用小睡缓解疲劳的自主神经机制研究

发布时间：2020-07-31 18:53

【摘要】：疲劳是人们日常工作和学习中经常出现的亚健康状态,伴随着交感神经激活状态和副交感神经抑制状态。在强压力工作环境下,人体长期处于疲劳状态容易引发各种身心疾病。用小睡来缓解日常疲劳是常见的疲劳主动干预方式。然而,不同质量小睡具有不同的疲劳缓解效果,其中的自主神经机制少有文献报道。因此,本文设计了三种不同的小睡环境,采集了不同睡眠质量的心电数据,进而分析了心跳节律中反映出的自主神经活动信息,最终获得了不同睡眠质量下的自主神经恢复模式,并利用该模式设计出了一种小睡智能生物闹钟系统。通过准确的入睡检测来控制有效睡眠时间,从而实现小睡时间和质量管理的双向优化。具体的研究内容和结果如下:(1)设计了有轻快背景音乐、有悠扬背景音乐和安静环境三种不同条件下小睡缓解疲劳的心电信号采集方案。实验招募了31名被试人员,完成了278次午睡实验,共采集了278条有效的心电数据记录。用疲劳感知自评量表对疲劳程度进行了主观定量评价。(2)从主观评价、生理参数、任务效果三个方面对比了三种不同环境下小睡缓解疲劳的效果。在安静环境下休息20分钟,被试者的疲劳感均有明显改善,精神状态明显恢复;悠扬背景音乐下休息的疲劳恢复效果不如前者;轻快背景音乐下休息的疲劳恢复效果最差。(3)设计了一种智能生物闹钟系统,并完成了相应的算法及系统GUI界面设计。该系统适用于午睡或小憩的自动闹醒,通过检测自主神经恢复程度来实现准确的入睡时间点定位,从而实现有效睡眠时间的控制。在实际场景中验证了上述智能生物闹钟系统的有效性,入睡时间点检测结果与被试者报告的睡眠潜伏期相关系数为0.9284,闭眼睡眠状态检测的击中率为90.48%,虚报率为0。入睡后的经验叫醒时间为20分钟,疲劳缓解的用户满意度为90%。本文的研究结果表明,安静环境下小睡是缓解日常疲劳最有效的方法。在白天的易疲劳时间内,安静环境下闭眼睡眠20分钟能有效的降低日常疲劳程度,其自主神经机制为:小睡过程中,交感神经活动减弱,副交感神经活动加强,这与疲劳的自主神经活动模式恰好相反,从而使自主神经活动重新恢复平衡。本文中设计的两种自主神经恢复指标很好地描述了小睡过程中的自主神经恢复模式,将其应用于小睡时间管理和质量控制等方面,对促进大众健康具有实际应用价值。
【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】：TN911.7;R338
【图文】：

右心室,定向循环,生命过程,硕士学位论文

西南大学硕士学位论文的生命过程中，正常的心脏自始至终都在进行有规律年人心跳每分钟约 60 至 80 次儿童的心率相对成年人较的婴儿心律每分钟可高达 140 次左右在心脏中，血液不右心房流入左右心室；再从左右心室流入主动脉和肺在心脏内的定向循环，最后经过各级动脉逐渐分布到全身

心脏,电活动,心电活动,心电信号

这就完成了血液在心脏内的定向循环，最后经过各级动脉逐渐分布到全身各处[64] 图 2.1 心脏生理解剖图2.2.1 正常心电波形生命体的心脏在不停的按规律跳动，心脏完成的每一次规律跳动均会引起机体各个部位的电位改变，采用心电信号采集设备从体表记录心脏每一个心跳周期所发生的电活动变化图形，即为反应生理信息的心电图[46] 由于心脏是一个立体的结构，为了得到心脏各个面的电活动信息，因此需要在人体的不同部位放置多个电极，以记录和反应心脏的电活动每一个正常的心电信号都包含 P Q R S 和 T 五个基本波，每个波形反应了不同的心电活动[46] 人体正常心电波形如下图 2.2 所示，心电图的各波段及对应的心电活动如表 2.1 所述：图 2.2 正常心电波形

干扰图,干扰图,心电信号

波开始点到 QRS 复合波起始点的时长，正常成年人在平静状态的 P-R 间期为0.10~0.20s 老年人τ或心动过缓者，心跳次数低于 60/分钟υ和幼儿τ或心动过速者，心跳次数高于 100/分钟υP-R 间期的持续时间则会略有变化 S-T 段：表示左右心室全部除极结束到复极开始以前的总时长，它表现为QRS 波群的终点到 T 波的起点的一小段平线 Q-T 间期：表示心室肌细胞激活开始除极到复极完毕的总耗时，它表现为从QRS 波群的起点到 T 波的终点一段波 2.2.2 心电信号的预处理实验过程中，多导生理记录仪 MP-150τ生产于美国 BIOPAC 公司υ和可穿戴生理信号采集设备 Shimmer3τ生产于爱尔兰 SHIMMER 公司υ获得的心电信号比较微弱τ幅度为 10u ~5m ，频率为 0.01~100Hzυ 一般情况下，比较容易受到各种干扰源的影响，其中包括被试者的姿势活动呼吸不均硬件 Bug 等都可能导致数据出现明显的基线漂移干扰现象在原始心电信号中，基线漂移噪声的表现形式如下图 2.3 所示

【参考文献】