Основу метода составляет возможность преобразования отраженного от роговицы пучка света (как правило, инфракрасного диапазона) в электрический сигнал. Обычно на фотоэлектрический датчик проецируется изображение переднего участка глаза, имеющего резкий перепад отражающей способности (например, край зрачка, лимб роговицы). При перемещении глаз меняется количество отраженного света и соответственно величина фототока или фотосопротивления. Усилив выходной сигнал, можно получить запись глазодвигательной активности на ленте самописца или иного регистратора данных.
Хотя конкретные способы описанного преобразования весьма разнообразны (Ярбус, 1965;Смирнов, 1984;Young, Sheena, 1975), все они обеспечивают, как правило, невысокую точность (около 1°), чувствительны к перепадам освещенности тестового объекта, ярким источникам света в помещении, слезоотделению и предполагают жесткую фиксацию головы. Главное достоинство метода —бесконтактность и возможность вести длительные измерения окуломоторной активности. Метод предназначен для лабораторных и клинических исследований.
Подробное описание аппаратуры, техники регистрации, процедуры и условий проведения исследований даны в работах А.Д. Владимирова (1972) и В.П. Смирнова (1984, 1985).
В методике А.Д. Владимирова (Владимиров, Хомская, 1961;Владимиров, 1972) изображение глаза при помощи оптической системы проецировалось на матовый экран, за которым помещались два горизонтально расположенные фоторегистратора, чувствительные к инфракрасному свету. При фиксации точки, расположенной на уровне глаз прямо перед испытуемым изображение устанавливалось симметрично относительно фоторезисторов;горизонтальные же движения вызывали его перемещение, меняя освещенность фоторезисторов. Последние были включены в схему, выходное напряжение которой изменялось прямо пропорционально углу поворота глаз (Рис. 1.23). «Разрешающая способность» метода —1 - 2°, диапазон линейности±18
Для одновременной регистрации горизонтальной и вертикальной составляющих окуломоторной активности А.Д. Владимиров (Владимиров, Хомская, 1962;Владимиров, 1972) разработал методику, в которой в качестве индикатора движений использовался роговичный блик. В следствие того, что центр вращения глаза и центр кривизны роговицы не совпадают, угол, под которым отражается неподвижный источник света на роговице во время движения глаза, изменяется.
Фотоэлектрический метод разрабатывался параллельно с другими методами регистрации движений глаз (Шахнович, 1960;Владимиров, Хомская, 1961;Шахнович, Шахнович, 1964;Ананьин, 1965) и наибольшее применение получил в сравнительных исследованиях окуломоторной активности у здоровых испытуемых и больных с локальными поражениями мозга. Особый интерес представляет изучение процессов преднастройки (экстраполяции) в глазодвигательной системе. Опираясь на большой объем экспериментальных данных А.Д. Владимиров и Е.Д. Хом - ская (Владимиров, 1970;Хомская, 1973;Владимиров, Хомская, 1981) выделили две формы экстраполяции;пространственную (экстраполяция траектории движения объекта) и временную (экстраполяция момента появления цели), раскрыли условия их Проявления и связь с различными отделами мозга. Полученный нейропсихологический материал указывает на сложный характер соотношения параметров движений глаз и процесса восприятия: в частности, не все виды зрительных агнозий сопровождаются нарушениями окуломоторной активности и наоборот.
Сравнительно простой способ фотоэлектрической регистрации предложил Л.Митрани (Митрани, 1973;Якимов, 1973;Козлов, Подлеснова, 1992). Глаз освещался расщепленным пучком Цифра - или темно - красного света, который, отражаясь, попадал на поверхность фотодиодов, укрепленных на очковой оправе. Движения глаз вызывали изменение освещенности фотодиодов (они были связаны «в мост») и, соответственно, изменение напряжения выходного электрического сигнала. Точность измерения - 30, диапазон линейности —10 - 12° Недостатками метода являются: сложность и длительность настройки устройства регистрации, ограниченность поля зрения очковой оправой и конструктивными элементами устройства, возможность регистрации преимущественно одной составляющей движении глаз. Как показали исследования Л. Митрани и его коллег, данный метод достаточно продуктивен при изучении параметров саккадических движений глаз и процесса зрения во время саккад. Он позволяет, в частности, изучать феномены саккаднческого и па - расаккадического подавления, маскировки, смазывания и др.;цикл исследований, выполненных с помощью данного метода, расширил представления о механизмах стабильности зрительного восприятия человека.
