一种基于个体脑电差异的情绪调控训练系统和方法与流程

本发明涉及一种基于个体脑电差异的情绪调控训练系统和方法，属于生命与健康设备技术、情绪调控技术和电生理技术领域。

背景技术

情绪是个体对内在和外在事物的主观体验，体现在生理、表情以及体验方面，是个体适应生存和社会生活的重要工具，所以情绪调控对人类有着极为重要的意义。情绪调控包含外在的调控及内在的调控过程，在这个过程中，人们监控，评估和修改情绪刺激引起的反应的出现与否、强度以及时长。

目前主要的情绪调控干预方法主要是基于认知行为疗法（cognitivebehavioraltherapy，cbt），即结合行为疗法和认知疗法，对患者进行抑郁、焦虑等精神疾病的康复与治疗。而认知神经科学研究已证明大脑是心理的物质基础，即个体的情绪是可以通过大脑功能和结构上的变化反应出来，所以可以通过生物反馈技术来完成对大脑信号的自我控制，从而进一步提高情绪调控能力。

近几年，利用生物反馈技术进行情绪调控训练的技术逐渐发展了起来。它们利用实时功能磁共振成像技术（functionalmagneticresonanceimaging，fmri）或者是头皮脑电（electroencephalography，eeg）获取技术来获取大脑在情绪调控过程中的状态信息并反馈给被试者，从而有针对性的进行调控来完成情绪调控的训练过程。其中，基于fmri的反馈系统存在着代价过高以及时间分辨率过低的问题；而目前基于eeg的反馈系统则是利用一个统一的标准来衡量不同个体的情绪调控状态，并没有考虑头皮脑电存在着的个体差异。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于个体脑电差异的情绪调控训练系统和方法，利用eeg实施反馈一方面大大提高了时间分辨率，有效弥补了fmri反馈系统的不足，同时能够简易、实时高效地将当前脑电活动反馈给训练者；另外考虑到个体差异的问题，对每一位用户提供了不同的训练方式，为不同个体提供更加精准的情绪调控训练，更具个性化。本发明情绪调控系统使用户能便捷地调控情绪，最终达到能力训练的目的。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述发明构思：

本发明基于脑电生物反馈技术，它借助脑电信号分析对被试进行情绪调控的训练。由于个体差异，不同使用者进行训练时大脑活动的影响不完全相同。系统首先通过检测负性情绪图片呈现和进行情绪调控过程中，不同脑区不同时间电波的电位变化情况，作为使用者之后进行训练时的反馈基准。随后在进行训练时，将相应脑区的脑电波值作为反馈的指标对图片进行处理，作为对被试调控结果的反馈，反复进行以达到情绪调控能力训练的目的，最后以被试完成情绪调控的成功率以及成功调控所需的时间来评价被试当前的情绪调控能力。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于个体脑电差异的情绪调控训练系统，包括信息采集模块、情绪判断模块、反馈模块、人机界面模块、评价模块以及数据管理模块。使用者通过人机界面模块观察负性图片，从而产生消极情绪。通过评价模块对负性图片进行效价和唤醒度的评价，评价结果保存到数据管理模块。训练系统通过信息采集模块采集使用者实时的eeg信号，再通过情绪判断模块对eeg信号进行预处理，同时计算事件相关电位，作为情绪调控的指标。在反馈模块中，对情绪判断模块中计算出的指标进行监控，当其超过一定阈值之后，训练系统判定使用者正在进行情绪调控，并将结果反馈给使用者，反馈的方式是对负性图片添加图片以及播放音乐，使其减弱对使用者的刺激。各模块具体如下：

