修改对象的心理生理状态的制作方法

专利名称：修改对象的心理生理状态的制作方法
技术领域：
本发明涉及修改对象的心理生理状态，更具体来说涉及基于对象的生理度量来修 改该对象的心理生理状态。
背景技术：
由于人们通常渴望并试图尽可能长时间地达到快乐和/或放松的状态，因此帮助 人们获得所期望的心理生理状态就成为规模巨大的重要商业领域。特别注重的常常是放松 以及获得身心的放松状态。因此有许多放松产品和服务可用于针对帮助用户放松，比如书
籍、桑拿、音乐剧等等。这种产品和服务通常是被动型的，这是因为其没有考虑到心理生理状态。因此所 述产品和服务无法高效地影响用户的心理生理状态，从而可能会占用用户的大量时间。希望开发出一种在帮助人达到所期望的心理生理状态的过程中降低浪费其宝贵 的时间和/或金钱的可能性的方式，而在按照其他方式尝试达到这种状态时则可能会造成 所述浪费。已经知道可以使用多种系统来测量人类的心理生理相关数据。此外还提出了其 他系统，这些系统被适配成主动监控用户的生物统计数据(比如心率变异性和皮肤传导水 平)并且基于所检测到的生物统计数据来刺激该用户以尝试达到放松状态。在这种系统中 通常为用户给出一个游戏或挑战，以便鼓励该用户降低压力水平并且变得更加放松。美国专利申请公开第US 2006/0142968 Al号公开了一种利用皮肤电反应和心率 信息的家庭控制系统。

发明内容
根据本发明，提供一种根据权利要求1的设备，其用于修改对象的心理生理状态 的。可以操纵输出刺激的当前数值以便导出所述输出刺激的新数值，其中所述新数值 基于表示对象的心理生理状态的信号和所述输出刺激的当前数值。因此本发明可以允许用 户通过适配由该用户看到、听到、触摸到或者闻到的并且从音频-视觉(A/V)数据流/信号 导出的刺激来放松。可以将A/V信号理解为从A/V源提供的模拟或数字音频/视频信号，通常通过到 A/V接收器的A/V线缆或通信链接传送所述A/V信号，以便在处理声音和影像的设备和/或 应用上输出/显示。示例性的A/V源包括CD、DVD、赛璐珞胶片、电视广播、诸如闪存的固态 存储器装置以及被适配成存储或提供A/V内容的其他源。A/V内容可以包括音乐、语音和/ 或视频。A/V内容例如可以由通过USB端口耦合到所述设备的MP3播放器来提供。根据本 发明的设备可以包括用于提供视觉刺激的电视。所述电视可以包括用于接收电视广播的调 谐器以及DVD播放器或者用于存储A/V内容的其他固态存储器装置。因此，所述刺激可以是来自所记录的源或现场广播的可听/可视媒体内容。该内容可以是来自用户所选择的DVD、广播或另一个A/V源的电影和/或音乐。这种放松过程每 一次可以有不同的表现，从而防止所述放松过程变成乏味的重复活动。在另一个例子中，所 述设备包括带有环境照明装置的电视，所述视觉刺激包括由所述环境照明装置提供的光， 所述光例如取决于所选择的可视媒体内容(例如由用户选择的DVD、广播或另一个A/V源) 的主要颜色。根据本发明的另一方面，提供一种根据权利要求12的方法，其用于修改对象的心 理生理状态。因此，本发明可以例如通过主动评估心理生理或生物统计数据并且操纵为个人给 出的音频/视觉/触觉/温度/气味刺激来帮助所述个人达到放松的心理生理状态。具体 来说，本发明的各实施例检测并且监控个人的生物统计信号，以便确定所述个人的心理生 理状态。随后可以使用关于所确定的状态的信息来操纵用户可以看到/听到/触知的刺激 (比如在显示屏上显示的视频或者照明的颜色和强度、处于用户手中的遥控器的振动)，以 便影响其呼吸循环和心理生理状态。因此可以把本发明的各实施例与多媒体设备相结合地使用以便增强用户体验并 且帮助其放松。这样的实施例可以被适配成鼓励用户与由所述多媒体设备输出的刺激同步 地呼吸。举例来说，可以周期性地改变电视显示器的视觉外观，从而提供用以开始所述放松 过程的视觉刺激，而所述视觉刺激例如还包括由包含在所述电视中的环境照明装置所提供 的光。响应于所确定的所述用户的心理生理状态来修改所述光的强度和/或颜色，从而奖 励变得放松的所述用户。在另一个例子中，由还包括光源的CD(紧致盘)收音机闹钟提供 音频/视觉输出刺激。所述音频/视觉输出刺激优选地包括用以开始所述放松过程的周期 性改变的声音。所述音频/视觉刺激还包括由所述光源提供的照明。随着用户变得更加放 松可以调暗所述光源的强度，这样可以帮助所述用户入睡。可以作为电视的一种单独的专用操作模式来产生用以影响用户的呼吸循环的刺 激。或者可以把这种刺激叠加在电视或显示器单元的普通模式之上或者叠加在其周围。 举例来说，电视图像的强度可以循环地改变，或者所述电视显示器周围的照明的强度可以 (独立于电视图像内容)发生改变而所述电视图像则不失真。


下面将参照附图纯粹通过举例的方式来描述本发明的各实施例，其中图1示出了用以解释本发明的原理的ECG波形；图2示出了对应于图1的事件定时的事件检测概率曲线；图3用方框图的形式示出了根据本发明的原理构造的心理生理状态检测装置；图4是根据本发明的一个实施例的对对象的兴趣水平改变进行监控的方法；图5a、5b、6a和6b是根据本发明的原理对对象的心理生理状态改变进行监控的一 个实例的典型波形；图7示出了对应于根据本发明的原理对对象的心理生理状态改变进行监控的一 个实例的典型波形；图8示出了对应于根据本发明的原理对对象的心理生理状态改变进行监控的另 一个实例的典型波形；
