книги из ГПНТБ / Митькин А.А. Электроокулография в инженерно-психологических исследованиях

*В новейшей модификации этого метода для передачи роговичного блика используется волоконная оптика, чем расширяются границы применения метода и значительно повышается его точность, однако аппаратурная оснащенность эксперимента усложняется.

ГЛАВА I

ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ

Принципиальная основа электроокулографин

Несмотря на то, что электроокулографпчесгаш метод известен уже несколько десятилетий, в трактовке прин­ ципиальных основ электроокулографин (ЭОГ) до сих пор нередко допускаются (даже в научной литературе) серь­ езные ошибки.

Наиболее распространенной ошибкой (повторяющей типичное заблуждение ранних исследований) является представление об ЭОГ как о методе регистрации движе­ ний глаз, основанном на записи биопотенциалов наруж­ ных мышц глаза. В этом случае ЭОГ смешивается с электромиографией глазных мышц, применяемой иногда при клинических исследованиях работы глазодвигатель­ ного аппарата в норме и патологии (Huber, 1961, Skorpil et al, 1963). Однако электромиография не находит прак­ тического применения как метод регистрации движений глаз.

Другая типичная ошибка в поипмаипп сущности ЭОГ заключается в том, что движения глазного яблока рас­ сматриваются как причина возникновения постоянного потенциала глаза, что не соответствует действительности

(Утямышев, 1969).

В настоящем разделе очень коротко излагается прин­ ципиальная основа электроокулографин.

Электроокулографическая регистрация движений глаз возможна благодаря наличию разности потенциалов меж­ ду роговицей и сетчаткой, т. е. между передним и задним полюсами глазного яблока. Эта разность потенциалов по­ лучила название корнео-ретпналыюго потенциала (КРП). У человека (как и у всех позвоночных) передний полюс глазного яблока электроположителен, а задний — элект­ роотрицателен. При этом линия, соединяющая оба полюса

23

Рис. I. Принципиальная схема алоктроокулографпп.

(«электрическая ось» глазного яблока), совпадает со зри­ тельной осью кащдого глаза п, следовательно, с направле­ нием взора.

Глазное яблоко подобно поворачивающемуся диполю, окруженному электропроводящей средой. С помощью электродов, наложенных на прилегающие к глазнице ткани, можно уловить изменения потенциала в тканях, окружающих глазное яблоко (рис. 1).

Для регистрации горизонтальных движении глаза одни электрод располагается у наружного (височного) уг­ ла глазной щели, а другой — у ее внутреннего (носового) угла (о возможностях монополяриого отведения см. ни­ же). Регистрация вертикальных движений глаза осущест­ вляется за счет пары электродов, расположенных у верх­ него п нпжиего края глазной впадипы по вертикали, про­ ходящей через центр зрачка. Если глаз фиксирован в точке, совпадающей со зрительной осью, то электроды каждой пары оказываются расположенными на одина­ ковом расстоянии от положительного роговичного полю­ са, а также и негативного ретинального полюса. В этом случае может быть зарегистрирован лишь постоянный положительный потенциал роговицы по отношению к нейтральному электроду. Если же глаз поворачивается, например, в сторону носа, то носовой электрод оказыва­ ется ближе к переднему положительному полюсу, чем к заднему отрицательному. В то же время височный элект­ род оказывается ближе к заднему отрицательному, чем к переднему положительному полюсу. В результате носо-

24

ний потенциала глаза, указывает иа основные свойства этого потенциала.

1. У позвоночных роговица электроположительна по отношению к сетчатке; у беспозвоночных, наоборот, пе­ редний полюс глаза является электроотрицательным ‘.

2.У позвоночных постоянный потенциал увеличи­ вается при освещеншт.глаза.

3.Механические воздействия иа глаз п изменения понноп среды вокруг глаза не приводят к изменениям постоянного потенциала.

4.Постоянный потенциал изменяется под воздейст­ вием электрической и температурной стимуляции, а так­

действии света относятся электроретшгографпческне ис­ следования Девара п Мак Кендрика (1873), проведенные на животных. Немного позже Девар (1877) провел ис­ следование изменений потенциала глаза у человека при засвете сетчатки. В эксперименте Девара один из элект­ родов, образующих электрическую цепь, помещался на краю глазной орбиты, а другой — на руке испытуемого. Обнаруженные в этом эксперименте изменения потен­ циала прп движении глаза были отнесены к артефактам.