信息采集模块：选用服务器/客户端的通信方式，由脑电信号采集系统作为服务器，采集脑电信号，由pc机作为客户端，读取脑电数据；

情绪判断模块：主要负责对客户端接收到的数据进行处理，以提取情绪调控反馈指标，具体包括信号的预处理和事件相关电位的计算；

反馈模块：根据情绪判断模块得到的实时数据和设定的反馈阈值，将结果反馈给使用者，在本系统中，反馈的方式是根据反馈阈值对负性图片添加图片以及播放音乐；

人机界面模块：包含通信参数设置、按钮，负性图片显示，使用者行为学数据显示以及实时脑电波形显示；

评价模块：情绪调控后对负性图片的效价评价和唤醒度评价，评价结果保存到数据管理模块。

作为上述方案进一步优选的技术方案，所述人机界面模块共有两个显示屏，包括一个主显示屏和一个副显示屏，所述主显示屏实现通信连接参数设置、使用者行为学数据显示和脑电活动特性实时显示；所述副显示屏实现负性图片、音频、视频显示；其中，通信连接参数设置实现信息采集模块中脑电采集器之间的无线通信参数的设置，仅允许管理员进行操作；使用者行为学数据显示功能显示使用者情绪调控的反应时间和对情绪调控的评价信息，仅允许管理员进行操作；脑电活动特性实时显示则根据情绪判断模块计算得到的脑电特征，将其以实时波形图的方式展现出来，此功能仅限管理员使用；副显示屏实现负性图片、音频、视频显示，将情绪刺激呈现给使用者，作为使用者的认知目标。

一种基于个体脑电差异的情绪调控训练方法，使用上述的系统，具体步骤如下：

步骤0：首先让使用者在第一天进行一次情绪调控实验，这次的情绪调控实验中不包含反馈模块（3）；根据这次的实验结果来计算其脑电相关特征，以确定初始阈值，在后续的情绪训练中，要通过这个阈值与使用者的脑电相关特征进行比较来进行反馈；

步骤1：第二天起开始让使用者进行正式的调控训练，正式训练中，训练系统会计算使用者的脑电相关特征，并跟初始阈值进行比较，以确定所述反馈模块（3）是否进行后续的反馈；若脑电相关特征处于阈值范围内并持续100ms，则向反馈模块（3）发送反馈指令，若脑电特征继续处于阈值范围内并超过500ms，则向反馈模块（3）发送停止反馈指令；当反馈模块（3）接收到所述情绪判断模块（2）发送的反馈指令后，则在负性图片上添加图片及音乐，减少负性图片带给使用者的刺激信息，并以此告知使用者调控训练有效；当反馈模块（3）接收到停止反馈指令后，则停止添加图片及音乐，反馈训练结束；

步骤2：重复步骤1若干天，对使用者进行多次训练，以此提高使用者情绪调控能力。

作为上述方案进一步优选的技术方案，所述反馈步骤的具体流程如下：

步骤1.0：先由情绪判断模块计算得出当前时刻的事件相关电位，erp的值e；

步骤1.1：根据使用者在使用没有反馈的系统进行情绪调控时，计算得到erp的基准值ebase和阈值范围t，将e与ebase两者大小进行比较，以决定是否进行反馈操作；若e与ebase的差的绝对值高于t，转向步骤1.2；否则转向步骤1.3；

步骤1.2：开启计时器1，开始计时，进入步骤1.4；

步骤1.3：计时器1计时归零，进入步骤1.2；

步骤1.4：若计时器1计时大于100ms，转向步骤1.5；否则转向步骤1.6；

步骤1.5：若计时器1计时大于500ms，转向步骤1.11；否则转向步骤1.7；

步骤1.6：显示当前图片，进入步骤1.8；

步骤1.7：在原始图像上加入图片以及播放音乐，进入步骤1.8；

步骤1.8：继续计算erp，进入步骤1.1和步骤1.9；

步骤1.9：开启计时器2，开始计时，进入步骤1.10；

步骤1.10：若计时器2计时大于5s，转向步骤1.11；

步骤1.11：使用者对图片进行评价，这一轮情绪调控训练结束。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明基于个体脑电差异的情绪调控系统，由于大脑具有可塑性，脑电可以反映大脑活动的瞬态变化，不同的使用者在调节负性情绪时对大脑活动的影响不完全相同，本发明通过生物反馈技术对不同使用者的大脑进行个性化的情绪调节能力的训练，提供个性化精准服务，可以实现提高使用者情绪调控能力的目的；