图9a示出了根据本发明的一个实施例的用于修改对象的心理生理状态的设备；图9b示出了根据本发明的一个实施例的用于修改某一对象和另一对象的心理生 理状态的设备；图10是示出了在利用图9a的设备时用户随时间的心理生理状态改变的示例性进 程的曲线图；以及图11是用以解释本发明的一个实施例的原理的时序图。附图的规格并不是按比例绘制的，并且相同的附图标记指代相同的元件。
具体实施例方式本发明提供用于评估及修改个人的心理生理状态的方法和设备，从而例如帮助所 述个人(用户或对象)达到放松状态。本发明还提供用于评估及修改两个或更多个人的心 理生理状态的方法和设备，从而例如通过尝试使其心率变异性达成一致来帮助这些人达到 共同放松状态。本发明的实施例提供用于修改个人的心理生理状态的装置和方法。基于心理生理 测量(比如所检测到的生物统计信号)来确定个人的心理生理状态。基于所检测到的状态， 可以实时地修改为所述个人给出的音频/视觉/触觉/温度/气味刺激，从而影响所述个 人的呼吸和/或心率。可以周期性或连续性地重复这一检测心理生理状态并且响应于所检 测到的状态修改刺激的过程，以便朝向所期望的目标修改/操纵所述用户的状态。首先参照图1，其中示出了受到监控的对象(或用户)的ECG波形。已经观察到， 当个体放松并且持续地关注给定对象时，该个体的短期心率保持稳定或者周期性地改变。 还可以观察到，当所述个体对所述对象的注意力被外部事件打断或者甚至当所述个体的注 意力转移到某一不同对象时，短期心搏间隔会发生改变。假设这些改变是由于交感神经系 统和副交感神经系统对于心脏的相对牵涉的改变所导致的。已经知道交感神经系统会提高心率，而副交感神经系统则会降低心率。当个体受 到压力时，所述个体的心率会响应于外部事件和大脑活动的变化以延长或缩短的心搏间隔 而发生改变，并且心脏确实有可能实际上略过一次心搏。因此可以观察到，当个体受到压力 或者快速改变其注意力焦点时，该个体的短期心率会偶尔发生改变。这些观察被应用在本 发明中以便监控及检测个人的心理生理状态的改变。图1示出了把所述原理应用于检测和/或监控对象的心理生理状态。可以看到， ECG波形10具有在规则的心搏间隔tl、t2、t3…处反复出现的R波12。如行14中的采样 时间箭头所示对所述ECG波形10进行采样。正如下面将解释的那样，可以对这些样本进行 处理，以便推断出心搏的规则性或不规则性。在本例中，心搏的规则反复出现持续到某一事 件在事件箭头E处发生。这在本例中导致扰乱心搏的规则反复出现，即略过应当在时间tn 处出现的所预期的下一个规则R波16。随后，所述心搏在两个心脏周期之后的时间tm+2处 以一个R波恢复。直到在下一个R波的预期出现时间tn处或其后获得样本才能在于时间 tm处出现的R波之后检测到该缺失的心搏，从而发现所述预期的R波缺失。在时间tn处或 恰好在其之前的采样箭头的时间处取得的样本是可以检测到所述缺失的R波16的第一时 间。随着在时间tn之后取得的样本越来越多，把所述R波16检测为缺失的概率也随之增 大。
通过图2中的概率曲线18示出了所述概率，其中示出，直到缺失心搏HBm的预计 时间为止或者更迟，实际上没有可能检测到在心搏HBm之后的心搏HBn处缺失的R波。在该 时间之后，将被检测到的预期心搏的缺失的概率快速增大，并且到时间tm+2处的下一次实 际心搏HBm+2时为止逼近几乎确定，正如所述概率曲线18所示出的那样。因此可以看出， 对ECG波形的采样会导致检测到缺失的心搏。相同的技术还会导致检测到没有出现在与在 前心搏相同的规则间隔处的心搏，正如下面将描述的那样。对于这一方面的理解就构成本 发明的以下实例的基础，其中可以实时地快速检测心理生理状态的改变。图3示出了根据本发明的原理构造的状态检测装置。所述检测装置被适配成确定 第一心搏信号的规则性，从而提供表示个人的心理生理状态的输出信号。为电极20提供接收个人的ECG信号的导电层22。所述电极20耦合到放大器24， 所述放大器24放大所述ECG信号，该ECG信号随后被模拟_数字变换器26数字采样。所 述ECG信号的数字样本被存储在存储器28中。所述ECG信号样本被耦合到处理器30，在本 例中所述处理器30被显示为数字信号处理器(DSP)，其通过执行确定所述ECG信号的心脏 周期的短期规则性的算法来处理各组样本，正如下面将更加完全地描述的那样。基于所述 ECG的心脏周期的所确定的规则性，所述处理器30输出包含表示所述个人的心理生理状态 的参数的输出信号。表示所检测到的心理生理状态的所述输出信号被耦合到输出装置32，所述输出装 置32基于包含在所述输出信号中的参数来修改并输出可以为所述个人所看到和/或听到 和/或触知的刺激，从而影响所述个人的呼吸模式。举例来说，所述输出装置可以是电视 160，并且所述电视所显示的图像的强度可以周期性地改变，以便指示个人应当吸气和/或 呼气的时间，而所显示的图像的颜色则可以表示所述个人的心理生理状态。在本例中，所述 输出刺激包括所显示的图像，其中所述图像的强度周期性地改变以便影响所述呼吸模式， 并且所述图像的颜色被改变以指示所述个人的心理生理状态的改变(例如所述个人正变 得更加放松)。但是应当认识到，还可以使用能够向用户输出刺激并且基于所述处理器输出 实时地修改所述刺激的其他输出装置。所述装置的有源元件由控制器40控制，所述控制器40可以控制影响所述过程的 变量，比如采样时间、算法处理变量、显示参数、输出刺激选项等等。所述控制器40又由用 户通过用户接口 42控制，借助于所述用户接口 42，用户可以通过确定时间常数和/或其他 过程变量来控制所述过程。