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

лется iTcfKpyr значения 15 мне на 1% поворота глаз (при некоторых индивидуальных различиях у испытуемых). При монополярном отведении потенциал уменьшается примерно на четверть.

В тех случаях, когда требуется раздельная регистра­ ция движении правого п левого глаза (например, при исследовании конвергенции и дивергенции зрительных осей), используются по две пары активных электродов вокруг каждого глаза (каждая горизонтальная пара обра­ зуется височным и носовым электродами). Если нет необ­ ходимости в раздельном изучении движений глаз, исполь­ зуют биполярное отведение от височных электродов обоих глаз и отведение по вертикали от одного глаза.

Одновременное отведение потенциалов от горизон­ тальной п вертикальной пары электродов и подача их (после усиления) на отклоняющие пластины (катушки) электронно-лучевого осциллоскопа дает возможность на­ блюдать и регистрировать любые траектории движений глаз. При движениях глаз по наклонным (при поворотах в так называемое третичное положение: вправо — вверх, вле­ во — вниз, влево — вверх, вправо — вниз) амплитуду пово­ рота можно выразить гипотенузой прямоугольного треу­ гольника, катеты которого образованы горизонтальной и вертикальной составляющими.

Совмещенная регистрация горизонтальной и вертикаль­ ной составляющей, посредством которой можно получать маршрут движения взора на плоскости, получила название векторэлектроокулографии в отличие от электроокулографии, под которой подразумевается раздельная запись гори­ зонтальных и вертикальных движений с их временной раз­ верткой.

Для получения качественных результатов необходимо применять заземление испытуемого. Разные авторы выби­ рали различные места расположения заземленного элект­ рода (мочки ушей, верхний край середины лба, пред­ плечье) . Хорошее заземление может быть получено с по­ мощью входящего в комплект ВЭКС-01 стандартного элект­ рода при расположении его на внутренней стороне левого

предплечья.

Зависимость между углом отклонения глаза и измене­ нием разности потенциалов. Как уже указывалось, рядом авторов была установлена прямая, приближающаяся к ли­ нейной зависимость между этими двумя величинами. Ис-

43

Рис. 5. Зависимость между углом отклонения глаза и из­ менением разности потенциа­ лов. Сплошная линия — моноиоляриое отведение по гори­ зонтали, пунктирная —по вертикали (по Лурье, 1965)

следование Лурье (1965) еще раз подтвердило наличие та­ кой зависимости (рис. 5). По осп абсцисс отложены рас­ стояния (в угловых градусах) между точками фиксации (исходная точка находилась на оси зрения); но оси орди­ нат — изменения потенциала в микровольтах. Приведены средние величины по пяти испытуемым; для каждой угло­ вой величины проводилось 50 измерений по пяти точкам (5, 10, 20, 30 и 45° по горизонтали и вертикали).

Лурье отмечает, что приближающаяся к линейной зави­ симость между утлом поворота глаза и изменением разно­ сти потенциалов была выявлена только у тренированных испытуемых. Аналогичная роль тренировки наблюдалась нами при выполнении испытуемыми задач на обводку кон­ тура. По-видимому, здесь имеет место действие кожногальванического рефлекса, который угасает по мере привы­ кания испытуемых к экспериментальной обстановке. Кро­ ме того, нервное состояние испытуемых влияет, вероятно, на точность моторики глаз.

Хотя вопрос о нелинейности электроокулографни про­ должал дискутироваться в литературе последнего десяти­ летия (см., например, Byford, 1963), следует считать уста­ новленным, что в пределах ±20° (т. е. при угловых разме­ рах объекта до 40°) электроокулографпческая запись является практически линейной.

Из графика, приведенного на рис. 5, видно, что при од­ ной и той же амплитуде движения глаз величина измене­ ния потенциала различна для горизонтальных и вертикаль­ ных движений. Наибольшее расхождение наблюдается на участке 20—30°. Такое рассогласование необходимо учиты­ вать при векторных записях (т. е. при одновременной ре­ гистрации вертикальной и горизонтальной составляющих). Опыт наших исследований показал, что искажения в запи-

44

ей легко устраняются, если перед началом! опыта провести «подравнивание» усилоппя но вертикальному н горизон­ тальному каналам, предложив испытуемому выполнить се­ рию «настроечных» движений глаз «по кресту» или «по квадрату».

