на испытуемого последовательностью парных световых импульсов

Автoр: Рoженцoв Валерий Витальевич

Спocoб oпределения cтепени зрительнoгo утoмления

Изoбретение oтнocитcя к медицине и медицинcкoй технике и предназначенo для oпределения cтепени зрительнoгo утoмления. Иcпытуемoгo подвергают воздейcтвию утомляющего фактора. До его воздейcтвия и периодичеcки во время воздейcтвия иcпытуемому предъявляют поcледовательноcть парных cветовых импульcов длительноcтью 200 мc, разделенных межимпульcным интервалом, равным 70 мc, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. Методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один. Степень зрительного утомления (СЗУ) вычисляют по формуле: СЗУ_i=(ПМИ_i-ПМИ₀)100%/ПМИ_i; i=1,2,...,n, где ПМИ₀ - длительность порогового межимпульсного интервала до воздействия утомляющего фактора; ПМИ_i - длительность i-го порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора; n - число измерений порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора. Способ позволяет повысить точность определения степени зрительного утомления. 4 ил., 1 табл.

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого раздражающего фактора в виде потока мелькающего света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий при постоянной частоте светового потока и определяют величину амплитуды мельканий светового потока, при которой мелькающий свет станет казаться ровным, а о степени зрительного утомления судят по этой величине [1].

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого раздражающего фактора в виде потока мелькающего света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, плавно изменяют длительность проблеска в пределах одного периода при постоянной частоте мелькающего света, а степень зрительного утомления определяют по величине длительности проблеска в момент субъективного выравнивания потока мелькающего света [2].

Известен способ определения утомления зрительного анализатора путем предъявления в поле зрения испытуемого световых сигналов до и после воздействия утомляющего фактора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, количество сигналов в каждой последующей пачке уменьшают по сравнению с предыдущей, начиная с 30 сигналов в первой пачке до 2 в последней, соответственно сокращая длительность предъявления пачки сигналов с 1200 до 60 мс, регистрируют число воспринимаемых как ровный свет сигналов и в случае возрастания этого числа более чем на 10% после воздействия утомляющего фактора определяют утомление зрительного анализатора [3].

Известен способ определения степени зрительного утомления, заключающийся в том, что проводят адаптацию зрения испытуемого путем подачи в его поле зрения постоянного светового потока в течение 3-5 мин, после чего световой поток модулируют потоком мелькающего света постоянной частоты, осуществляют плавное изменение амплитуды мельканий путем ее увеличения от нуля до величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, и оценивают степень зрительного утомления, отличающийся тем, что предварительно поле зрения испытуемого экранируют от других световых потоков, световые потоки постоянного и мелькающего света формируют посредством точечного источника света, который совмещают со зрительной осью глаза, в качестве потока мелькающего света применяют поток, изменяемый по синусоидальному закону, увеличение амплитуды мельканий производят путем увеличения амплитуды переменного синусоидального светового потока, а степень зрительного утомления оценивают в соответствии с выражением

Ст.зу=(Ау-Ао) 100%/Ау,

где Ст.зу - степень зрительного утомления; Ао - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), полученное для глаза в его исходном (отдохнувшем) состоянии; Ау - среднее значение амплитуды переменного синусоидального светового потока (амплитуды мельканий), полученное для глаза в его утомленном состоянии [4].

Недостатком способов является низкая точность определения степени зрительного утомления. Данные способы основаны на определении субъективного ощущения момента слияния световых мельканий. При этом наблюдается большая вариабельность измеряемого параметра, обусловленная отсутствием четкого перехода от видимости световых мельканий к ощущению их слияния [5]. Это объясняется наличием полосы пропускания рецептивных полей нейронов, воспринимающих световые мелькания, при этом частоты внутри полосы пропускания рецептивными полями не различаются [6].

Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения степени зрительного утомления.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении точности определения степени зрительного утомления.

Технический результат достигается тем, что при воздействии утомляющего фактора испытуемому периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один, степень зрительного утомления СЗУ вычисляют по формуле:

СЗУ_i=(ПМИ_i-ПМИ₀)100%/ПМИ_i; i=1, 2,..., n,

где ПМИ₀ - длительность порогового межимпульсного интервала до воздействия

утомляющего фактора; ПМИ_i - длительность i-гo порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора; n - число измерений порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора.

Предлагаемый способ определения степени зрительного утомления осуществляется следующим образом.

На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых испытуемому, где t_и - длительность светового импульса; - длительность межимпульсного интервала; Т - длительность временного интервала повторения парных световых импульсов.

На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала при определении его порогового значения.

На фиг.3 представлен график динамики порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора, на фиг.4 - степени зрительного утомления.

Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени 0-T₁). Методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени Т₁-Т₂).

Далее испытуемого подвергают воздействию утомляющего фактора. Периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с (фиг.1; фиг.2, интервал времени O-T₁). Методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T₁-T₂). Степень зрительного утомления СЗУ вычисляют по формуле:

СЗУ_i=(ПМИ_i-ПМИ₀)100%/ПМИ_i; i=1, 2,..., n,

где ПМИ₀ - длительность порогового межимпульсного интервала до воздействия утомляющего фактора; ПМИ_i - длительность i-го порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора; n - число измерений порогового межимпульсного интервала при воздействии утомляющего фактора.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения степени зрительного утомления, т.к. точность определения порогового межимпульсного интервала выше точности определения слияния световых мельканий на 20-29% [5].