图4是根据本发明的原理的用于监控对象的心理生理状态改变的方法的一个实 例。在步骤52中接收对象的ECG信号并且在步骤54中对其进行采样。从一个信号样本序 列中选择一个样本窗口或者一组样本以供在步骤56中进行处理。随后对每一组样本进行 处理以便确定所述R-R间隔的规则性，这在一个优选实施例中是通过倒谱(c印strum)处理 而实现的。倒谱分析是由BogertHealy和Tukey在1963年的一篇文章中引入的一种数学同 态变换。其可用于确定自谱中的周期性，即多个瞬时频谱的平均量值。所述倒谱可以被视 为提供关于不同谱带中的改变率的信息。倒谱处理产生信号的功率谱的对数的傅立叶逆变 换。在信号处理中，所述倒谱通常被视为把分贝(对数)谱当作一个信号那样取其傅立叶 变换的结果。倒谱处理已经被应用于许多领域，其中包括音频处理、语音处理、地球物理学、雷达、医疗成像等等。在语音处理中，所述倒谱被用来把话音信号的单词和音高与包含话音 质量的传递函数分离。在地球物理学中，所述倒谱被用来表征从地震和爆炸得到的地震回 波。Dan Winter先生已经开发了一种被称作心脏调谐器(Heart Tuner)的装置，其对ECG 波形执行倒谱分析以便分析并显示个人的情绪。与心脏调谐器相连的个人观看所产生的图 形显示，并且观察他或她的ECG波形的谐波内容。当所述个人的情绪变为正面时，观察到第 一倒谱相干峰值升起。教导个人通过想像可分享的正面想法而产生同感，以便增大所述心 脏调谐器的倒谱相干峰值。倒谱处理还被用于分析雷达信号回波。在图4的方法中，如在步骤62-66中所示出的那样，使用倒谱处理来检测如R-R波 间距所示的心脏周期的周期性。虽然可以通过对R波进行峰值检测以及对R波间距进行测 量和比较来获得相同的信息，但是由于倒谱处理具有鲁棒性、很容易适配于采样的数据信 号并且对心率的细微改变非常敏感，因此其被用在所示出的方法中。
在步骤62中，取得在步骤56中选择的样本窗口的傅立叶变换。在步骤64中取得 该结果的loglO。在步骤66中取得所述对数结果的傅立叶逆变换。这样就在时间轴上产生 一系列数值，所述数值展现出对应于步骤56的窗口的采样间隔上的所采样的ECG波形的反 复出现的间隔的峰值。图5和图6的曲线图以图形的方式示出了这一倒谱处理的结果。图5a示出了通过取得一个心搏序列的ECG波形的样本的傅立叶变换(步骤62) 而产生的ECG信号的频谱82，其中横坐标是频率(赫兹)。在该例中可以看到，所述信号的 能量几乎随机分布在一个较宽频率范围内。在经过IoglO以及由倒谱处理取得该结果的傅 立叶逆变换(步骤64和66)之后，其结果是如图5b所示的时间轴(赫兹―1或秒)上的曲 线图84。在步骤72中通过许多标准或复杂峰值检测技术当中的任一种识别出该曲线图84 的各峰值。在图5b的例子中可以观察到几个峰值，其中包括在86和88处标识出的峰值。期 望对应于心率的主峰值(在下文中也被称作倒谱峰值)出现在心搏间隔处，比如所述R-R 波间隔。当对所述峰值86和88进行分析以便找出心率间隔时(步骤74)，0. 65秒处的峰值 86被识别为91搏/分钟(bpm)的心搏。大约1. 3秒处的峰值88是91bpm的基本心搏率的 次谐波。在该例中可以看出，倒谱峰值86的幅度相对较低。根据本发明的原理，相对较低的 倒谱峰值可以表明对象的低放松水平，这是因为心脏不是在一致恒定的速率下搏动。在由 所述DSP 30的倒谱处理产生所述结果之后，该结果被传送到图3的装置中的输出装置32。图6a示出了一个不同的ECG信号样本序列的傅立叶频谱92。在该例中可以看出， 频谱能量聚合在一系列明确定义的峰值周围。在经过IoglO并且取得该数据的傅立叶逆变 换之后得到图6b的时间曲线图94，可以看到其展现出两个尖锐定义的峰值96和98。大约 0. 73秒处的主峰值被识别为由82bpm的基本心率产生的峰值，并且峰值98是大约1. 46秒 处的次谐波峰值。可以看出峰值96的幅度具有远高于图5b的相应峰值的量值，从而表明 非常一致的心率。该高量值峰值96可以表示产生该数据的ECG波形的对象的高放松水平。图5和 图6的数据是从同一对象取得的，其表明在采集对应于图6a和6b的窗口数据时该对象是 放松的或者专注于特定对象，并且在采集对应于图5a和5b的窗口数据时该对象表现出注 意力下降或者紧张水平提高。在本发明的一个实施例中，优选地通过倒谱处理来分析心率的短期规则性，以便
9识别出个体的心理生理状态的改变。在图7和图8中示出了这方面的例子，其中对基本倒 谱峰值的趋势进行分析以便确定个体的心理生理状态的趋势。所述倒谱曲线图随时间的改 变率可以被用作例如针对心理生理状态的改变的警告/指示的一种标准。图7顶部的曲线 图102示出了一个对象的ECG波形。在该例中，在500Hz速率下对所述ECG波形进行数字 化(采样)。在采集了 8秒的样本之后，取得这初始的4000个样本的数据窗口。随后，该数 据窗口经历如上所述的倒谱处理。通过每次将所述窗口滑动半秒来重复该处理，取得一个 包含4000个样本的不同窗口以用于倒谱处理。图7中的5个曲线图104示出了对5个分 别包含4000个样本的相继重叠窗口的傅立叶变换处理的结果。在该例中可以看到，能量相 当均勻地分布在所显示出的频谱上。在106中示出了对这些数据窗口的倒谱处理的5个结 果。可以看出这些结果在72bpm处表现出刚好可以辨识的峰值。对所述5个曲线图106的倒谱峰值求平均并且绘制成图7底部的粗实线曲线图 108上的数据点。