Усилители и регистрирующие устройства. В олектрооку-

лографпн используются как усилители постоянного тока, так и усилители переменного тока (в зависимости от за­ дачи исследования). Для изучения скорости глазодвига­ тельных реакций целесообразно применять усилители пе­ ременного тока; векторэлектроокулографические записи маршрута движения взора требуют применения усилителей постоянного тока.

Довольно часто исследователи используют для много­ канальной записи элекгроэнцефалограф.

Вместо энцефалографа можно использовать 2 усилите­ ля биопотенциалов УБП-02 (один для горизонтального ка­ нала, другой — для вертикального), подключив к ним в ка­ честве регистратора чернильный самописец или шлейфный осциллограф (например, осциллограф Н-700).

Наиболее целесообразно использовать многоканальную (минимум 2 капала) установку с усилителями постоянного тока и двойной системой регистрации: покадровой съемкой векторограммы с экрана осциллоскопа н непрерывной за­ писью (чернильной пли шлейфной) на движущуюся ленту (но двум составляющим — горизонтальной и вертикаль­ ной) . В качестве усиливающей н регистрирующей системы может успешно использоваться стандартный вектор электрокардпоскоп ВЭКС-01. Однако малая степень усиления (до 2 см/мв) требует применения дополнительного усили­ теля. В наших экспериментах использовались два после­ довательно соединенных ВЭКС-015.

Остановимся несколько подробнее на характеристике этого аппарата.

Векторэлектрокардиоскоп ВЭКС-01 московского заво­ да «ЭМА» представляет собой электронный осциллоскоп, предназначенный для исследования электрической актив­ ности сердца п других низкочастотных процессов. Длитель­ ное послесвечение экрана электронно-лучевой трубки по­

s Для аналогичных исследований могут быть использованы более поздние выпуски аппарата ВЭКС: ВЭКС-04, ВЭКСА м и внедря­ емый в 1974 г. в производство ВЭКС-02.

45

зволяет визуально наблюдать процесс. Этот процесс может быть заснят на кадр фотопленки размером 24 X 36 мм при помощи фотоаппарата, входящего в комплект ВЭКС’а.

В аппарате предусмотрены отметка времени в 0,05 сек, 0,01 сек и 0,005 сек выбросами на трассе луча или затем­ нениями трассы луча. Аппарат имеет 4 диапазона частот: 0 -5 0 ; 0—125; 0— 250 и 0—500 гц.

Два усилителя постоянного тока, собранные по баланс­ ной схеме, усиливают сигналы по горизонтальной п верти­ кальной осям. Оба усилителя дают возможность получить однократную развертку луча по экрану. Для уменьшения напряжения высокочастотных помех имеется входной фильтр.

Для облегчения настройки аппарата служит переключа­ тель «смещение луча», установка которого в положение «сжатое» резко снижает чувствительность по обеим осям.

Исследование процессов может проводиться как по од­ ному каналу (горизонтальному или вертикальному), так и одновременно по двум каналам (получение векторограмм).

При установке переключателя векторограмм в положе­ ние «I» ВЭКС-01 представляет собой два независимых уси­ лителя постоянного тока с симметричным входом и выхо­ дом на электронно-лучевую трубку. При таком включении он может быть использован для регистрации движений глаз. Необходимую величину усиления можно получить путем последовательного соединения двух аппаратов (рис. 6—8). При этом усилители первого ВЭКС’а работают как предусилители для второго.

Для получения временной развертки и раздельной за­ писи вертикальной и горизонтальной составляющих дви­ жений глаз к сопротивлениям катодных нагрузок выход­ ных ламп 6Н8 второго ВЭКС’а подключается схема из со­ противлений Ru и R28 (см. рис. 6), которая позволяет включить вибраторы шлейфного осциллографа (с макси­ мальным током не более 2 ма) на выход второго ВЭКС’а.

