一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法
本发明属于脑电技术研究领域，具体涉及一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法。
背景技术：
1、社会科技的飞速进步与发展在给人们带来便捷生活的同时也使得生活节奏变得越来越快，人们在社会中的职场压力也随之增长，这使得大家不得不长时间在严格的工作氛围与沉重的压力中进行工作与生活。单调重复的工作内容加剧了精神层面的压力，进而导致了受精神疲劳困扰的群体数量正逐步提升。精神疲劳通常是大脑过度使用后引发的一种主观上的状态，并会呈现出一系列如警觉性和注意力下降的特征,这些特征主要是由于长时间精神压力或长时间从事无趣且重复的工作劳动造成的，并可能导致反应迟缓和协调能力的降低，甚至导致行为能力下降和认知能力受损。而反应抑制是认知功能的重要组成部分，是执行功能的重要方面，涉及到个体对已经形成的不合适的反应冲动进行抑制，从而使其能够对当前所处环境做出更为灵敏的、目标明确的以及满足自身需求的反应，反应抑制对于完成作战任务、维护安全并确保任务最终成功完成是十分重要的。
2、脑电信号(eeg)不同频带的神经振荡并不是独立的，它们之间可以相互影响和调节。先前的研究侧重于基本的分析，包括事件相关电位(erp)、事件相关频谱扰动(ersp)等，这些分析无法反映皮层脑电信号跨皮质区域进行的通信。
3、但是目前对于精神疲劳对反应抑制的影响并不清楚。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，通过时频分析、脑区间相位幅值耦合的分析测量方法，得到精神疲劳是否对人体反应抑制能力产生影响及其影响机制，对进一步降低精神疲劳的影响、预防和干预精神疲劳具有重要意义。
2、本发明采用如下技术方案：
3、一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，包括以下步骤：
4、s1，采集被试五分钟静息脑电，静息脑电采集完毕后由被试填写卡罗林斯卡嗜睡量表，确认被试在进入实验前是正常精神状态；
5、s2，进行第一次反应抑制任务，同时采集被试在正常精神状态下进行第一次反应抑制任务的脑电信号并作为对照组；当第一次反应抑制任务完成后，被试开始做精神疲劳诱发实验，直至被试进入精神疲劳状态，则继续完成第二次反应抑制任务，同步记录被试的第二次反应抑制任务的脑电信号并作为实验组；
6、s3，第二次反应抑制任务结束后，采集被试五分钟静息脑电，实验结束，进行生理数据预处理，然后进行数据分析。
7、进一步的，所述步骤s1-s3中，利用e-prime软件运行所述精神疲劳诱发实验、所述第一次反应抑制任务和所述第二次反应抑制任务用到的实验范式，采用64导联脑电信号采集分析系统采集被试的头皮脑电信号，所有电极的输入阻抗在5000ω下，脑电采样频率为1000hz。
8、进一步的，所述实验范式包括go-nogo实验范式和n-back实验范式；所述go-nogo实验范式用于评估每次反应抑制的绩效；所述n-back实验范式用来诱发精神疲劳。
9、进一步的，所述步骤s3中,所述生理数据预处理，具体如下：
10、生理数据预处理在matlab r2020a中进行，使用eeglab工具箱；
11、首先从所述生理数据中提取出第一次及第二次反应抑制的两组任务态脑电数据，并对两组任务态脑电数据进行0.5hz的高通滤波和50hz的低通滤波，同时为了排除工频干扰对两组任务态脑电数据进行50hz的陷波；
12、之后对两组任务态脑电数据降采样到500hz,并进行独立成分分析，通过目视检查手动去除任务态脑电数据中的干扰信息，所述干扰信息包括眼动、心跳和肌电伪影；
13、最后对两组任务态脑电数据进行分段，以刺激出现为零点，从刺激前500ms开始到刺激出现后1500ms结束。
14、进一步的，所述步骤s3中，所述数据分析在matlab r2020a中进行，使用fieldtrip工具箱，具体如下：
15、计算事件相关频谱扰动，并将精神疲劳前后数据做差，测试在各电极间功率随刺激变化的条件差异；
16、计算正常状态和精神疲劳状态的相位幅值耦合，用聚类的置换检验统计确定实验组与对照组的条件对比，从而显示在精神疲劳前后的反应抑制任务中，有明显的相位幅值耦合改变的区域。
17、进一步的，所述计算事件相关频谱扰动的过程中，通过利用短时傅里叶变换，将时域数据转换为时频数据，使用相对于分段数据刺激开始前的400ms基线窗口平均功率，并将相同条件的数据进行叠加平均得到事件相关频谱扰动，对于条件间进行配对样本t检验和置换检验，利用fieldtrip工具箱中实现基于集群的随机化程序进行多重比较矫正。