При предъявлении испытуемому последовательности парных световых импульсов длительностью t_и, разделенных межимпульсным интервалом >_пор, off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов.

При уменьшении длительности межимпульсного интервала т между двумя световыми импульсами восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым, а также прямой маскировки, при которой первый импульс влияет на качество восприятия второго [7]. Поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала между двумя световыми импульсами до значения =_пор off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса не успевает возбудится и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один.

Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле нейрона небольшого размера. Затем регистрируемое рецептивное поле расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение регистрируемого рецептивного поля нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [8]. После исчезновения рецептивного поля нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [9], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.

Так как формирование зоны возбуждения рецептивного поля заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [9], длительность межимпульсного интервала принята равной 70 мс. При такой длительности межимпульсного интервала off-система зрительного анализатора после окончания первого светового импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его прекращении.

При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [10]. Для устранения эффекта маскировки между парами световых импульсов парные световые импульсы повторяются через постоянный временной интервал 1 с.

Таким образом, предлагаемый способ отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемому М., 20 лет, предъявили последовательность парных световых импульсов длительностью t_и, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом _нач, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг 1; фиг.2, интервал времени 0-T₁). Методом последовательного приближения определили пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени Т₁-Т₂), равный 5,6 мс.

Далее испытуемый с помощью персонального компьютера выполнял набор текста в течение четырех часов согласно инструкции: вводить текст с максимально возможной скоростью с минимальным количеством ошибок. Регламентированный перерыв длительностью 15 минут предоставлялся через 2 часа после начала работы.

Испытуемому периодически, через каждые 30 минут работы, предъявляли последовательность парных световых импульсов длительностью t_и, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом _нач, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг 1; фиг.2, интервал времени 0-T₁). Методом последовательного приближения определяли длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени Т₁-Т₂). Степень зрительного утомления СЗУ вычисляли по формуле:

СЗУ_i=(ПМИ_i-ПМИ₀)100%/ПМИ_i; i=1, 2,..., n,

где ПМИ₀ - длительность порогового межимпульсного интервала до начала набора текста; ПMИ_i - длительность i-гo порогового межимпульсного интервала во время набора текста; n - число измерений порогового межимпульсного интервала во время набора текста.

Данные измеренных значений порогового межимпульсного интервала и вычисленных значений степени зрительного утомления с указанием времени измерения представлены в таблице.

Время измерения час. мин.	9.00	9.30	10.00	10.30	11.00
Значение порогового межимпульсного интервала, мс	5,6	6,2	6,5	7,1	7,5
Степень зрительного утомления, %		9,7	13,8	21,1	25,3
Время измерения, час, мин	11.15	11.45	12.15	12.45	13.15
Значение порогового межимпульсного интервала, мс	6,7	7,2	7,8	8,6	9,2
Степень зрительного утомления, %	16,4	22,2	28,2	34,9	41,1

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения степени зрительного утомления. Это позволяет более рационально построить режим труда и отдыха, тем самым улучшить условия и производительность труда.

Источники информации

1. А.с.735241 СССР, А61В 5/16. Способ определения степени зрительного утомления / Г.Н.Яговкин, А.П.Овчинников (СССР). - 2643121/28-13; заявл. 10.07.78; опубл. 25.05.80.

2. А.с. 799725 СССР, А61В 5/16. Способ определения степени зрительного утомления / Б.А.Князевский, Г.Н.Яговкин, А.П.Овчинников (СССР). - 2743018/28-13; заявл. 29.03.79; опубл. 30.01.81.

3. А.с. 1461406 СССР, А61В 5/16. Способ определения утомления зрительного анализатора / В.П.Поляков, В.А.Алексеев (СССР). - 4117561/28-14; заявл. 12.09.86; опубл. 28.02.89.

4. Пат. 2275843 РФ, А61В 3/02. Способ определения степени зрительного утомления / Медведев В.Р., Старостин М.М., Пишевец С.П., Ткаченко В.И., Ткаченко Н.В. - 2005102221/14; заявл. 02.01.2005; опубл. 05.10.2006.

5. Петухов И.В. Исследование точности оценок временных характеристик зрительного восприятия / И.В.Петухов, В.В.Роженцов, М.Т.Алиев // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2007. - Т. 144, 8. - С.236-237.

6. Глезер В.Д. Зрение и мышление / В.Д.Глезер. - 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.

7. Кропотов Ю.Д. Реакция нейронов и вызванные потенциалы в подкорковых структурах мозга при зрительном опознании. Сообщение IV. Эффект маскировки зрительных стимулов / Ю.Д.Кропотов, В.А.Пономарев // Физиология человека. - 1987. - Т.13, 4. - С.561-566.

8. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре / И.А.Шевелев // Физиология человека. - 1997. - Т.23, 2. - С.68-79.

9. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы / Н.Ф.Подвигин. - Л.: Наука, 1979. - 158 с.

10. Тароян Н.А. Межполушарные функциональные отношения в процессе решения человеком зрительно-пространственной задачи /Н.А.Тароян, В.В.Мямлин, О.А.Генкина// Физиология человека. - 1992. - Т.18, 2. - С.5-14.