基于心腦電的大腦警覺度檢測技術(shù)研究.pdf

1、警覺度是人在一段時(shí)間里保持持續(xù)注意力的能力。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,越來越多的人由原先設(shè)備操作者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備工作的監(jiān)督者:在較長時(shí)間(超過兩個(gè)小時(shí))內(nèi)監(jiān)督設(shè)備的一些特定信號的發(fā)生并做相應(yīng)的反應(yīng)。警覺度的降低會使監(jiān)督者錯(cuò)過這些信號,進(jìn)而可能導(dǎo)致無法挽回的后果。例如在太空作業(yè)中,低壓、缺氧、充滿各種有害射線的宇宙環(huán)境時(shí)刻威脅著宇航員的安全和健康;航天器空間大小的限制,使得每個(gè)宇航員都承擔(dān)著高負(fù)荷的工作任務(wù);高度自動化的航天器任何一個(gè)微小的問題都

2、可能會造成嚴(yán)重的后果,需要宇航員保持一定水平的警覺度。因此,建立航天員的警覺度檢測系統(tǒng),探求警覺度隨時(shí)間的變化規(guī)律,進(jìn)而研究提高警覺度的技術(shù)或是合理安排宇航員的工作時(shí)間,具有非常深遠(yuǎn)的實(shí)用價(jià)值。
　　在這種背景下,本文設(shè)計(jì)了以三位數(shù)加減法作為腦力負(fù)荷誘導(dǎo)警覺度變化、PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)合心腦電設(shè)備測量該變化過程的實(shí)驗(yàn)。本文采用了PVT實(shí)驗(yàn)的平均反應(yīng)時(shí)間和錯(cuò)誤指標(biāo),同時(shí)參考主觀評價(jià)方法——KSS量表和DSSQ量表,對整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行警覺度標(biāo)

3、注,將警覺度變化過程劃分為三個(gè)階段。然后從腦電和心率變異性的時(shí)域、頻域和非線性三個(gè)方面提取能夠表征警覺度變化的指標(biāo),并且對腦電的19導(dǎo)導(dǎo)聯(lián)提取出的信號進(jìn)行了導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化以及特征降維。在此基礎(chǔ)上利用支持向量機(jī)進(jìn)行模式分類,對比了單獨(dú)用腦電、單獨(dú)用心率變異性和心腦電相結(jié)合的方法分類效果的差異。
　　本文得到的結(jié)論主要有:長時(shí)間腦力負(fù)荷導(dǎo)致警覺度水平的下降:相對于實(shí)驗(yàn)初始階段,即警覺度平靜時(shí)期,警覺度下降一期的PVT實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間增加了5％

4、到12%,警覺度下降二期的反應(yīng)時(shí)間增加了15%到25%;心率變異性指標(biāo)的變化表征,心率變異性整體是在下降當(dāng)中,其中交感神經(jīng)的活性在波動中逐漸增強(qiáng);腦電指標(biāo)的變化表明大腦皮層興奮程度在逐漸降低,被試的清醒程度在下降。Fisher判別法將腦電的19導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化到了5導(dǎo)聯(lián),PCA在此基礎(chǔ)上將特征數(shù)降到了5個(gè)。在支持向量機(jī)分類結(jié)果中,單純用心率變異性分類的準(zhǔn)確率為78.18%,低于單純用腦電分類的準(zhǔn)確率81.01%,而用腦電和心率變異性共同分類的準(zhǔn)