В принципе фотоэлектрический метод позволяет регистрировать и микродвижения глаз с амплитудой до 1' (Глезер, Загорулько, 1956). Пользуясь этой методикой В.Д. Глезер (1959) обнаружил «зону нечувствительности сетчатки», величина (4 - 6 ) которой определяет предельную точность сохранения фиксации.
Регистрация роговичного блика как индикатора позиции и перемещения глаз использована В.П. Смирновым (Смирнов, 1984, 1985;Мнрошников, 1989). В качестве преобразователя оптического сигнала в электрический применялась стандартная телевизионная передающая камера (фокусированное изображение роговичного блика передавалось приемнику по гибкому стекловолоконному жгуту). Учет полученных закономерностей смещения роговичного блика в процессе поворота глаз позволил автору увеличить точность регистрации окуломоторной активности (до 40) и расширить диапазон ее линейности (до ±26 - 30"), а применение ЭВМ на линии эксперимента —автоматизировать регистрацию и обработку данных о макродвижениях глаз и головы испытуемого. Описанный метод позволяет изучать деятельность операторов - наблюдателей оптических приборов и оценивать качество изображений, может быть полезным при офтальмологических измерениях, а также при разработке биотехнических систем управления. Его недостатки —высокая себестоимость исследовательского комплекса, необходимость жесткой фиксации головы или регистрации ее перемещений, а также невозможность вести записи движений закрытых глаз.
Фотоэлектрический способ нашел применение и в комбинированных системах регистрации и измерения окуломоторной активности типа NAC. Использование кино - или видеосъемки (миниатюрная камера устанавливается на голове испытуемого) позволяет накладывать изображение позиции глаз на изображение воспринимаемого предмета. Эта процедура дает возможность вести исследования независимо от смещений наблюдателя и существенно облегчает анализ окуломоторной активности. Погрешность регистрации ±1,5, рабочий угол —30" Закономерности организации деятельности оператора - технолога, выявленные данным методом, подробно рассмотрены в работе А.И. Галактионова (1978). В качестве показателей эффективности деятельности он использовал маршруты движений глаз, частоту и длительность фиксаций оператором контролируемых приборов.
Принцип фотоэлектрической регистрации эффективен при изучении торзионных движений глаз (Левашов, Дмитриев, 1981;Велопольский, Вергилес, 1990). В методике, предложенной В.И. Велопольским и Н.Ю. Вергилесом, на глазное яблоко с помощью центральной присоски устанавливались поляроиды, соединенные с фотоэлектрическими датчиками. При засветке глаза равномерным потоком поляризованного света его ротация вызывала изменение интенсивности светового потока, которое улавливалось фотоэлементами, преобразовывалось в соответствующий электрический сигнал, усиливалось и подавалось на вход регистратора данных. Установка имеет небольшие габариты, причем измерительное устройство укрепляется с помощью специального шлема на голове испытуемого. Точность регистрации —не менее ±10° в диапазоне±30° Описанная методика позволила авторам провести записи ротационных движений глаз в процессе выполнения испытуемым различных задач.
Таким образом, фотоэлектрический способ регистрации окуломоторной активности представляет своего рода гибрид, сочетающий свойства кинорегистрации и фотооптического метода. Он обеспечивает монокулярное измерение как статических (длительность, последовательность и частоту фиксаций), так и динамических (скорость, ускорения, частоту колебаний) параметров преимущественно макродвижений глаз (чаще всего их горизонтальную составляющую). Метод полезен при анализе механизмов управления движениями глаз, зрительных эффектов, сопровождающих окуломоторную активность, и особенностей деятельности операторов - наблюдателей.