Вибір математичної моделі реакції сітківки, стимульованої за допомогою променя світла низької інтенсивності, з урахуванням закону ВебераФехнера. Алгоритм оцінювання нейротоксикації апріорно невідомими токсикантами за допомогою електроретинографії.
Технічні науки ISSN 23075732В роботі наведено обґрунтування вибору математичної моделі реакції сітківки, стимульованої за допомогою променя світла низької інтенсивності, з урахуванням закону ВЕБЕРАФЕХНЕРА. Встановлено, що електроретинографія з низькою інтенсивністю дозволяє оцінити ризик нейротоксикації на її початковій стадії. Алгоритм оцінювання нейротоксикації апріорно невідомими токсикантами за допомогою електроретинографії розроблено. The article gives the rationale for the choice of a mathematical model of the response of the retina that is stimulated with the aid of beam of light of lowintensity, taking into account of the Weber Fechner law. It has been established that the noise of the retina response and deviation from the norm of response of retina can be considered to be independent from the stimulation intensity.В електроретинографії інформативність забезпечується оптимальним а) подразненням сітківки ока світлом, б) виділенням з потенціалу на сітківці (з електроретиносигналу, ЕРС) його інформативної частини (електроретинограми, ЕРГ). Але тоді відношення енергій інформативної складової ЕРГ s(t) та шуму n(t) у відібраному від сітківки ЕРС x(t) й, відповідно, інформативність зменшуються. Побудовано компютерні моделі ЕРС, ЕРГ, шумів, обґрунтовано вибір структури оптимального фільтру для оцінювання ризику нейротоксикації у випадку апріорно невідомих токсикантів. Врахування в структурі математичної моделі ЕРС закону ВЕБЕРАФЕХНЕРА [2, 4] дає змогу адекватно представити потенційну роздільну здатність ЕРС, властиву йому при низькій інтенсивності подразнення (через логарифмічний характер залежності значень ЕРС від енергії подразнення та незалежність від останньої абсолютних значень відхилень інформативної частини ЕРС від норми). В стандартних ЕРГС для можливості виділення з ЕРС x(t) його інформативної частини sr (t) (отримання оцінки ЕРГ sr (t) ) експозицію потоку енергії подразнення вибирають з регламентованого ? стандартом діапазону задля забезпечення потрібного відношення енергії ? sr (t) 2dt інформативної частини ? ? до енергії ? N(?) 2d? шуму (де N(?) - спектральна густина потужності шуму, ? - частота, ?Підвищення ефективності досягнуто завдяки узгодження інваріантності до зсуву в часі представлень біосигналу застосованих для оцінювання інформативності з біофізикою та апаратурою електроретинографії. Для оцінювання ризику нейротоксикації на його початкової стадії доцільно використовувати електроретинографію з (над)низьким рівнем тестового подразнення.
Вывод
Підвищення ефективності досягнуто завдяки узгодження інваріантності до зсуву в часі представлень біосигналу застосованих для оцінювання інформативності з біофізикою та апаратурою електроретинографії.
Для оцінювання ризику нейротоксикації на його початкової стадії доцільно використовувати електроретинографію з (над)низьким рівнем тестового подразнення. Тоді шум (відбору, вимірювання тощо) та величину відхилення від норми функціональної реакції сітківки ока можна вважати незалежними від тестового подразнення та адитивним, а роздільна здатність виміряного відхилення значно зростає (за
148 Herald of Khmelnytskyi national university, Issue 1, 2014 (209)
Технічні науки ISSN 23075732 законом ВЕБЕРАФЕХНЕРА). Оскільки при цьому значно зменшується відношення потужності біосигналу до потужності шуму, то необхідна оптимальна фільтрація реакції сітківки. Для врахування нестаціонарності цієї реакції фільтр повинен бути зі змінними параметрами. Для цього необхідне представлення біосигналу як періодичнокорельованого процесу та заtrialвання фільтру Калмана.
Оцінювання виконувати усередненням — для апріорно невідомої ЕРГ, фільтром Калмана — для апріорно відомої ЕРГ.
Для визначення інформативності адекватним є використання статистичної теорії вибору рішення (як перевірки гіпотез) за критерієм Неймана-Пірсона, що водночас надає можливості визначення імовірності достовірності (за Борелем) результатів дослідження при заданій імовірності помилкового вибору.
