Роженцов В.В.

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» Министерства образования и науки РФ, пл. Ленина, 3, Йошкар-Ола, Российская Федерация, 424000

Лежнина Т.А.

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» Министерства образования и науки РФ, пл. Ленина, 3, Йошкар-Ола, Российская Федерация, 424000

Методика измерения полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы

Журнал: Вестник офтальмологии. 2016;132(1): 43-46

Просмотров : 54

Загрузок :

Как цитировать

Роженцов В. В., Лежнина Т. А. Методика измерения полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы. Вестник офтальмологии. 2016;132(1):43-46. https://doi.org/10.17116/oftalma2016132143-46

Авторы:

Роженцов В.В.

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» Министерства образования и науки РФ, пл. Ленина, 3, Йошкар-Ола, Российская Федерация, 424000

Все авторы (2)

В офтальмологии для диагностики атрофии зрительного нерва, глаукомы, рассеянного склероза, катаракты и ряда других заболеваний используется критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ), т. е. частота мельканий света в секунду, при которой наступает субъективное ощущение слияния мельканий и зрительный анализатор воспринимает мелькающий источник светящимся непрерывно. Вопросы измерения КЧСМ рассмотрены в работах [1—3].

В восприятии частот световых мельканий участвует совокупность нейронов со своими рецептивными полями, являющихся основными структурными и функциональными единицами (элементами) нервной системы. Рецептивные поля нейронов рассматриваются как фильтры, имеющие определенную полосу пропускания. Очевидно, что именно этим объясняется низкая точность измерения КЧСМ, так как близкие частоты световых мельканий, расположенные внутри полосы пропускания, нейронами не различаются [4, 5].

Вначале зрительную систему рассматривали как один пространственно-частотный фильтр. F. Campbell и J. Robson [6] впервые высказали предположение, что зрительная система состоит из множества параллельных пространственно-частотных каналов (фильтров), каждый из которых чувствителен к определенным частотам.

Полоса пропускания пространственно-частотных каналов (ПП ПЧК) изучается с помощью тонких светлых и темных полос, а также решеток с синусоидальным распределением яркости с разной пространственной частотой, под которой понимается число периодов (циклов) распределения яркости на один градус поля зрения (цикл/град) [5, 7].

Вопросы измерения ПП ПЧК зрительной системы рассмотрены в работах [8—10], в которых предложено определять ширину полосы пропускания в герцах (Гц) путем оценки порога различения частот световых мельканий как минимальной разности ΔF между «верхней» FB и «нижней» FH частотой, которая вызывает у испытуемого ощущение их различения.

Цель работы — определение числа измерений, необходимых для стабилизации измеряемых значений ПП ПЧК зрительной системы.

Материал и методы

Оценку числа измерений, необходимых для стабилизации измеряемых значений ПП ПЧК зрительной системы, проводили с группой испытуемых. В обследовании приняло участие 10 необученных пациентов в возрасте от 18 до 22 лет с нормальным зрением. Измерения выполняли бинокулярно в первой половине дня с 9 до 12 ч.

Для измерения ПП ПЧК испытуемым предъявлялись световые мелькания с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, равной 10 Гц. Затем предъявлялись поочередно световые мелькания с декрементной (уменьшенной по сравнению с начальной) и инкрементной (увеличенной по сравнению с начальной) частотами. Временной интервал предъявления частот задавался равным 1 с и не изменялся в течение исследования. Разницу между предъявляемыми частотами увеличивали, пока испытуемый не определял порог различения предъявляемых частот световых мельканий, который принимали равным значению ПП ПЧК.

Световые мелькания предъявлялись с использованием светодиода желтого цвета диаметром 5 мм с силой света 3 мкд, размещаемого в районе ближней точки ясного видения. Формирование предъявляемых световых импульсов и измерение ПП ПЧК выполняли с использованием ПЭВМ.

Измеренное значение ПП ПЧК отмечалось на плоскости в координатах «полоса пропускания — номер измерения». Описанную процедуру повторяли, строили график зависимости значений ПП ПЧК ΔF как функции ΔF=f(Ni), где Ni — номер i-ого измерения, i = 1, 2, …, k, k — число измерений до получения квазистационарного режима, когда переходный процесс закончен. Число измерений, необходимых для стабилизации измеряемых значений ПП ПЧК зрительной системы, определяли по количеству измерений, выполненных во время переходного процесса, после которого измеряемые значения полосы пропускания стабилизировались [11].

Результаты и обсуждение

Результаты измерений ПП ПЧК зрительной системы двух испытуемых представлены в виде графиков ее значений на рисунке.

Динамика значений ПП ПЧК для первого (а) и второго (б) испытуемых. По оси абсцисс — номер измерения; по оси ординат — значение ПП ПЧК (в Гц).