2.本发明使用脑电生物反馈技术进行情绪调控，根据实时的脑电反馈的结果，提供情绪状态变化，使用户能便捷地调控情绪，最终达到能力训练的目的；

3.本发明采用对刺激添加图片以及音乐的方式显示反馈信息，将反馈信息与刺激信息叠加显示，这样可以保持使用者注意力的集中，最大程度地减少了刺激之外的干扰。

附图说明

图1为本发明优选实施例基于个体脑电差异的情绪调控系统的结构示意图。

图2为本发明优选实施例基于个体脑电差异的情绪调控系统的硬件结构示意图。

图3为本发明优选实施例的整体训练方法流程图。

图4为本发明优选实施例的在正式训练前让使用者不使用反馈系统进行情绪调节的操作流程图。

图5为本发明优选实施例的使用反馈系统进行情绪调控反馈的操作流程图。

图6为本发明优选实施例的情绪调控系统进行情绪调控的流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

在本实施例中，参见图1～2，一种基于个体脑电差异的情绪调控训练系统，包括信息采集模块1、情绪判断模块2、反馈模块3、人机界面模块4、评价模块5以及数据管理模块6；使用者通过人机界面模块4观察负性图片，从而产生消极情绪；通过评价模块5对负性图片进行效价和唤醒度的评价，评价结果保存到数据管理模块6；训练系统通过信息采集模块1采集使用者实时的eeg信号，再通过情绪判断模块2对eeg信号进行预处理，同时计算事件相关电位，作为情绪调控的指标；在反馈模块3中，对情绪判断模块2中计算出的指标进行监控，当其超过一定阈值之后，训练系统判定使用者正在进行情绪调控，并将结果反馈给使用者，反馈的方式是对负性图片添加图片以及播放音乐，使其减弱对使用者的刺激；各模块具体如下：

信息采集模块1：选用服务器/客户端的通信方式，由脑电信号采集系统作为服务器，采集脑电信号，由pc机作为客户端，读取脑电数据；

情绪判断模块2：主要负责对客户端接收到的数据进行处理，以提取情绪调控反馈指标，具体包括信号的预处理和事件相关电位的计算；

反馈模块3：根据情绪判断模块2得到的实时数据和设定的反馈阈值，将结果反馈给使用者，在本系统中，反馈的方式是根据反馈阈值对负性图片添加图片以及播放音乐；

人机界面模块4：包含通信参数设置、按钮，负性图片显示，使用者行为学数据显示以及实时脑电波形显示；

评价模块5：情绪调控后对负性图片的效价评价和唤醒度评价，评价结果保存到数据管理模块6；

数据管理模块6：负责系统运行中数据的记录、保存和输出，包括记录情绪判断模块2生成的反馈信号、情绪刺激呈现时刻、发送反馈指令时刻、停止反馈指令时刻以及使用者对情绪调控后的评价数据的记录和保存。

在本实施例中，参见图2，人机界面模块4共有两个显示屏，包括一个主显示屏和一个副显示屏，主显示屏实现通信连接参数设置、使用者行为学数据显示和脑电活动特性实时显示；副显示屏实现负性图片、音频、视频显示；其中，通信连接参数设置实现信息采集模块1中脑电采集器之间的无线通信参数的设置，仅允许管理员进行操作；使用者行为学数据显示功能显示使用者情绪调控的反应时间和对情绪调控的评价信息，仅允许管理员进行操作；脑电活动特性实时显示则根据情绪判断模块2计算得到的脑电特征，将其以实时波形图的方式展现出来，此功能仅限管理员使用；副显示屏实现负性图片、音频、视频显示，将情绪刺激呈现给使用者，作为使用者的认知目标。

在本实施例中，参见图3，一种基于个体脑电差异的情绪调控训练方法，使用上述的系统，具体步骤如下：

步骤0：首先让使用者在第一天进行一次情绪调控实验,这次的情绪调控实验中不包含反馈训练模块，如图4所示。根据这次的实验结果来计算其脑电相关特征，以确定初始阈值，在后续的情绪训练中，通过这个阈值与使用者的脑电相关特征进行比较来进行反馈。