通过每次对一个新数据窗口进行倒谱处理从而得到不同的一组5个倒谱 峰值计算的新的倒谱峰值平均值来扩展该曲线图。此外，所绘制的细线110是最近计算的 倒谱峰值的曲线图。因此可以看出，图7的各曲线图示出了所述倒谱处理对于长期和短期 常数的趋势。这些线108和110提供了关于对象的放松水平是在提高、降低还是保持恒定 的指示。图8示出了对于不同数据的相同处理的结果。可以看出，所述对象的ECG波形202 看起来与图7的ECG波形102基本上相同。但是所处理的最近4个样本窗口的傅立叶频谱 204显示出规则地反复出现的频谱峰值。对这些频谱的倒谱处理的结果在倒谱时间曲线图 206中的78bpm处产生一系列高度尖锐地定义的基本倒谱峰值207。这些高倒谱峰值显现 在附图底部的最近趋势线208和210中，可以看出其在所述趋势线曲线图右侧的最近时间 间隔中的强烈的向上趋势。可以采用不同的数据窗口尺寸，比如其范围从5到11秒并且优选地处于5. 5到8 秒范围内的窗口。对于具有较长注意力持续时间的人来说，可能期望采用更长的窗口。利 用上面描述的技术通常可以在8到10次心搏之内确定短期心搏规则性。可以使用不同于 500Hz的其他采样率。所述输出信号可以表示瞬时倒谱峰值的量值、多个倒谱峰值的平均值 的量值或者所述倒谱信号的(增大或减小)趋势。可以使用不同的时间常数来产生更长期 的平均值。可以把所述倒谱峰值与一个阈值水平进行比较，或者可以对多个峰值数值进行 积分或微分，以便产生关于专注水平的更长期指示。可以使用不同于倒谱处理的其他技术， 比如分析个人的中值心率的方差。如图1和2中所示，通常可以在两秒或更短时间内快速且实时地检测出注意力改 变或注意力下降。现在参照图9a，其中描绘了根据本发明的一个实施例的系统。通过检测来自用户 的生物统计信号，所述系统基于所确定的该用户的状态修改电视显示器设备输出给该用户 的音频/视频/光刺激输出176，其中基于所检测到的生物统计信号来确定所述用户的状 态。图9a示出了所述系统的用户150，所述系统包括遥控器155和相关联的电视显示 器160。在提到电视显示器时，其不仅包括已知的背投影或平板(LCD、LED、等离子或激光) 显示器而且还包括被适配成投影电视信号的投影设备。所述遥控器155可以类似于传统的电视遥控器，但是其还包括用于检测及监控用户150的心搏信号Sl的心搏传感器165 ；以 及用于根据来自所述心搏传感器165的输出确定所述用户的心理生理状态的处理器单元 170。在另一个实施例中，所述遥控器155还包括被设置成存储关于所述用户150的心 率变异性的数据的存储装置。这样所提供的优点在于，所述系统可以基于所存储的数据识 别出所述用户，并且选择表示该用户的心理生理状态的参数的预置。所述预置可以取决于 前一次使用所述系统时所获得的所述参数。在另一个实施例中，所述输出单元还包括可以处于所述遥控器155中的动机源 164。所述动机源可以从包括以下各项的一组当中选择电动机、螺线管、压电装置以及形状 记忆合金。所述遥控器例如还可以包括加热元件或冷却元件(比如Peltier元件)。作为 另一个例子，所述遥控器还可以包括贮液器，所述贮液器包括香水。所述遥控器可以在所述 处理器单元的控制下释放出与所述香水相关的气味。所述气味(比如薰衣草)可以帮助用 户放松。被提供给所述用户的输出刺激176、177可以包括由以下各项构成的一组当中的至 少一项音频、视频、光、振动、温度以及气味刺激。现在参照图％，其中描绘了根据本发明的一个实施例的另一个系统。通过检测来 自用户150以及另一个用户151的生物统计信号Si、S2，所述系统基于所确定的所述用户 的心理生理状态以及另一个所确定的所述另一个用户的心理生理状态修改由所述电视显 示器设备160和/或所述遥控器155提供给所述用户和所述另一个用户的音频/视频/光 /振动/温度/气味输出刺激176、177。基于所检测到的生物统计信号来确定所述用户的 状态和所述另一个用户的另一个状态。心搏传感器165和另一个心搏传感器166被用于检 测所述生物统计信号。处理器单元170和另一个处理器单元171基于来自所述心搏传感器 165和心搏传感器166的输出确定所述心理生理状态。更加详细地参照图9a，可以利用附着到或连接到所述遥控器的任何传统的心律 (或者心电图ECG)测量传感器来测量用户的心搏信号Si。本领域技术人员将认识到，所述 心搏传感器165不需要检测完整的ECG，并且已经知道许多用于检测和/或监控个人的心脏 信号的替换方法。根据本发明的一个实施例，所述心搏传感器包括集成到所述遥控器155的外壳中 的简单电极，所述电极适用于检测所述遥控器155的用户的脉搏(即每搏输出量)。可替换 地，所述心搏传感器可以包括集成到例如在健身和保健系统中使用的手镯或腰带中的(多 个)电极。因此可以作为到所述遥控器155的有线附着来提供所述心搏传感器165。还应 当认识到，在替换实施例中，所述心搏传感器165被适配成监控完整的心搏信号。所述处理器单元170接收所述心搏传感器165的数据输出并且对所接收到的数据 进行处理，以便确定用户的心理生理状态。这样做可以对所述数据进行分析，并且将其简化 成表示所述用户的状态的一个参数集合。随后，所述参数集合由所述处理器单元170输出， 并且通过适当的通信链接175被传送到所述电视显示器160。为此，所述通信链接175例如 包括GSM和/或UMTS标准上的射频RF链接。但是应当理解的是，所述通信链接175的其 他实现方式也是可能的，并且例如是基于红外IR传输、有线传输或无线传输。