18、进一步的，所述计算正常状态和精神疲劳状态的相位幅值耦合过程中，选取的幅值频率为γ频段(30-50hz)，选取的相位频率为α频段(8-13hz),以1hz为步长，计算整个任务态的平均向量长度值，使用希尔伯特变换提取相位频率的瞬时相位和振幅频率的振幅，删除缓冲窗口以减轻希尔伯特变换中的边际效应，对局部相位幅值耦合的分析使用空间、相位频率和振幅频率作为集群维度。
19、本发明的有益效果是：
20、1、准确评估精神疲劳程度：通过监测特定位点的pac，即脑电信号的相位耦合值来评估人的精神疲劳程度，可以准确分析人的精神疲劳程度，避免疲劳过度造成的危险和错误。
21、2、小数据、小设备实现：本方法只需要监测特定位点的pac，采集数据量小，按照此原理应用，使用的设备也不需要很复杂，这大大降低了脑电信号采集的难度和门槛，使得这种方法更加易于应用和推广。
22、3、应用范围广：因本方法可以在很多场景下得到应用，比如工作中、学习中、驾车中等等，可以帮助工作者、学生和驾驶人员及时发现自己的疲劳程度，从而产生以下有益效果4～6。
23、4、增强生产效率，避免危险事故：通过准确地评估工作人员的精神疲劳程度，可以帮助提高生产效率。对于学生来说，可以通过这种方法了解自己的学习疲劳程度，从而优化学习计划，提高学习效果。对于司机来说，可以通过这种方法及时发现自己的驾驶疲劳程度，从而有效地保障道路交通安全。从而可以有效避免疲劳过度造成的危险和错误，有效避免了目前精神疲劳无法实时评估，从而导致生产生活中的危险事故。
24、5、有助于心理健康：精神疲劳会影响人的情绪和心理健康，通过准确评估人的精神疲劳程度，及时采取减轻精神压力的措施，有助于维护心理健康。
25、6、促进人的身体健康：精神疲劳会对人的身体健康造成负面影响，通过准确评估人的精神疲劳程度，及时采取减轻疲劳的措施，有助于促进人的身体健康。
技术特征：
1.一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述步骤s1-s3中，利用e-prime软件运行所述精神疲劳诱发实验、所述第一次反应抑制任务和所述第二次反应抑制任务用到的实验范式，采用64导联脑电信号采集分析系统采集被试的头皮脑电信号，所有电极的输入阻抗在5000ω下，脑电采样频率为1000hz。
3.根据权利要求2所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述实验范式包括go-nogo实验范式和n-back实验范式；所述go-nogo实验范式用于评估每次反应抑制的绩效；所述n-back实验范式用来诱发精神疲劳。
4.根据权利要求1所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述步骤s3中,所述生理数据预处理，具体如下：
5.根据权利要求1所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述数据分析在matlab r2020a中进行，使用fieldtrip工具箱，具体如下：
6.根据权利要求5所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述计算事件相关频谱扰动的过程中，通过利用短时傅里叶变换，将时域数据转换为时频数据，使用相对于分段数据刺激开始前的400ms基线窗口平均功率，并将相同条件的数据进行叠加平均得到事件相关频谱扰动，对于条件间进行配对样本t检验和置换检验，利用fieldtrip工具箱中实现基于集群的随机化程序进行多重比较矫正。
7.根据权利要求5所述的基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，其特征在于，所述计算正常状态和精神疲劳状态的相位幅值耦合过程中，选取的幅值频率为γ频段(30-50hz)，选取的相位频率为α频段(8-13hz),以1hz为步长，计算整个任务态的平均向量长度值，使用希尔伯特变换提取相位频率的瞬时相位和振幅频率的振幅，删除缓冲窗口以减轻希尔伯特变换中的边际效应，对局部相位幅值耦合的分析使用空间、相位频率和振幅频率作为集群维度。
技术总结
本发明公开了一种基于脑电评估精神疲劳对反应抑制能力影响的方法，包括S1，采集被试静息脑电，实验结束静息脑电采集完毕后要求被试填写卡罗林斯卡嗜睡量表，确认被试在进入实验前是正常精神状态；S2，进行第一次反应抑制任务，同时采集被试在正常精神状态下进行第一次反应抑制任务的脑电信号；当第一次反应抑制任务完成后，被试开始做精神疲劳诱发实验，直至被试进入精神疲劳状态，则继续完成第二次反应抑制任务，同步记录被试的第二次反应抑制任务的脑电信号；S3，第二次反应抑制任务结束后，采集被试静息脑电，进行数据分析。通过时频分析、脑区间相位幅值耦合的分析测量方法，得到精神疲劳是否对人体反应抑制能力产生影响及其影响的机制。
技术研发人员：张银亮,杨硕
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23