Роботу виконано за планом фундаментальних досліджень МОНУ, наказ №1177 від 30.11.2010 р., тема ВІ 32-11 ТНТУ імені Івана Пулюя, номер дежреєстрації 0111U00259
Список литературы
1. Ткачук Р. А. Оптимізація ретинографічної системи для виявлення прихованого біологічного впливу на організм людини / Р.А. Ткачук // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології.- 2009.-№2.- С.145-152.
2. Ткачук Р. А. Повышение эффективности электроретинографических систем / Р.А. Ткачук, Г.Б. Цупрык, Б.И. Яворский // УСИМ.-2013.-№4(246).- С.33-40.
3. Ткачук Р., Яворський Б. Метод побудови біотехнічної системи для оцінювання електроретинограм з підвищеною вірогідністю та ефективністю / Р. Ткачук, Б. Яворський Б. // Вісник Тернопільського державного технічного університету.- 2009.- №3.- С.102-110.
4. Jianhong Shen, Yoon-Mo Jung On the Foundations of Vision Modelling // IV.Weberized Mumford-Shah Model with Bose-Einstein Photon Noise: Light Adapted Segmentation Inspired by Vision Psychology, Retinal Physiology, and Quantum Statistics.-IMA Tech. Preprint No. 1949.
5. Fox D.A., Kala S.V., Hamilton W.R.,Johnson J.E., OCALLAGHAN J.P.Low-Level Human Equivalent Gestational Lead Exposure Produces Supernormal Scotopic Electroretinograms, Increased Retinal Neurogenesis, and Decreased Retinal Dopamine Utilization in Rats// Environmental Health Perspectives.-2008.- №5(116).- С.618-625.
6. Barlow H.B. Retinal Noise and Absolute Threshold// Journal of the Optical Society of America.- 1956.-№8(46).- С.634-639.
7. Grawford B.H., Pirenne M.H.Steep Frequency-of-Seeing Curves// J. Physiol.-1956.-№126.- С.404-411. 8. Борель Э. Вероятность и достоверность / Э. Борель. - Москва: Гос. издат. физ.-мат. лит., 1961.-
120с.
References
1. Tkachuk R. А. Povyshenie effektivnosti elektroretinograficheskix sistem / R.A. Tkachuk, G.B. Tsupryk, B.I. Yavorskyy // USIM.-2013.-№4(246).- pp.33-40.
2. Tkachuk R.A. Optymizatsiya retynografichnoyi systemy dlya vyyavlennya prykhovanoho biolohichnoho vplyvu na orhanizm lyudyny / R.A. Tkachuk // Optyko-elektronni informatsiyno-enerhetychni technolohiyi.- 2009.- №2.- pp.145-152.
3. Tkachuk R., Yavorskyy B. Metod pobudovy biotechnichnoyi systemy dlya otsinyuvannya elektroretynohram z pidvyshchenoyu virohidnistyu ta efektyvnistyu / R. Tkachuk, B. Yavorskyy // Visnyk Ternopilskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu.- 2009.- №3.-pp.102-110.
4. Jianhong Shen, Yoon-Mo Jung On the Foundations of Vision Modelling // IV.Weberized Mumford-Shah Model with Bose-Einstein Photon Noise: Light Adapted SEGMENTATIONINSPIRED by Vision Psychology, Retinal Physiology, and Quantum Statistics.-IMA Tech. Preprint No. 1949.
5. Fox D.A., Kala S.V., Hamilton W.R.,Johnson J.E., OCALLAGHAN J.P.Low-Level Human Equivalent Gestational Lead Exposure PRODUCESSUPERNORMALSCOTOPIC Electroretinograms, Increased Retinal Neurogenesis,and Decreased RETINALDOPAMINE Utilization in Rats// Environmental Health Perspectives.-2008.- №5(116).- pp.618-625.
6. Barlow H.B. Retinal Noise and Absolute Threshold// Journal of the Optical Society of America.- 1956.- №8(46).- pp.634-639. 7. Grawford B.H., Pirenne M.H.Steep Frequency-of-Seeing Curves// J. Physiol.-1956.-№126.- pp.404-411.
Рецензія/Peer review : 9.12.2013 р. Надрукована/Printed :6.2.2014 р. Рецензент: .т.н., проф., завідувач кафедри світлотехніки та джерел світла Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Андрійчук В.А.
Вісник Хмельницького національного університету, №1, 2014 (209) 149
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