所述电视160从所述遥控器155接收所述参数集合，所述电视显示器基于所接收 到的参数集合例如通过调整其亮度和/或音量来调节其视频和/或音频输出。所述遥控器可以通过向用户提供振动模式来提供触觉刺激。通过调整其输出，所述电视和/或遥控器 可以鼓励用户在一个或更多特定时间执行诸如吸气/呼气之类的活动，从而提示该用户执 行一定活动模式。所述模式被设计成通过可以随时间逐渐减慢的规则的或重复的活动循环 来逐渐地令所述用户放松。已经知道，个人的呼吸循环可以与其当前的情绪状态相关联。通过提示个人在预 定时间吸气/呼气，可以鼓励用户将其呼吸循环适配于被设计成进行放松的所期望的定时 和模式。图10示出了用户的状态随时间改变的示例性进程。在所述曲线图的开头(To)，所 述用户开始于特定压力水平，并且基于所检测到的该压力水平，所述系统输出鼓励该用户 按照被适配于所检测到的压力水平的循环来呼吸的刺激。所述系统逐渐改变所述循环以便 朝向所期望的压力数值R(其对应于所述用户处于放松状态)来降低所述压力水平，这例如 是通过增大所述用户的每一次呼吸循环的时间长度而实现的。在点S处，压力水平没有进一步降低，但是所述压力水平仍然高于所期望的数值 R0随后所述系统尝试修改所述用户的呼吸循环以便进一步降低该用户的压力水平。在点D处发生使得所述用户吃惊并且把该用户的压力水平提高到较高数值的分 散注意力的事情。所述系统检测到所导致的该状态改变并且相应地适配所述刺激，以便从 所述新的更高压力水平重新开始所述放松程序。随后所述系统重复随时间修改输出刺激的 所述过程，以便朝向所期望的压力数值R逐渐降低所述用户的压力水平。参照图11，其中的箭头指示心搏，考虑到如何能够通过刺激来操纵个人的呼吸循 环，可以为各间隔分配实数P和q，从而使得在P间隔期间或者在从q到P的过渡处有“吸入” 控制信号，并且在从P到q的过渡处有“呼出”控制信号。在P和q间隔之间分别有int (ρ) 和int(q)次心搏，其中“int”表示取整运算。应当注意到，ρ和q不限于整数。所述P和q可以被单独选择或者甚至被适配于 对象，因为这可能会依赖于所述对象的潮气量和心输出量。ρ与q之间的过渡(反之亦然)不必与心搏重合。ρ和q只应当与相应的心搏活 动时间轴成比例地改变，以便保持相位锁定。在最简单的实施例中，P和q是整数，因此与 所测量的脉搏重合(图6中的箭头)。在一个优选实施例中，利用自回归(AR)滤波器来预测所述“箭头”的位置，从而在 所测量的信号不可靠的情况下，所述AR功能可以预测其正确位置。一个优选实施例还可以被适配成通过令对象按其自身的步调吸入和呼出来确定 对应于P和q的初始数值，并且通过ECG输出确定所述呼吸步调。对应于ρ和q的典型数 值可以是P = 2、q = 3，但是可以把对应于ρ和q的初始数值用作起始数值，并且按照需要 增大/减小所述数字。所述心搏不需要与呼吸严格同步，几乎同步就足够了。根据弱耦合混沌系统的理 论，已经知道如果|ηΦΗ-πιΦκ| < ε，其中η和m是整数、别是心脏和呼吸信号 的相位并且ε是足够小的常数，则所述信号可以被视为相位锁定。还可以通过减去搏间间隔并且对其求平均来检测心率变异性(HRV)，例如可以利 用 HRV(i) = a*HRV(i-l) + (l-a)*(t(i)-t(i_l))来计算时间 i 处的HRV(HRV(i))，其中 a 决定所述求平均过程的速度，t(i)是PQRS复合中的峰值(一次心搏的电峰值被称作“PQRS复合”)。在替换实施例中，所述电视显示器160在其外罩内还包括环境照明设置(未示 出)，以用于调节该显示器160处于其中的环境照明条件。因此，取代调节所述视频和/或 音频输出或者与之相组合，所述电视160可以基于所接收到的参数集合并且独立于所述电 视160的视频和/或音频输出来修改所述环境照明设置的亮度或颜色。
在另一个实施例中，本发明提供用于评估及修改两个或更多个人的心理生理状态 从而例如帮助这些人达到放松状态的方法和设备。对于每一个所述个人，基于心理生理测 量(例如所检测到的生物统计信号)来确定所述心理生理状态。基于所检测到的状态实时 地修改为每一个人给出的音频/视觉/触觉/温度/气味刺激，以便影响所述个人的呼吸 和/或心率。举例来说，被包括在所述电视160中的所述环境照明设置可以被分成多个部 件，每一个部件提供对应于某一个人的视觉输出，这是通过根据对应于所述个人的所接收 到的参数集合来修改所述环境照明设置的所述部件的亮度或颜色而实现的。在另一个实施 例中，所述电视160被设置成在分屏设置中为每一个所述个人提供视觉刺激，其中每一个 用户从所述分屏的一部分接收视觉刺激。在另一个实施例中，所述方法和设备可以被用来把两个或更多个人的心理生理状 态修改到同一状态。这例如可以通过为所述各人提供音频/视觉/触觉/温度/气味刺激 以便同步其心率变异性而实现。每一个人可以获得其自身的刺激，或者可以有共同刺激。对 于每一个所述个人，基于心理生理测量(例如所检测到的生物统计信号)来确定所述心理 生理状态。基于所检测到的心理生理状态实时地修改为所述各人给出的音频/视觉/触觉 /温度/气味刺激，以便影响其呼吸和/或心率。举例来说，为所述各人给出的共同的音频 /视觉/触觉刺激可以取决于所述检测到的心理生理状态中的差异。正如前面所解释的那样，可以利用倒谱处理来确定对象的心率的规则性。所述心 率规则性例如可以是在所述倒谱曲线图中得到峰值(被称作倒谱峰值)的正弦心率变化。 