基于双耳差频声刺激提高大脑警觉度的研究

• 作 者: 高翔
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 警觉度 脑电 脑网络 N-back

在现代社会中,随着生活节奏逐渐加快,工作时间的延长,工作负荷的加大使得越来越多的人处于失眠,焦虑,注意力涣散,觉醒程度降低等亚健康状态。然而,对于如航空航天,医疗卫生及交通运输等特殊行业的人群,其工作性质决定了他们需要在较长时间内保持较高的警觉程度和应急反应能力。然而警觉度的降低使得其对危险信号的判断能力下降,从而可能引发重大的人员伤亡和巨大的财产损失。因此,研究一种能够有效提高大脑警觉度的技术成为一项有着实际研究价值的课题。大脑谐振效应是指大脑通过夹带作用使大脑神经元活动与外部刺激同步,进而使脑电活动的主要频率向外部刺激频率迁移。基于此效应研究物理因子对大脑生理状态的影响有着十分重要的意义。因此,本课题通过双耳差频声刺激诱发的频率跟随响应,诱导大脑节律的变化。并利用包括实验任务运行参数,主观测评,以及脑电特征参数在内的一套较为系统的警觉度检测方法,证实其提高大脑警觉度的可行性。本文的主要内容包括如下几个方面:1)设计了自调节式工作记忆任务。该任务相比于传统的N-back,在加入多维负荷任务的同时还设立了通关和倒退机制,这样不仅能够提高被试参与的积极性,还能更好地模拟实际工作中的负荷。其平均反应时间与正确率作为行为学参数的评价指标,同时辅以MFI-20主观量表,能够很好地表征其所处的警觉度状态。2)设计了双耳差频声刺激这一听觉物理刺激手段,采用beta频段的差频频率诱导大脑谐振效应。在进行自调节N-back任务的同时,施加该刺激。结果表明差频刺激对不同被试的效果不同。因此本论文将被试分为敏感组与非敏感组,通过脑电特征进一步分析这种差异的内在机理。3)应用脑电信号特征中的频域、非线性进行分析。引入相对功率谱变化率与功率比值等频域特征参数。LZC复杂度等非线性特征参数,以及互信息和偏定向相干等脑网络参数进行分析,结果表明了Fp1、Pz、O1和O2导联是影响警觉度变化的重要区域。