کمّی­ سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال­های سایکوفیزیولوژی

چکیده :

در تحقیقات سایکوفیزیولوژی، به پاسخ­ های فیزیولوژی بدن با توجه به فاکتورهایی مانند کیفیت طراحی آزمایش، خصوصیات روانی اندازه­ گیری­ ها و تناسب تحلیل و تفسیر داده­ ها، یک معنای روانشناختی اختصاص می­ دهیم . در تحلیل واکنش­ ها هیچیک از دو علم فیزیولوژی و روانشناختی برتر نیستند، بلکه مکمل یکدیگر می­ باشند. شناخت حالات روحی مختلف از جمله حالت استرس که اثرات مخرب شناخته­ شده­ ای بر جسم و روان انسان دارند، از کاربردهای مهم این علم می­ باشند. در این تحقیق با ارائه آزمایشی مناسب وایجاد سه سطح استرس (کم، متوسط و زیاد) در سوژه و ثبت سیگنال­ های پلتیسموگراف، تغییرات نرخ ضربان قلب و هدایت الکتریکی پوست به دنبال بدست آوردن معیاری جهت کمّی کردن سطح استرس فرد بوده­ ایم. به این منظور پیش­ پردازش­ ها و پردازش­ های مختلف خطی در حوزه زمان، فرکانس و زمان- فرکانس و غیرخطی از جمله معیار پوآنکاره، لیاپانوف اکسپوننت، بعد فرکتال و آنتروپی و استخراج ویژگی­ های گوناگون از سیگنال­ های ثبت­ شده صورت گرفته است. سپس با به کارگیری روش­ های مختلف طبقه­ بندی از جمله ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک، ماشین­ های بردار پشتیبان و روش تابع ترکیب خطی اقدام به تفکیک سطوح مختلف شده است. در این تحقیق ابتدا ویژگی­ های بهینه هر سیگنال تعیین و تفکیک به این سه روش انجام شد. سپس با ترکیب ویژگی­ های بهینه همه سیگنال­ ها مجدداً تفکیک صورت گرفت. نهایتاً به این نتیجه رسیده شد که با استفاده از سیگنال HRV به تنهایی می­ توان به نتایج بالاتری در صحت تفکیک دست یافت. در ادامه مقایسه­ ­ ­ ­ ای بین ویژگی­ های خطی و غیرخطی سیگنال HRV صورت گرفت و به این نتیجه رسیده شد که ترکیب این دو نوع ویژگی نتایج را بهبود می­ ­ دهد. پس از آن مقایسه­ ای بین روش­ های مختلف طبقه­ بندی با استفاده از ویژگی­ های بهینه سیگنال HRV انجام شد که در نهایت روش LOO به عنوان روش مناسب­ تر انتخاب شد. در انتها دو شاخص بر اساس سیگنال HRV معرفی و اعتبارسنجی شد.

فهرست مطالب :

چکیده

مقدمه

فصل اول : علم سایکوفیزیولوژی و مفاهیم و مبانی استرس

1- 1- تاریخچه علم سایکوفیزیولوژی

1-2- اصول و مبانی سایکوفیزیولوژی

1-3- انواع تکنیک­ های سایکوفیزیولوژی

1-3-1- شاخص­ های سیستم اعصاب خودکار

1-3-2- اندازه­ گیری فعالیت مغزی

1-3-3- تشخیص حالات با استفاده از رفتار شخص

1-4- تعریف استرس

1-5- استرس خوب و استرس بد

1-6- عوامل برانگیزنده استرس

1-6-1- استرس شغلی

1-7- نشانه­ های استرس

1-8- حد مطلوب استرس

1-9- مراحل ایجاد استرس

1-10- اثرات استرس بر بدن و بیماری­ ها مرتبط با آن

1-11- بیوفیدبک

1-11-1- انواع بیوفیدبک

فصل دوم : سیگنال­ های سایکوفیزیولوژیکی وآزمایش ثبت داده

2-1- مقدمه

2-2- پلتیسموگراف

2-2-1- فتو پلتیسموگرافی

2-2-2- روش­ های اندازه­ ­ گیری سیگنال فتوپلتیسموگراف

2-3- سیستم الکتریکی پوست

2-3-1- تاریخچة کشف فعالیت الکتریکی پوست

2-3-2- فواید و مشکلات استفاده از فعالیت الکتریکی پوست (EDA)

