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技術(shù)文章
多模態(tài)手環(huán)生理信號(hào)與計(jì)算套件：
一款用于群體情緒狀態(tài)監(jiān)測與分析的科研產(chǎn)品。
支持多種生理信號(hào)和行為數(shù)據(jù)的同步采集，支持自動(dòng)、手動(dòng)標(biāo)記實(shí)驗(yàn)過程中的特定事件。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后數(shù)據(jù)將自動(dòng)同步到云端，科研人員可下載原始數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，并進(jìn)行情緒狀態(tài)、心理壓力、疲勞水平、認(rèn)知負(fù)荷等心理狀態(tài)的分析與評(píng)估。
產(chǎn)品構(gòu)成：
高生態(tài)效度——貼合自然場景，數(shù)據(jù)采集成本低，評(píng)估客觀高效，研究結(jié)果具有更高生態(tài)效度。
1、通過生理反應(yīng)同步表現(xiàn)評(píng)估師生情緒一致性
本研究以真實(shí)的課堂為場景，探索了依據(jù)生理指標(biāo)評(píng)估人際情緒一致性的新方式。
課前，研究人員為教師與學(xué)生佩戴便攜式手環(huán)，用于收集他們?cè)谏险n過程中的脈搏和皮膚電阻數(shù)據(jù)；采用“跟讀"范式，教師在課堂上朗誦詩歌，每讀完一句，學(xué)生們模仿教師的情感進(jìn)行跟讀；課后，請(qǐng)師生對(duì)其主觀情緒體驗(yàn)做出評(píng)價(jià)。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，師生之間的共同情緒，以及他們對(duì)彼此的情感感知，可以通過他們生理反應(yīng)的同步性來體現(xiàn)。
2、多模態(tài)數(shù)據(jù)分析老年人對(duì)居住環(huán)境的壓力感受
本研究依據(jù)老年人在戶外散步時(shí)的多種生理信號(hào)評(píng)估壓力，結(jié)合實(shí)時(shí)位置與環(huán)境信息，探討街道環(huán)境對(duì)老年人活動(dòng)的影響。
研究者邀請(qǐng)10名65歲以上的老人散步，第一次散步佩戴智能手環(huán)，實(shí)時(shí)記錄皮膚電導(dǎo)反應(yīng)與脈搏特征、位置、環(huán)境數(shù)據(jù)；第二次散步不戴手環(huán)，需要老人在散步時(shí)說出壓力感受；使用多模態(tài)數(shù)據(jù)創(chuàng)建模型、生成壓力熱點(diǎn)圖。
研究者創(chuàng)建的模型對(duì)老人在真實(shí)場景中壓力狀態(tài)及程度的識(shí)別準(zhǔn)確率分別為 98.13% 和 98.25%；借助熱點(diǎn)圖可找出阻礙老人活動(dòng)的地點(diǎn)、環(huán)境設(shè)施。
3、抑郁癥長期追蹤項(xiàng)目“心花計(jì)劃"
國內(nèi)針對(duì)抑郁癥的追蹤研究，涵蓋抑郁癥患者和亞臨床抑郁狀態(tài)兩個(gè)群體。
借助可穿戴設(shè)備與智能硬件，建立反芻思維、自發(fā)思維、脈搏、皮膚電、運(yùn)動(dòng)水平、睡眠質(zhì)量、手機(jī)交互行為和腦功能影像學(xué)的多維度指標(biāo)體系，建立抑郁癥早期識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)。
開展移空療法、音樂治療等多種形式的心理干預(yù)技術(shù)研究，形成可操作化的抑郁癥預(yù)防方案，提出用于驗(yàn)證心理干預(yù)效果的過程化、個(gè)性化評(píng)價(jià)方法。
4、駕駛過程中駕駛員心理壓力識(shí)別研究
本研究提出了一種在真實(shí)駕駛過程中對(duì)駕駛員心理壓力進(jìn)行分類識(shí)別的算法模型。
本研究采用 MIT-BIH 數(shù)據(jù)集，通過可穿戴設(shè)備收集了 17 名駕駛員在實(shí)際駕駛過程中的心電、皮膚電阻、心率、肌電等多種生理數(shù)據(jù)。
研究人員對(duì)這些生理數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理、特征提取等一系列規(guī)范化處理后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。結(jié)果表明，駕駛員在駕駛過程中的壓力水平分成三個(gè)等級(jí)時(shí)，各個(gè)壓力等級(jí)之間存在顯著差異；眾多生理特征中，從駕駛員腳部采集的皮膚電阻特征區(qū)分駕駛員壓力的準(zhǔn)確率最高。
5、使用可穿戴式傳感器檢測射箭運(yùn)動(dòng)員心率與呼吸率
本研究提出一項(xiàng)新型智能紡織品（ 使用柔性材料制作的傳感器 ），通過呼吸與心跳引起的胸壁偏移測量運(yùn)動(dòng)員在射箭期間的呼吸頻率與心率。