例如当两个人在共同刺激下呼吸时，其心率变化的周期将彼此趋同，但是两个人的心率变 化的幅度可能不同，例如一个人可能具有在60到80bpm之间变化的心率，而另一个人的心 率则在70到90bpm之间变化。在所述方法和设备的另一个实施例中，把所述各人的倒谱 峰值进行比较，以便确定其心率变异性的一致性数值。也就是说，当两个人的倒谱峰值重合 时，其以相同的周期进行呼吸，从而全部两个人都具有相同的心率变异性。所述共同的音频 /视觉刺激还可以取决于所述一致性数值。应当注意到，本发明的实施例利用多媒体设备的实时处理可能性来响应于所确定 的用户状态处理及操纵音频/视觉信号(视频、环境光、音频…)。换句话说，可以响应于表 示用户的心理生理状态的信息和音频/视觉信号的当前数值来调制所述当前数值，以便导 出新数值。这与基于个人计算机(PC)的方法不同，在基于个人计算机的方法中，计算机程 序仅仅能够调用有限数目的预先定义的响应(例如计算机游戏内的可能动画列表的其中 之一)。换句话说，在已知的基于PC的方法中，用户必须通过预先定义的动画来变得放松。 另一方面，本发明的实施例允许用户通过实时地操纵该用户看到、听到、触摸到或者闻到的 刺激来放松。通过允许用户使用任何媒体内容而不是把所述输出刺激的数值限制到预先定 义的响应集合，所述放松过程每次的表现可以不同。这样可以防止所述放松过程像已知的 基于PC的方法那样变成乏味的重复活动。
当今在大多数(如果不是全部的话)起居室内都有电视，而PC则更常位于书房 内。在许多情况下，人们喜欢在彼此的陪伴下观看由DVD或广播提供的电影。同样有吸引 力的做法是通过使用电视提供(例如共同的)音频/视觉输出刺激以引导放松活动来彼此 一起放松，其中所述共同的输出刺激还显示出共同的放松进展。在所述处理器单元和所述输出装置中进行的处理的性质和数量在各实施例之间 可以不同。举例来说，所述处理器单元可以进行全部所需的数据处理以及对所述输出刺激 的修改，以便提供简单地由所述输出装置(其于是可以是传统的输出装置)输出的信号。或 者，所述处理器单元可以简单地把来自传感器的信号中继到所述输出装置，随后所述输出 装置处理所接收到的信号并且相应地操纵所述输出刺激。应当注意到，上面提到的实施例是对本发明进行说明而非限制本发明，本领域技 术人员将能够在不背离如所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下设计许多替换实 施例。举例来说，可以按照许多方式来采集所述心率信号，比如直接附着到 个人皮肤上 或者处于个人的衣服、座椅或扶手中的电极。还可以使用耳夹或手指传感器来采集所述心
脏信号。此外，可以通过检测其他生物统计信号或数据来获得用于确定对象的心理生理状 态的心理生理测量。举例来说，可以通过测量瞳孔放大和/或皮肤电反应来获得信息。这可 以提供关于对象的情绪状态(即心情)的信息。从视频帧分析获得的面部表情解释可以产 生关于情绪反应的效价(valence)(即正面或负面)的信息。Paul Ekman的方法就适用于 此(参见 Paul Ekman、Richard J. Davidson 的“The Natureof Emotions (情绪的性质)，，)。个人的不安是与所感知的情绪的强度相关联的另一个参数。因此，运动或姿势分 析可以提供附加的信息。本发明的实施例可以使用实时视频处理来鼓励用户达到放松状态，这例如可以通 过劝说所述用户缓慢并且规则地呼吸来实现。举例来说，所述放松活动可以叠加在电视的 正常操作模式之上例如电视图像的亮度或颜色可以循环地改变，或者围绕所述电视的外 罩的环境照明设置可以(独立于所显示的图像内容)循环地改变强度而所述电视图像则不失真。另外的实施例可以指示用户的放松状态(从而为所述用户给出关于其有多么放 松的反馈)。举例来说，可以根据用户的放松状态实时地修改电视上的完整图像，从而当该 用户变得更加放松时显示更富色彩的图像。当然，不需要修改视频输出。相反，可以根据用户的放松状态实时地修改环境照明 信号或音频输出信号。在一个优选实施例中，所述系统的一部分(所述屏幕的一半或者所述环境光强度 级或颜色等等)向用户提供刺激，而所述系统的另一部分则提供根据该用户的放松状态实 时地修改的刺激。于是，所述用户例如可以尝试通过变得更加放松而使得所述经过修改的 实例接近原始刺激。从上面描述的各实施例可以理解，被提供给用户的所述输出刺激可以具有任何适 当的形式，以便例如通过指示该用户何时应当呼吸来影响该用户的心理生理状态。下面将 纯粹通过举例的方式提供一个刺激处理选项列表。
颜色和假色
可以通过改变输出图像的“色深”来操纵所述图像。举例来说，可以通过组合或者 忽略一部分图像颜色数据把所述图像从彩色改变成单色。用户可以通过提高由(多个)生 理传感器测得的其所测得的放松程度来恢复所述彩色内容。换句话说，用户可以收到针对 变得更加放松的奖励(在本例中是更富色彩的图像)。在其他实例中，输出显示装置可以使 得视频图像的颜色比真实生活更加鲜亮，于是用户收到针对变得放松的“致幻”图像奖励。亮度和对比度可以通过改变输出图像的最大亮度和/或其对比度(最大与最小亮度级之间的比 值)来操纵所述图像，这例如可以通过实时地改变一部分视频数据而实现。用户可以通过 提高其所测得的放松程度而使得所述图像比原始图像更加“闪亮”(即更亮、更尖锐并且对 比度更高)。音频通道操纵可以通过改变音频通道来操纵输出内容。在一个例子中，可以通过调节音频数据 的音高把所述音频从其自然声频改变到非自然频率。