В 1922 г. Шотт (1922) применил электрический метод для исследования нистагма глазного яблока. В его опы­ тах один пз электродов (шарик диаметром 2 мм пз поли­ рованной меди) касался слезного мясца (caruncle) у но­ сового угла глаза, другой (изогнутая в виде петли тонкая проволока) — конъюнктивы у височного угла глаза. Опы­ ту предшествовало анестезирование глаза раствором ко канна. Электроды были подключены к гальванометру электрокардиографа.

Мейерс (1929), подобно Шотту, исследовал нистагм с помощью электрокардиографа. Он применил подковооб­ разные оловянные электроды, закрепленные близ внут­ реннего и наружного углов глаза. Мейерсу первому уда-1

1Беспозвоночные в отличие от позвоночных имеют глаза так назы­ ваемого иепивертировапного типа. Это значит, что фоторецепто­ ры обращены к свету, который, пройдя через оптику глаза, по­ падает непосредственно в них (Бызов, 1966). При таком анатоми­ ческом строении глаза его электрическая полярность противо­ положна полярности глаза позвоночных.

26

лось получить запись движений глаз при закрытых ве­ ках. Полученные результаты Мейерс рассматривал как запись токов действия наружных мышц глаза.

Якобсон (1930) исследовал горизонтальные движения глаз с помощью пары платиновых электродов. Он впер­ вые использовал в электроокулографпи электронный уси­

циалом глаза, а с токами действия глазных мышц. «Второе рождение» постоянного потенциала связано с

исследованиями Моурера, Руха и Миллера (1935, 1936). Они получили результаты, аналогичные данным Мейер­ са и Якобсона, но в отлпчне от последних ие рассматри­ вали эти результаты как записп токов действия глазных мышц. Используя хлорированные серебряные электроды и изотонический раствор хлористого натра (в качестве проводящей среды между электродом и кожей), они при­ менили усилитель постоянного тока. Они установили, что движения глаз в плоскости расположения электродов вы­ зывают изменения показаний гальванометра, в то время как движения в плоскости, перпендикулярной к плоско­ сти расположения электродов, ие дают такпх изменений. Таким образом онн показали, что в записях Мейерса имели место ие электромиограммьт, а изменения корнеоретинальиого потенциала. В результате хорошо органи­ зованной серии экспериментов онн установилп следую­ щие закономерности.

1. Чем больше угол поворота глаза, тем больше вели­ чина потенциала (крайние значения составили 0,5— 0,75 .ие).

2.Электроотрицательным становится электрод, кото­ рый оказывается ближе к сетчатке (а не электрод, рас­ положенный ближе к напряженной мышце).

3.Пассивные движения глазного яблока (при рас­ слабленных мышцах) у анестезированных кошек дали результаты, аналогичные тем, которые были получены на людях при произвольных движениях глаз.

4.У кошек после разрушения химическим путем сет­ чатки не наблюдалось изменение потенциала при движе­ ниях глаза.

5.Кориео-ретииадышй потенциал был непосредствен­ но измерен на изолированном глазе черепахи.

27

Если глазное яблоко имеет полюсы с постоянной раз­ ностью потенциалов, а окружающие глаз ткани обладают одинаковой электропроводностью, то между углом пово­ рота глаза и изменением потенциала в близлежащих тка ­ нях должна существовать количественная зависимость. Наличие такой зависимости было впервые установлено

ками составляло 70°). Изменения потенциала регистриро­ вались струнным гальвапометром. Откладывая иа оси абсцисс угол поворота глаза, а на оси ордипат величину корнео-ретииального потенциала (в милливольтах), Фени и Гарш получили прямую линейную зависимость между ве­ личиной потенциала и синусом угла поворота. Опи нашли также значительные индивидуальные колебания величины потенциала (от 0,2 до 0,8 мв у 21 испытуемого). Однако им не удалось установить какой-либо корреляции между величиной потенциала, с одной стороны, и полом, воз­ растом и другими характеристиками испытуемых — с другой.

Большие индивидуальные различия в величине КРП были обнаружены также Холстедом (1938), который при­ шел к выводу, что электроокулографнческая запись дви­ жений глаз обладает точностью в пределах ±1°.

Дальнейшее исследование КРП было проведено в ра­ ботах Майлса (1938, 1939, 1940). Он использовал неболь­ шие электроды из фольги, пасту иа хлорпстонатрпевой основе, усилитель постоянного тока и струнный гальва­ нометр.

