基于双耳差频的警觉度快速提高方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明属于生物医学电信号检测及相关装置领域，为提供一种刺激方法，能够在短时快速提高警觉度的同时不影响使用者的正常工作，为此，本发明采用的技术方案是，基于双耳差频的警觉度快速提高方法，包括如下步骤：使计算机产生粉噪声和双耳差频信号，通过声卡、耳机利用上述信号进行刺激。本发明主要应用于生物医学电信号检测及相关装置。
【专利说明】基于双耳差频的警觉度快速提高方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学电信号检测及相关装置领域，具体讲，涉及基于双耳差频的警觉度快速提高方法。
【背景技术】
[0002]由于现代生活压力的加大，工作强度的提高，经常长期处于亚健康状态的人群逐渐增多，因此带来了工作时注意力不集中，警觉度下降等问题。而例如执行特殊任务的军人(潜艇海军，飞行员等)，机场调度人员、长途汽车司机、医护工作者等高强度工作同时又需要保持较高的警觉水平。随之而来的就是如何提高警觉度水平的问题。
[0003]国际上研究提高警觉度的方法主要有三类，即:物理调节法，化学调节法，和生理调节法。其中，物理调节法是指对人体施加某种特定刺激(如光、声、电、磁等)或置于存在该刺激的外界环境中，从而提高其大脑警觉度；化学调节法是指通过摄取具有提高人体兴奋度的天然或合成性的化学物质，进而使大脑警觉度水平保持在较高的水平；生理调节法则是指增加人体休息时间，完成自我修复过程，或者利用生物反馈，自生训练等方式来对警觉度水平的提高产生积极影响。
[0004]在对人体脑电波的研究中发现，脑电活动主要分为四个频段，即:delta频段:< 4Hz ；theta频段:4~7Hz ；alpha频段:8~12Hz ；beta频段:13~35Hz当人处于精神状态集中，较为兴奋的警觉状态时。其脑电波的主要活动频段在beta频段。因此双耳差频(Binaural Beat)作为一种通过双耳间的差频来诱导人脑主要频段向beta等高频段的迁移，从而提高人的警觉度与注意力的方法，早就被国际研究者所重视。1985年，Monroe等人通过实验得到双耳差频在Beta脑波(16~24Hz)频域范围内可以增强被试专注力以提高警觉度。1998年Lane和Kasian等人以及1999年Sornson等人也进一步研究了该现象。这证明了当RAS (网状激活系统)暴露在双耳差频中时，会出现明显的改变。前期的专利主要集中于如何产生双耳差频的信号，申请号为`200510021913.2的专利中提出一种生成双耳差频的方式。申请号为US8，204，234B2的美国专利也描述了一种从立体声信号中产生双耳差频的方法。随着个人笔记本(PC)的普及以及软件的蓬勃发展。利用现有软件就可以生成成本低廉，信号可控，频率精度更高的差频信号。因此当前关注的焦点便集中于采用何种方法施加双耳差频刺激以提高警觉度。
[0005]自1987年Oster，G提出双耳差频技术可以对人的认知行为带来影响后，很多学者都对不同刺激参数与人体电生理信号，行为学等方面展开研究。
[0006]1985年Richard A.Monroe等人通过实验得到双耳差频在beta (16~24Hz)频域范围内可以增强被试专注力以提高警觉度。
[0007]1998年James D.Lane和Stefan J.Kasian等人证实在进行视觉警觉度任务的时候同时施加beta频段的双耳差频(16或24Hz)的被试比同时施加delta频段(1.5或4Hz)的正确率更高，同时负面情绪更小。
[0008]2004年Janice C.McMurray在对11名患有注意力缺陷多动症(ADHD)的患者施加beta (16或24Hz)的双耳差频刺激同时进行注意力任务。结果证实脑电的beta频段能量升高，任务完成的更好。
[0009]2011年12月Pratt，H.，Starr等人比较了双耳差频与单耳差频的异同，通过溯源发现二者都能够激活被试的左颞区。
[0010]前期研究还发现，人对于双耳差频的感知是有条件的。一般来说，双耳差频信号的载波频率要小于1500HZ，并且两信号之间的频率差必须在30Hz以下。同时，在不同载波频率下，人耳对双耳差频声音的感知阈值也是不同的。感知阈值是随着载波频率的改变而发生变化的。其中，人耳对中频载波下的双耳差频声音感知阈值较大，尤其在440Hz到550Hz频段，可感知到的差频范围为0到20Hz以上。
【发明内容】
[0011]为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种刺激方法，能够在短时快速提高警觉度的同时不影响使用者的正常工作，为此，本发明采用的技术方案是，基于双耳差频的警觉度快速提高方法，包括如下步骤:使计算机产生粉噪声和双耳差频信号，通过声卡、耳机利用上述信号进行刺激。
[0012]双耳差频信号为16Hz、20Hz、24Hz三种不同调制频率混合，差频都处于EEG中3频段，粉噪声作为背景声。
[0013]基于双耳差频的警觉度快速提高装置，包括计算机及其声卡、耳机，计算机产生粉噪声和双耳差频信号，通过声卡、耳机利用上述信号进行刺激。
[0014]本发明的技术 特点及效果:
[0015]因而本发明能实现提高使用者警觉度，适于宇航员、飞行员、执行特殊任务的军人、长途汽车司机、医护工作者等。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1硬件连接原理图。
[0017]图2刺激前后脑功率谱差值地形图。
[0018]图3刺激前后脑样本熵柱状图。
[0019]图4刺激前后脑网络连接图。
【具体实施方式】
[0020]本发明选择440Hz和550Hz两种频率复合作为载波频率，双耳差频为16Hz、20Hz、24Hz三种不同调制频率混合，差频都处于EEG中P频段。同时施加粉噪声作为背景声，加入背景噪声的目的是为了增加被试者的注意力，提高人耳对双耳差频声信号的感知能力。佩戴具有立体音功能的降噪耳机，被试者将会听到的节拍声，即在中枢听觉神经系统(CANS)处产生一个神经活动的汇聚。从而听到处于人听觉下限的16HZ、20Hz、24Hz音调。根据生物物理学观点里的“极 限环”效应，双耳差频所产生的处于beta频率的震荡可以耦合到人的大脑中，诱导调控大脑的节律，促使大脑的主要活动频率被外部刺激频率调制。相应的处于alpha频段(8-14Hz)和beta频段(14_30Hz)的高频能量增强，delta频段(l_4Hz)和theta频段(4_8Hz)的低频能量减弱。[0021]硬件连接原理图如图1所示。刺激模式及概率如表1所示，经过20分钟的刺激后，大脑的能量谱地形图如图2所示:图中黑色部分为能量增强区域，白色部分为能量减弱区域。其中，能量计算公式为:
[0022]
【权利要求】
1.一种基于双耳差频的警觉度快速提高方法，其特征是，包括如下步骤:使计算机产生粉噪声和双耳差频信号，通过声卡、耳机利用上述信号进行刺激。
2.如权利要求1所述的基于双耳差频的警觉度快速提高方法，其特征是，双耳差频信号为16Hz、20Hz、24Hz三种不同调制频率混合，差频都处于EEG中P频段，粉噪声作为背景声。
3.一种基于双耳差频的警觉度快速提高装置，其特征是，包括计算机及其声卡、耳机，计算机产生粉噪声 和双耳差频信号，通过声卡、耳机利用上述信号进行刺激。
【文档编号】A61M21/00GK103751898SQ201410012614
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】周鹏, 高翔, 王晓璐, 王学民, 薛然婷, 明东, 綦宏志 申请人:天津大学