用户可以通过提高其所测得的放松 程度来恢复所述自然内容。换句话说，用户收到针对变得更加放松的奖励(更加自然的声 音)。或者，用户可能觉得倾听失真的声轨很有趣，在这种情况下可以把失真的声音提供作 为针对其放松的“奖励”。在其他实例中，电视可以(通过人为改变音频信号的相位)引入 “环绕声”效果，以便给出远为“饱满”的声音。3D深度效果在多媒体设备的用户当中，引入3D效果是非常合乎期望的特征。其结果是许多制 造商都在生产3D显示系统。已经提出了其中为电视显示器提供双凸透镜(其把2个或更 多图像导向观看者的左眼和右眼)或者为之提供眼镜(其防止两个立体图像的其中之一到 达观看者的其中一只眼睛)的系统。出于放松的目的，可能优选的是使用所述双凸透镜方 法(这是因为用户可能认为眼镜有些烦扰并且可能会干扰所期望的放松效果)。在这种实 施例中，可以通过改变所显示的图像的“3D深度”来操纵所述图像，所谓3D深度即观看者感 知到的图像显现出的与屏幕的距离。举例来说，通过实时地操纵被导向用户的左、右眼的视 频数据，可以把所述图像从标准2D改变到其深度被限制到“全3D”的3D。用户可以通过提 高由(多个)生理传感器测得的其所测得的放松程度来增强所述3D感知。形状/高宽比可以通过改变输出图像的宽度和/或高度来操纵所述图像，如为了在传统的宽屏 幕电视上显示普通视频内容所常常做的那样。在一个例子中，可以通过实时地操纵视频数 据把所显示的图像从第一形状/尺寸改变到失真度较低的第二形状/尺寸。用户可以通过 提高其所测得的放松程度来改变所显示图像的形状/尺寸。图像失真图像失真有些类似于调节高宽比，但是其不同之处在于，不仅仅通过改变其宽度 和高度而令图像失真(也就是说还有一些非线性失真)。这种失真的例子可以包括放大所 述图像的一部分、添加偏斜失真或者画面上的“波纹”失真。另一个例子可以是以所述图像 处于长隧道末端的感觉开始，并且随着用户放松所述图像变得“更近”。环境光和工效光
“环境光”(提供在电视框架内的光以便修改所述电视周围或附近的环境照明条 件)和“工效光(ergolight)”(一种类似的概念，但是其在所述电视框架的观看者一侧提 供多色照明)已经被提出并且被提供在某些传统电视的外罩内。这种环境照明装置被设计 成响应于电视的音频和/或视频数据(例如AV信号)发生改变，从而增强观看条件或者观 看者体验。各实施例可以采用这种环境照明装置来提供视觉刺激，所述视觉刺激响应于所 确定的用户的心理生理状态而被修改。这样不仅可以把所述环境照明装置用来开始所述放 松过程，而且还可以用来通过变得额外明亮或多彩而奖励用户变得放松。时间、速度 可以改变视频素材的播放速度。例如可以把重放速度与用户的状态放松相关联。 当由于实时约束(即视频内容的现场广播)而不可能提高速度时，可以把所述效果适配成 降低播放速度，并且在用户变得更加放松时朝向正确速度提高视频重放的速度。涂抹、延迟、时间扩散可以通过对图像进行时间平均而获得模糊效果。在各帧之间静止的视频图像部分 将不受影响，从而保持尖锐。但是移动的图像部分将看起来模糊。可以通过调节被用于对 所述图像进行平均的时间段来控制模糊的数量。模糊的数量可以与放松程度相关联。仅在边缘/PiP/分屏用户可能优选看到所显示图像的至少一大部分不经改变。因此，可能优选的是仅 在所显示图像/视频的边缘处应用上面提到的若干选项。另一种选项是例如在分屏模式下 处理所述图像的仅仅一部分。这样用户就可以附加地获得关于与所期望的最终状态的距离 的反馈。匹配音频/视频效果视觉效果可以伴随有类似的音频效果。举例来说，对于所述“隧道”效果可以对音 频进行处理，从而使其最初听起来很远，但是一旦用户变得更加放松之后听起来变得更近。 对于速度变化可以相应地改变音频的音高。
权利要求
用于修改对象(150)的心理生理状态的设备，其包括 传感器装置(165)，其被适配成检测所述对象的心理生理度量； 处理器单元(170)，其被适配成对所检测到的生理度量进行处理，以便提供表示所述对象的心理生理状态的信号；以及 输出单元，其被适配成向所述对象输出音频刺激、视觉刺激、触觉刺激、温度刺激和气味刺激的至少其中之一，所述输出刺激(176，177)是从被提供到所述设备的音频 视觉数据信号导出的，其特征在于，所述输出单元还被适配成实时地操纵所述输出刺激的当前数值，以便基于表示所述对象的心理生理状态的所述信号和所述输出刺激的当前数值导出所述输出刺激的新数值。
2.根据权利要求1的设备，其中，所述输出单元包括电视(160)。
3.根据权利要求2的设备，其中，所述电视(160)包括环境照明装置，其被合并到所述 电视的外罩内以用于修改所述电视的环境照明条件，其中所述环境照明装置被适配成输出 所述视觉刺激(176)。
4.根据权利要求1、2或3的设备，其中，所述输出单元还包括被适配成输出所述触觉刺 激(177)的动机源(164)，所述动机源被包括在遥控器(155)内。
5.根据任一项在前权利要求的设备，其中，所述输出刺激(176)被设置成提供表示所 述对象(150)应当执行预定身体活动的时间的信号。
6.根据权利要求5的设备，其中，所述预定活动包括吸气和呼气的至少其中之一。
7.根据任一项在前权利要求的设备，其中，所述传感器装置(165)被适配成检测所述 对象(150)的心搏信号(Si)，并且所述处理器单元(170)被适配成确定所检测到的心搏信 号的规则性以便确定所述对象的心理生理状态。
8.根据权利要求7的设备，其中，所述处理器单元(170)还被适配成对所检测到的心搏 信号进行倒谱处理，并且提供表示对应于所述对象的心率的倒谱峰值(207)的信号。