步骤1：第二天起开始让使用者进行正式的调控训练，如图5所示，正式训练中，系统会计算使用者的脑电相关特征，并跟初始阈值进行比较，以确定所述反馈模块3是否进行后续的反馈；若脑电相关特征处于阈值范围内并持续100ms，则向反馈模块3发送反馈指令，若脑电特征继续处于阈值范围内并超过500ms，则向反馈模块3发送停止反馈指令。当反馈模块3接收到所述情绪判断模块2的添加反馈指令后，则在情绪刺激图片上添加图片及音乐，减少刺激图片带给使用者的刺激信息，并可以此告知使用者调控训练有效。当接收到停止动反馈令后，则停止添加图片及音乐，反馈训练结束。

如图6所示，所述反馈步骤的具体流程如下：

步骤1.0：先由情绪判断模块2计算得出当前时刻的事件相关电位，erp的值e（event-relatedpotential，事件相关电位）；

步骤1.1：根据使用者在使用没有反馈的系统进行情绪调控时，计算得到erp的基准值ebase和阈值范围t，将e与ebase两者大小进行比较，以决定是否进行反馈操作；若e与ebase的差的绝对值高于t，转向步骤1.2；否则转向步骤1.3；

步骤1.2：开启计时器1，开始计时，进入步骤1.4；

步骤1.3：计时器1计时归零，进入步骤1.2；

步骤1.4：若计时器1计时大于100ms，转向步骤1.5；否则转向步骤1.6；

步骤1.5：若计时器1计时大于500ms，转向步骤1.11；否则转向步骤1.7；

步骤1.6：显示当前图片，进入步骤1.8；

步骤1.7：在原始图像上加入图片以及播放音乐，进入步骤1.8；

步骤1.8：继续计算erp，进入步骤1.1和步骤1.9；

步骤1.9：开启计时器2，开始计时，进入步骤1.10；

步骤1.10：若计时器2计时大于5s，转向步骤1.11；

步骤1.11：使用者对图片进行评价，这一轮情绪调控训练结束。

步骤2：重复步骤1若干天，对使用者进行多次训练，以此提高使用者情绪调控能力。

具体实施时，参见图4～5，进入正式训练之前，使用者使用没有反馈模块的系统进行情绪调控。单个图片的调控流程如图4，首先在人机界面模块4的副显示屏中央看到一张带“+”符号的空白图片，显示2秒钟，此时使用者处于静息状态。随后屏幕会出现一段对之后出现的图片的描述，显示4秒钟，使用者需要根据描述语句的语境去想象之后出现的图片，以达到情绪调控的目的。最后对所有刺激图片进行“效价评价”和“唤醒度评价”，分为9个等级，评分为1-9，系统记录每项评价得分。同时记录这一阶段使用者的脑电波，计算其在调控情绪时的脑电位值，作为之后进行反馈训练时的反馈阈值。在若干天之后，让使用者使用情绪反馈系统进行情绪调控，单个图片的调控流程参见图5，首先在人机界面模块4的电脑屏幕中央看到一张带“+”符号的空白图片，显示2秒钟，此时使用者处于静息状态。随后屏幕会出现一段对之后出现的图片的描述，显示4秒钟，使用者需要根据描述语句的语境去想象之后出现的图片，以达到情绪调控的目的。在使用者进行情绪调控时，系统会根据使用者脑电的变化情况判定是否对使用者进行反馈，若进行反馈，则显示添加图片的负性图片以及播放音乐。反馈结束后，电脑再次弹出“效价评价”和“唤醒度评价”图片，让使用者对之前看到的图片进行唤醒度和效价的评价，评价完毕，图片消失。接着进行下一张图片的调控。

本实施例应用于情绪调控、电生理领域，使用脑电生物反馈技术进行情绪调控能力的训练。大脑具有可塑性，脑电可以反映大活动的瞬态变化，不同的使用者在调节负性情绪时对大脑活动的影响不完全相同，本实施例通过生物反馈方法对不同使用者的大脑进行个性化的情绪调节能力的训练，能实现提高使用者情绪调控能力的目的。