研究者首先邀請(qǐng) 9 名參與者，穿戴智能紡織品、佩戴脈搏波傳感器，在其進(jìn)行模擬射箭和靜態(tài)呼吸時(shí)采集呼吸率與心率，使用脈搏波傳感器數(shù)據(jù)驗(yàn)證智能紡織品采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨后邀請(qǐng) 2 名專業(yè)運(yùn)動(dòng)員在 5 分鐘內(nèi)完成 6 次射擊，同時(shí)使用智能紡織品記錄其呼吸頻率與心率。
結(jié)果表明，使用該傳感器檢測呼吸頻率，誤差小于 1.97%，檢測心率，誤差小于 5.74%；通過呼吸頻率和心率可有效識(shí)別運(yùn)動(dòng)員的射箭動(dòng)作。
6、急性心理應(yīng)激適應(yīng)性訓(xùn)練與訓(xùn)練效果評(píng)估研究
本研究通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，搭建能夠有效誘發(fā)個(gè)體高應(yīng)激反應(yīng)的VR場景，研究個(gè)體在應(yīng)激適應(yīng)訓(xùn)練期間的生理心理反應(yīng)。
研究者邀請(qǐng) 44 名健康的男性大學(xué)生與 12 名男性飛行學(xué)員，要求他們佩戴VR裝置，在虛擬高空?qǐng)鼍爸型瓿啥鄠€(gè)工作記憶任務(wù)。使用手環(huán)記錄其實(shí)時(shí)心率，并收集唾液皮質(zhì)醇和主觀體驗(yàn)報(bào)告(壓力水平、積極/消極情緒)，以評(píng)估應(yīng)激對(duì)其執(zhí)行功能的影響。
結(jié)果表明，本研究創(chuàng)建的方法可有效誘發(fā)兩組參與者的急性應(yīng)激反應(yīng)，適應(yīng)性訓(xùn)練可顯著降低應(yīng)激對(duì)工作記憶績效的影響。
7、使用多模態(tài)數(shù)據(jù)評(píng)估智能手機(jī)終端玩家的參與度
本研究設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)生理與行為特征評(píng)估玩家游戲參與度的多模態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)，包含生理信號(hào)傳感器、智能手機(jī)傳感器、深度攝像頭。
研究者邀請(qǐng) 64 名玩家使用手機(jī)玩三類游戲(運(yùn)動(dòng)類、競速類、益智類)，并實(shí)時(shí)記錄玩家的脈搏波、皮膚電阻、觸屏動(dòng)作、頭部位置等信息。該系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分到多個(gè)預(yù)定處理窗口，對(duì)各窗口進(jìn)行特征提取和分類，最后聚合多個(gè)窗口的分類結(jié)果輸出最終的游戲沉浸感(低、中、高)。
研究創(chuàng)建的模型評(píng)估個(gè)體玩家參與度的平均準(zhǔn)確性達(dá)85%，評(píng)估不同類型游戲參與度的平均準(zhǔn)確性達(dá)77%。
8、使用生理與行為表現(xiàn)預(yù)測團(tuán)隊(duì)一致性
本研究設(shè)計(jì)了群體擊鼓任務(wù)，用于探究行為與生理信號(hào)的同步性對(duì)團(tuán)隊(duì)一致性、團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)的影響。
參與者被分成51個(gè)組，每組3人，跟隨聽到的節(jié)奏擊鼓。一半小組聽到的節(jié)奏固定，可預(yù)測擊鼓時(shí)機(jī)，組內(nèi)成員行為同步性較高；另一半小組聽到的節(jié)奏持續(xù)變化，行為同步性較低。期間持續(xù)采集參與者的心電活動(dòng)，擊鼓結(jié)束后記錄參與者對(duì)行為同步性的主觀評(píng)價(jià)。
同步擊鼓任務(wù)可提升團(tuán)隊(duì)成員生理信號(hào)同步性，表現(xiàn)出相近的心跳間隔；同步的生理信號(hào)與行為可以預(yù)測個(gè)體對(duì)團(tuán)隊(duì)凝聚力的主觀感受。
9、探索消防員在模擬火災(zāi)環(huán)境中的生理反應(yīng)和安全性
本研究在不同的熱環(huán)境中，研究不同消防人員訓(xùn)練的生理負(fù)擔(dān)，以檢查每消防員和消防教官在不同火災(zāi)環(huán)境中的核心溫度和心率反應(yīng)。
研究包括24名消防員和10名消防教官，實(shí)時(shí)記錄核心溫度，心率數(shù)據(jù)，在三種不同的模擬火災(zāi)環(huán)境中參加了訓(xùn)練，這些訓(xùn)練通常用于模擬住宅結(jié)構(gòu)的消防訓(xùn)練。
研究發(fā)現(xiàn)盡管環(huán)境條件存在很大差異，但訓(xùn)練環(huán)境中消防員的峰值核心溫度、心率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有差異。盡管核心溫度峰值相似，但與消防員相比，消防教官的心率明顯減弱，表明教官的工作量較少或壓力較小。