9.根据权利要求1-3当中的任一项的设备，所述设备还包括另一个传感器装置(166)，其被适配成检测另一个对象(151)的另一个心理生理度量；以及-另一个处理器单元(171)，其被适配成对所述另一个所检测到的生理度量进行处理， 以便提供表示所述另一个对象的另一个心理生理状态的另一个信号；并且其中，-所述输出单元还被适配成向所述另一个对象输出另一个音频刺激、另一个视觉刺激、 另一个触觉刺激、另一个温度刺激和另一个气味刺激的至少其中之一，所述另一个输出刺 激是从被提供到所述设备的音频-视觉数据信号导出的，所述输出单元还被适配成实时地 操纵所述另一个输出刺激的当前数值，以便基于表示所述另一个对象的另一个心理生理状 态的所述另一个信号和所述另一个输出刺激的当前数值导出所述输出刺激的新数值。
10.根据权利要求9的设备，其中，所述另一个输出刺激和所述输出刺激向所述对象 (150)和所述另一个对象(151)提供共同的输出刺激(176，177)，所述输出单元还被适配成 基于表示所述对象的心理生理状态的所述信号和表示所述另一个对象的另一个心理生理 状态的所述另一个信号来实时地调节所述共同的输出刺激。
11.根据权利要求10的设备，其中，所述传感器装置(165)被适配成检测所述对象的心搏信号(Si)，所述另一个传感器装置(166)被适配成检测所述另一个对象(151)的另一个 心搏信号(S2)，并且其中所述处理器单元(170)被适配成确定所检测到的心搏信号的规则 性，所述另一个处理器单元(171)被适配成确定所检测到的另一个心搏信号的另一个规则 性，所述共同的输出刺激(176，177)取决于所述规则性与所述另一个规则性之间的差异。
12.一种用于修改对象的心理生理状态的方法，其包括以下步骤-检测所述对象(150)的心理生理度量；_对所检测到的生理度量进行处理，以便提供表示所述对象的心理生理状态的信号；以及-向所述对象输出音频刺激、视觉刺激、触觉刺激、温度刺激和气味刺激的至少其中之 一，所述输出刺激(176，177)是从所提供的音频-视觉数据信号导出的；其特征在于还包括以下步骤-实时地操纵所述输出刺激的当前数值，以便基于表示所述对象的心理生理状态的所 述信号和所述输出刺激的当前数值导出所述输出刺激的新数值。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述输出刺激(176，177)被设置成提供表示所述对 象应当执行预定身体活动的时间的信号。
14.根据权利要求12或13的方法，其中，所述检测步骤包括检测所述对象(150)的心 搏信号(Si)，所述处理步骤包括确定所检测到的心搏信号的规则性以便确定所述对象的心 理生理状态。
15.根据权利要求14的方法，其中，所述处理步骤还包括对所检测到的心搏信号进行 倒谱处理。
16.根据权利要求12的方法，其还包括以下步骤-检测另一个对象(151)的另一个心理生理度量；-对所检测到的另一个生理度量进行处理，以便提供表示所述另一个对象的另一个心 理生理状态的另一个信号；-向所述另一个对象输出另一个音频刺激、另一个视觉刺激、另一个触觉刺激、另一个 温度刺激和另一个气味刺激的至少其中之一，所述另一个输出刺激是从所提供的音频-视 觉数据信号导出的；以及-实时地操纵所述另一个输出刺激的当前数值，以便基于表示所述另一个对象的另一 个心理生理状态的所述另一个信号和所述另一个输出刺激的当前数值导出所述输出刺激 的新数值。
17.根据权利要求16的方法，其中，所述输出刺激和所述另一个输出刺激向所述对象 (150)和所述另一个对象(151)提供共同的输出刺激(176，177)；所述检测步骤包括检测所 述对象的心搏信号(Si)和所述另一个对象的另一个心搏信号(S2)；所述处理步骤包括确 定所检测到的心搏信号的规则性和所检测到的另一个心搏信号的另一个规则性；并且所述 调节步骤包括根据所述规则性与所述另一个规则性之间的差异来调节所述共同的输出刺 激(176，177)。
18.—种包括计算机程序代码装置的计算机程序，当所述程序运行在计算机上时，所述 计算机程序代码装置被适配成执行权利要求12到17当中的任一项的所有步骤。
19.如权利要求18所述的计算机程序，其被具体实现在计算机可读介质上。
20. 一种被包括在如权利要求4所限定的设备中的遥控器(155)，所述遥控器还包括 所述传感器装置(165，166)、所述处理器单元(170，171)以及被设置成用于提供通信链接 (175)的通信装置。
全文摘要
本发明提出用于修改对象(150)的心理生理状态的设备和方法。所述方法包括以下步骤检测所述对象的心理生理度量；对所检测到的生理度量进行处理，以便提供表示所述对象的心理生理状态的信号；向所述对象输出音频刺激、视觉刺激、触觉刺激、温度刺激和气味刺激(176，177)的至少其中之一，所述输出刺激是从被提供到所述设备的音频-视觉数据信号导出的；以及基于表示所述对象的心理生理状态的所述信号实时地调节所述输出刺激。
文档编号A61B5/16GK101969841SQ200980108931
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月14日
发明者M·T·约翰逊, R·M·阿尔茨, R·布拉斯彭宁 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司