Точность электроокулографии. Анализируя полученный материал, мы пришли к выводу, что точность данного спо­ соба записи движений глаз зависит от времени и в значи­ тельной мере определяется длительностью периодов непре­ рывной регистрации. Без учета фактора времени вряд ли целесообразно пытаться ответить на вопрос о точности векторэлектроокулографип. Чем короче отрезок времени,

46

необходимо произвести корректировку дрейфа нуля, для чего испытуемому предлагается фиксировать взглядом определенную точку, а экспериментатор устанавливает при этом луч осциллоскопа по определенной отметке па эк­ ране;

— в тех случаях, когда маршрут движения взгляда со­ относится с различными мелкими элементами объекта (при большой насыщенности его деталями), следует учитывать, что такое соотношение может проводиться с точностью до 3—5° (в зависимости от времени разовой записи);

— при записи отдельных скачков глаз (средней ампли­ туды) может быть получена точность в 1—1,5°.

Влияние изменения уровня освещенности воспринимае­ мого объекта на величину корнео-ретипалъного потенциа­ ла. Данный вопрос был предметом детального исследова­ ния и обсуждения целого ряда авторов (Miles, 1938, 1939, 1946; Arden et al., 1962; Fender, 1964).

Сам факт указанного влияния давал некоторым ис­ следователям основание ставить под сомнение принци­ пиальную возможность получения адекватной электроокулографической записи в условиях переменной освещенно­ сти объекта.

Основные результаты указанных исследований сводят­ ся к следующему.

а) Резкое увеличение освещенности (яркости) воспри­ нимаемого объекта приводит к росту КРП, а уменьше­ ние — к падению величины КРП.

б) Изменения величины потенциала носят медленный волнообразный характер с периодом порядка 20 мин. Сте­ пень этих изменений может быть охарактеризована следу­ ющими цифрами: при резком изменении яркости объекта от 0,001 до 5 млб величина регистрируемого потенциала медленно возрастает на 0,38 мв. При этом регистрируемые изменения потенциала наблюдаются лишь на четвертой минуте после измеиеипя яркости.

в) Для возникновения медленных колебаний КРП (при­ меняющейся освещенности) необходимо, чтобы градиент изменений освещенности превышал определенную величи-

49

Рис. 8. Блок-схема экспериментальной установки для лабораторной электроокулографии

1 — проекционный тахнстоскоп; 2 — дополнительный проектор; з — полу­ прозрачный экран; 4 — место испытуемого; 5, в — последовательно соеди­ ненные ВЭКС'ы; 7 — фотопрпставка; S — осциллограф (самописец); а —

пульт дистанционного управления

ну. Если же значительное пзмснение освещенности глаза (например, от 0,15 до 5000 лк и обратно) происходит мед­ ленно, а незначительное (например, от 0,15 до 0,3 лк и об­ ратно) — быстро, то изменении КРГТ не паблюдается.

Таким образом, все исследователи указывают на мед­ ленный характер изменений потенциала. Чтобы выяснить возможность искажения записей в условиях наших экс­ периментов за счет изменения освещенности, была прове­ дена специальная серия экспериментов (на четырех испы­ туемых) . Испытуемым предлагалось обводить несколько раз взглядом квадрат с угловыми размерами 40°. Освещен­ ность тест-объекта плавно изменялась при этом с 5 до 150 лк и обратно (в одном случае в течение 5 сек, в другом —10 сек и третьем—15 сек). Сопоставление результатов таких обводок с обычными обводками (при постоянной ос­ вещенности) не показало никаких существенных разли­ чий. Поэтому есть основание считать, что в условиях крат­ ковременной (порядка 10 сек) векторэлектроокулографической записи маршрута движений глаз изменения осве­ щенности практически не оказывают влияния.

Дополнительные замечания по проведению эксперимен­ тов. Наш опыт электроокулографических исследований на ВЭКС’ах позволяет говорить об эффективности данной ме­ тодики, Однако, применяя ее, необходимо наиболее тща-

50