Окончание переходного процесса определяли по номеру измерения, после которого имело место неравенство [12]:

| ΔFi — ΔF0 | ≤ ∆/2,

где ΔFi — значение ПП ПЧК зрительной системы в i-м измерении, i = 1, 2, …, k, k — число измерений; ΔF0 — среднее значение ПП ПЧК зрительной системы в квазистационарном режиме; ∆ = (∆Fmax — ∆Fmin) — вариационный размах значений ПП ПЧК зрительной системы в квазистационарном режиме; ∆Fmax и ∆Fmin — соответственно максимальное и минимальное значения ПП ПЧК зрительной системы в квазистационарном режиме.

Вариационный размах Δ значений ПП ПЧК в квазистационарном режиме отмечен на графиках двумя пунктирными линиями. Из анализа динамики значений ПП ПЧК следует, что для первого испытуемого переходный процесс заканчивается после третьего измерения (см. рисунок, а), для второго испытуемого — после шестого измерения (см. рисунок, б).

Таким образом, процессы адаптации испытуемых и их зрительных анализаторов, обусловливающие наличие переходного процесса, заканчиваются за время, необходимое для выполнения 3 измерений первому испытуемому и шести — второму.

Показатели Δ вариационного размаха значений ПП ПЧК в квазистационарном режиме, ранжированные по параметру nизм — числу измерений в переходном процессе (до получения квазистационарного режима), представлены в таблице.

Результаты измерений ПП ПЧК зрительной системы по группе испытуемых

По результатам анализа полученных данных в обследованной группе установлено, что для стабилизации измеряемых значений ПП ПЧК зрительной системы испытуемым необходимо выполнить от 2 до 8 измерений, точечная оценка медианы распределения необходимого числа измерений по группе равна 5.

Существование пространственно-частотных каналов в зрительной системе показано в опыте C. Blakemore и F. Campbell [13]. Они установили, что адаптация к синусоидальной решетке определенной пространственной частоты вызывает снижение чувствительности только к этой частоте и ее ближайшей окрестности. В опытах с адаптацией установлено, что ширина полосы частот, к которым наблюдается адаптация, т. е. ширина полосы пропускания исследуемого пространственно-частотного канала равна 1,5 октавы (октава — логарифм отношения верхней граничной частоты к нижней граничной частоте).

Дальнейшее развитие модели пространственно-частотной фильтрации выполнено T. Caelli с коллегами [14]. Аналогично представлению F. Campbell и J. Robson модель T. Caelli предполагает наличие множества каналов, настроенных на выделение различных пространственно-частотных гармонических составляющих в изображении. Набор этих каналов определяет всю передаточную характеристику зрительной системы.

Условием точности измерения ПП ПЧК зрительной системы является получение ее значений с малой вариабельностью. Однако в результате адаптации испытуемого к экспериментальным условиям, вследствие наличия «этапа врабатывания» [15] и влияния «закона научения», согласно которому процесс формирования навыка развивается по экспоненте [16], присутствует переходной процесс. По окончании переходного процесса наступает квазистационарный режим, в котором наблюдается вариабельность значений ПП ПЧК зрительной системы, объясняемая стохастичностью центральной нервной системы как сложного биологического объекта. Длительность переходного процесса определяется временем стабилизации измеренных значений ПП ПЧК зрительной системы.

По мнению Н.М. Пейсахова и соавт. [17], стабилизация значений происходит после 2—3 измерений. Однако переходный процесс сугубо индивидуален, поэтому необходимое число измерений ПП ПЧК зрительной системы до стабилизации ее значений для разных испытуемых различно, что подтверждено данным исследованием.

Полученные результаты не противоречат данным, приведенным рядом авторов, об улучшении зрительных функций в процессе измерений. Такое наблюдается в процессе обучения при решении многих задач: повышается острота зрения [18], снижаются пороги верньерной остроты [19], стереоскопического зрения [20], контрастные пороги при обнаружении узкой полосы [21].

В.А. Мещеряков и И.А. Казановская [22] объясняют улучшение зрительных функций при тренировке тем, что сокращается длительность психологического рефрактерного периода. В.М. Бондаренко и соавт. [21] считают, что в процессе выполнения зрительной задачи происходит настройка и возникновение временных связей между отдельными структурами зрительной системы. В то же время попытки моделирования этого процесса сводятся к изменению критерия наблюдателя на уровне принятия решения. Однако блок принятия решения является гипотетическим и не поддается исследованию и анализу.

Заключение

1. Показана причина низкой точности измерения критической частоты световых мельканий, обусловленная тем, что близкие частоты мельканий, расположенные внутри полосы пропускания нейронов, зрительной системой не различаются.

2. Исследована длительность переходного процесса до стабилизации измеряемых значений полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы. По обследованной группе установлено, что для стабилизации измеряемых значений испытуемым необходимо выполнить от 2 до 8 измерений, точечная оценка медианы распределения необходимого числа измерений по группе равна 5.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: В.Р.

Сбор и обработка материала: В.Р., Т.Л.

Статистическая обработка: Т.Л.

Написание текста: В.Р.

Редактирование: Т.Л.

Конфликт интересов отсутствует.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail