用心电RR间期分析音乐干预脑力负荷的研究

发布时间：2020-06-18 06:06

【摘要】：人在复杂环境下往往会造成较高的脑力负荷,过高的脑力负荷会使人快速疲劳,脑的灵活性降低,工作绩效降低等。施加在人思维意识中的脑力负荷会导致交感神经系统和副交感神经系统电活动的变化以及与神经系统活动相关代谢的变化,体现在心跳、心电、脑电等活动的变化。因此,对脑力负荷的检测识别就具有很重要的意义。由于心电信号具有便于采集的优点,越来越多的学者将它用于脑力负荷检测识别的研究。而目前大多数的研究都是采用单一无干预的脑力负荷任务进行研究,对于有干预的脑力负荷的研究相对较少。因此,本文基于前人研究的基础,使用心电RR间期对音乐干预脑力负荷的生理模式进行研究。内容如下:(1)本文设计的脑力负荷任务为五位数加减法和两位数加减法算术任务,分别设计了有音乐干预和无音乐干预状态下做算术任务的心电信号采集实验。首先通过放松静坐、无音乐干预状态下做不同算术任务,并获取无音乐干预状态下不同脑力负荷生理反应数据样本。另外,通过放松静坐、有音乐干预状态下做不同算术任务来获得有音乐干预状态下不同脑力负荷的生理反应数据样本。最后,对被试自评量表得分进行T检验分析的方式确定五位数加减法为高脑力负荷,两位数加减法为低脑力负荷。(2)使用MATLAB软件对采集到的心电数据进行去噪处理,通过编写程序准确定位和手动校正心电信号的R波波峰,即可计算得到RR间期序列。接着对RR间期序列进行特征提取,提取的特征包括统计特征、非线性特征、Krawtchouk矩特征、小波包分解能量特征。使用T检验分析发现对于不同干预状态和不同脑力负荷下生理参数的变化有所不同,但在一定程度上反映了心脏的自主神经活动。同一脑力负荷下有音乐干预状态RR间期均值、RR间期相邻差均方根等七个生理参数均较无音乐干预有所减小,说明有音乐干预脑力负荷使交感神经激活,副交感神经受到抑制。而在同一干预状态下高脑力负荷的RR间期均值、间隔一次差等五个生理参数均较低脑力负荷的值有所减小,反映脑力负荷的增高使得心跳间隔减小,交感神经被激活。(3)随后采用后向选择算法对提取的特征进行特征选择,使用极限学习机和留一被试法交叉验证、BP神经网络和留一被试法交叉验证这两种方法对不同干预状态不同脑力负荷程度的生理模式进行区分度分析,并得到对应生理模式下的最简特征组合。其中使用两种算法对相同脑力负荷下有或无音乐干预生理模式进行识别分类,同时,对同一干预状态下高脑力负荷和低脑力负荷生理模式也进行识别分类。最后,探讨了高脑力负荷下任务正确和任务错误两个数据集在生理模式上的可区分性,结果表明这两个数据集的可区分度较差。本文通过研究音乐干预脑力负荷的生理模式,结果发现生理参数在一定程度上能反映不同干预下不同脑力负荷的心脏自主神经活动。分析了不同干预下不同脑力负荷生理模式的可区分度,还探讨了高脑力负荷下任务正确和任务错误生理模式的区分性。为远程教学任务中脑力负荷检测提供一定的参考价值。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318;TN911.7
【图文】：

闹钟,设备,任务结束,生理信号

集到最优的心电信号。为了方便数据的采集和处理，实验用到的两个设备的信号逡逑采样频率都设置为５１２Ｈｚ。ＭＰ１５０多通道生理信号记录仪和Ｓｈｉｍｍｅｒ心电采集设逡逑备如图２．２所示．逡逑生ｉＭ号逦Ｉ逡逑Ｂ逦电脑逦ｇ逡逑＿无线连接逡逑服务器逦ｓ逦逡逑？希丁邋—逡逑图２．１实验环境设置逡逑１１＾逡逑图２．２邋ＭＰ１５０设备（左）和Ｓｈｉ＿ｅｒ设备（右）逡逑在实验所用的桌子上摆放着可以定时的闹钟，定时闹钟主要用于被试做任务逡逑时时间的监控，时间设置为２０分钟，被试在规定的时间内做算术任务，时间倒计逡逑时结束后闹钟发出响声被试立即停止任务。任务结束后，被试要填写被试自评量逡逑表。对自己本次任务的表现进行打分。逡逑８逡逑

实验环境

【参考文献】