2-4- تغییرات نرخ ضربان قلب

2-4-1- تاریخچه استفاده از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

2-4-2- دورنمای فیزیولوژی سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

2-4-3- تعیین تغییرات نرخ ضربان قلب با استفاده از سیگنال فتوپلتیسموگراف

2-5- مروری بر آزمایش­ های استفاده شده در تحقیقات

2-5-1- آزمایش بر اساس بازی کامپیوتری

2-5-2- آزمایش بر اساس پروتکل رانندگی اتومبیل

2-5-3- آزمایش بر اساس نمایش فیلم

2-6- آزمایش طراحی­ شده در این تحقیق

2-7- سوژه­ های تحقیق

فصل سوم : پردازش سیگنال­ های سایکوفیزیولوژیکی

3-1- مقدمه

3-2- پردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف

3-2-1- پیش­ پردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف

3-2-2- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال PPG

3-2-3- استخراج ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال PPG

3-3- پردازش سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

3-3-1- استخراج ویژگی از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

3-3-1-1- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال HRV

3-3-1-2- استخراج ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال HRV

3-3-1-3- استخراج ویژگی در حوزه زمان-فرکانس از سیگنال HRV

3-3-1-4- استخراج ویژگی­ های غیرخطی از سیگنال HRV

3-4- پردازش سیگنال هدایت الکتریکی پوست

3-4-1- استخراج ویژگی از سیگنال هدایت الکتریکی پوست

3-5- نرمال کردن ویژگی­ ها

فصل چهارم : انتخاب ویژگی­ های بهینه و تفکیک سطوح استرس

4-1- مقدمه

4-2- شبکه­ های عصبی

4-2-1- شبکه­ های عصبی پرسپترون چند لایه

4-2-2- توابع فعالیت

4-2-3- الگوریتم به روز رسانی وزن­ ها

4-2-4- بایاس لایه­ ها

4-2-5- روش آموزش شبکه

4-3- ترکیب شبکه­ های عصبی و الگوریتم ژنتیک

4-3-1- اصطلاحات ژنتیک

4-3-2- اجزاء الگوریتم ژنتیک

4-3-3- طراحی تابع برازندگی و رشته­ ها

4-3-4- نتایج تفکیک­ به روش ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک

4-4- نتایج تفکیک به روش آنالیز تفکیکی قدم به قدم

4-5- ماشین­ های بردار پشتیبان

4-5-1- نتایج تفکیک­ به روش ماشین­ های بردار پشتیبان

4-6- مقایسه تحلیل خطی و غیرخطی سیگنال HRV

4-7- مقایسه تفکیک­ کننده­ های استفاده­ شده در این تحقیق

4-8- تفکیک سطوح استرس بر اساس رأی­ گیری

4-9- شاخص استرس

4-9-1- شاخص بر اساس ویژگی­ های بهینه سیگنال HRV در روش LDA

4-9-2- شاخص NSRPIAD

فصل پنجم : نتیجه­ گیری و پیشنهادات

5-1- بحث و نتیجه­ گیری

5-2- پیشنهادات

مراجع

پیوست1

پیوست2

لینک منبع و پست :http://campiran.ir/project-5878-%da%a9%d9%85%d9%91%db%8c%c2%ad-%d8%b3%d8%a7%d8%b2%db%8c-%d8%b3%d8%b7%d8%ad-%d8%a7%d8%b3%d8%aa%d8%b1%d8%b3-%d8%a8%d8%a7-%d8%a7%d8%b3%d8%aa%d9%81%d8%a7%d8%af%d9%87-%d8%a7%d8%b2-%d8%b3/