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随着神经检测技术与认知神经科学的发展,研究脑电信号来解码大脑的专注度和人的精神状态,已经成为可能。专注度相关脑电特征提取方法的研究为今后通过生物神经反馈手段来调节和提高人的专注度,从而提高工作效能有重要的意义。
专注度是用于衡量人集中精力、全神贯注、专心致志状态的一个指标。本质上讲,专注是注意的一种,但有持续性和集中性两个基本特点。目前用脑电信号来研究专注度有一定的成果,但是仍然存在采用的脑电节律较为复杂,没有定量的指标来衡量专注程度,没有深入研究专注相关脑电信号中自发脑电与诱发脑电的关系等问题。
本文主要通过两组不同的实验来激发大脑的高专注度工作状态,记录脑电信号数据来锁定大脑在专注状态下的脑电特征。两组实验分别为不同难度级别的专注度诱发实验和艾利克森实验。其中不同难度级别的专注度诱发实验通过被试完成实验的准确性和速度,来评估被试的专注度高低。艾利克森实验则是利用设定的干扰任务,通过实验中被试反应的准确率和反应时间来体现被试排除干扰激发高专注度。
本文针对脑电信号主要采用的信号处理方法包括:(1)引入dVCA算法,从脑电数据中分离出自发脑电和诱发脑电;(2)通过频域分析方法中的短时傅里叶变换计算自发脑电数据中不同节律的能量分布;(3)通过dVCA提取单个试验的P300的幅度特征和时延特征;(4)通过自发脑电节律波的能量和P300的幅度的相关性研究得出大脑专注度相关的脑电特征。
研究结果表明,不同级别难度任务下的专注度对应着不同级别的θ脑电节律波的能量;专注度相关的自发脑电和诱发脑电有相关性,P300幅度特征可以表征专注程度,最后提取θ节律能量为专注度相关脑电信号特征。该结果为后期设计反馈平台,训练被试以P300幅度为指标训练θ节律,提高专注度,提高工作效能做了前期准备工作。