Проводя измерения в пределах 80 угловых граду­ сов, Майлс нашел, подобно Фейну и Гаршу, линейную зависимость между величиной потенциала и синусом угла поворота глаза. При повороте глаза иа 30° в сторону от центральной точки величина потенциала колебалась у отдельных индивидов от 0,2 до 2,5 мв. Майлс установил также, что регистрируемый с поверхности кожи потен­ циал существенно изменяется за счет кожно-гальваниче­ ской реакции при эмоциональных сдвигах у испытуемого. Тенденцию к уменьшению потенциала на другой экспери­ ментальный день он объясняет уменьшением кожно-галь­ ванической реакции.

28

Проводя серию исследований па одноглазых испытуе­ мых, Майлс обнаружил несколько большее увеличение потенциала при движениях глаза наружу (к виску) и вверх по сравнению с движениями внутрь (к носу) и вниз.

Майлс установил также следующие влияния побоч­ ных факторов на величину потенциала, замеряемую при поворотах глаза на 30°:

1. После 15 сек массажа (пальцами) закрытого века среднее значение потенциала увеличивается на 0,07 мв.

2.Несколько капель 10%-иого раствора хлористого натра, введенных в конъюнктивный мешок, увеличивают потенциал на 0,37 мв на несколько минут.

3.Закрытый глаз имеет несколько более высокий по­ тенциал, чем открытый.

4.Изменение освещенности от 0,001 до 5 млб приво­ дит к увеличению потенциала на 0,38 мв (при исходном

уровне 1,10 ± 0 ,3 м в). Увеличение потенциала происхо­ дит в течение 5 мин в основном на четвертой и пятой ми­ нутах.

Майлс сделал предположение, что найденные законо­ мерности не обязательно связаны с потенциалом глаза, но могут также вызываться изменениями в окружающих глаз тканях.

Гоффман, Вельман и Кермайкл (1939) провели срав­ нение электрического и фотографического способов реги­ страции движений глаз. Они применили круглые 4-мил- лиметровые электроды из оловянных пластин, электрод­ ную пасту для контакта электродов с кожей и усилитель переменного тока. Исследовав различные комбинации го­ ризонтальных и вертикальных отведений, они установи­ ли, что предпочтительным является битемпоральнос от­ ведение 2, так как оно дает наибольший вольтаж. Иссле­ довались повороты глаз на 12°. Регистрация горизонталь­ ных движений сопровождалась одновременной фоторе­ гистрацией движений глаз. Была установлена линейная зависимость величины потенциала от тангенса утла по­ ворота глаза.

В это же время Бодуин, Фишгольд, Каус и Лерике (1939) исследовали оптокинетический нистагм с по-

2 Битемпоральное отведение — регистрация разницы потенциалов, снимаемых с обоих височных краев глазниц.

29

мощыо электроэнцефалографического оборудования. Они использовали хлорированные серебряные электроды, ко­ торые были вмонтированы в резиновые чашечки, укреп­ ляемые на поверхности кожи.

В эти же годы Юнг (1939) исследовал движение глаз (главным образом нистагм) с помощью электрического метода. Используя электрокардиограф с усилителем пе­ ременного тока, ои записывал горизонтальные и верти­ кальные движения глаз. Электроды диаметром около 10 мм, имеющие грибовидную форму, размещались по го­ ризонтали и вертикали, проходящим через центр глаза. Индифферентные электроды крепились на ушах. Исполь­ зовались отведения от каждого глаза в отдельности, а также бптемпоральные отведения.

Юнг считал, что электрический метод ограничен точ­

Они применяли хлорированные серебряные электроды диаметром 5 мм, в чашеобразные углубления которых за­ кладывалась электродная паста. Использовался усили­ тель переменного тока и электроппо-лучевой осцилло­ граф.

Указанные авторы отмечали, подобно Юнгу, влияние токов действия глазных мышц, дающих типичное быстрое отклонение потенциала.

Исследование нистагма электрическим методом про водилось Перлманом и Кейзом (1939). Для регистрации ими использовался осциллограф с чернильной записью. Эти авторы отмечали наличие в записях характерных «спайков», вызванных токами действия глазных мышц. Точность записи была определена в 6°.

Лексел (1939) исследовал движения глаз с помощью усилителя постоянного тока и электронно-лучевого осцил­ лографа. Конструкция и креплепие электродов были таки­ ми же, как у Бодуппа и др. Индифферентный электрод помещался иа предплечье. Лексел установил, что при го­ ризонтальных отклонениях глаза в пределах 45° от сред­

30