基于脑电反馈的情绪调控系统的制作方法

本发明涉及一种健康管理设备，特别是涉及一种情绪干预和训练设备，应用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：

情绪是瞬息万变的心理与生理现象，反应了机体对不断变化的环境所采取的适应模式，是对客观事物的态度体验和行为反应。随着情绪的发生，个体的生理、心理体验以及外部行为都会产生相应的改变。根据外在刺激对个体内在体验、生理反应以及行为学表现进行调控的方式就是情绪调控。情绪调控能力是人类适应环境的一种重要的认知功能，良好的情绪调控能力是一个人心理健康的重要标志。如果情绪调控能力出现问题，则容易引发抑郁症、焦虑症等精神疾病。因此，情绪调控的干预和能力的训练显得尤为重要。

目前的干预/训练主要基于行为学的方法，可通过心理健康教育，对其情绪和人际方面进行干预。研究发现，情绪调控过程会激发前额叶皮层的活动，降低杏仁核活动，情绪调节和控制过程是可观测、可干预的。随着生物反馈技术的发展，针对情绪调控的训练成为可能。近两年已经有研究利用实时的功能磁共振成像fMRI反馈技术进行情绪调控的训练，被试通过直观的观测到自身的大脑活动情况，来完成调控过程，有效证实了系统的可行性。但是，基于fMRI的反馈实验代价高；同时作为一个动态过程，情绪调控的时变特性是毫秒级的，采用fMRI进行的反馈系统，实时性不高，影响了调控效率。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于脑电反馈的情绪调控系统，系统利用头皮脑电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，从而提高反馈的效率、降低了系统的成本。本发明情绪调控系统使用户能便捷地对调控情绪，最终达到能力训练的目的，是一种新型的情绪调控系统。

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。系统首先通过检测负性情绪图片呈现过程中脑电波的相对功率变化情况，来判定被试的情绪调控过程，并将该时刻的相对功率值作为反馈的指标对图片进行加噪处理，完成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：

一种基于脑电反馈的情绪调控系统，包括信息采集模块、信号处理控制模块、反馈模块、人机界面模块、评价模块和数据管理模块，系统包括管理员与受试者两类用户，他们具有不同的权限，人机界面模块包含通信参数设置功能、利用图片、声音或视频的情绪刺激显示功能和脑电活动特性显示功能，通信参数设置功能实现信息采集模块与服务器之间的连接参数的设置，仅允许管理员进行操作，脑电活动特性显示功能显示受试者的大脑活动的特征，利用图片、声音或视频的情绪刺激呈现给受试者，作为受试者的认知目标，对于脑电活动特性显示功模块，根据信号处理控制模块计算得到脑电特征，将其以柱形图和脑电地形图的方式展现出来，此功能仅限管理员使用，信息采集模块采用服务器-客户端的通信方式，以脑电信号采集系统作为服务器，以PC机作为客户端，来读取脑电信号数据，脑电信号采集系统通过人机界面模块的通信参数设置控制信号连接，来启动实时采集脑电信号，信号处理控制模块接收信息采集模块的输出数据并进行预处理，计算脑电波的特征，以设定反馈阈值和情绪调控的指标，并输出到数据管理模块，通过比较情绪调控指标与阈值来决定控制反馈模块；反馈模块接收到信号处理控制模块的加噪指令后，采用对人机界面模块显示的情绪刺激进行加噪的方式，将加过噪声的情绪刺激反馈输出给人机界面，使受试者接受反馈模块输出的信息，实现情绪调控训练，反馈模块接收到信号处理控制模块的停止加噪指令后，则停止加噪；受试者通过评价模块对情绪调控前后的情绪刺激进行效价评价和唤醒度评价，评价结果输出到数据管理模块；数据管理模块负责程序运行中数据的记录、保存和输出，包括记录信号处理控制模块生成的反馈信号、情绪刺激呈现时刻、情绪刺激加噪时刻以及情绪刺激停止加噪时刻数据的记录和保存，管理人员能将保存后的数据打印输出。

作为优选的技术方案，上述人机界面模块的利用图片、声音或视频的情绪刺激显示功能显示输出的情绪刺激为情绪刺激图片。

作为上述方案进一步优选的技术方案，信号处理控制模块首先根据受试者受刺激前的脑电特征来确定其脑电特征的初始阈值，然后在进行情绪调控时将受试者受刺激时情绪调控的脑电特征数据与脑电特征的初始阈值进行比较，以确定是否控制反馈模块进行后续的反馈。

作为上述方案进一步优选的技术方案，在信号处理控制模块中，若脑电特征值高于初始阈值的30％，则向反馈模块发送加噪指令，若低于初始阈值的90％，则向反馈模块发送停止加噪指令。

作为上述方案进一步优选的技术方案，在反馈模块中，当接收到信号处理控制模块的加噪指令后，则对图片进行加噪，使受试者接受反馈模块输出的信息，实现情绪调控训练，当接收到停止加噪指令后，则停止加噪，反馈结束。反馈模块通过加噪的方式对受试者进行信息反馈，使其感知当前的情绪调控状态，当接收到信号处理控制模块的停止加噪指令时，则停止对情绪加噪，告知受试者情绪调控过程结束。

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.本发明基于脑电反馈的情绪调控系统，具有成本低、时间分辨率高的特点；

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，是一种新型的情绪调控系统；

3.本发明采用对刺激进行加噪的方式显示反馈信息，保持受试者注意力的集中，最大程度地减少了刺激之外的干扰；

4.本发明涉及情绪调控、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；

5.大脑具有可塑性，脑电可以反映大活动的瞬态变化，本发明通过生物反馈技术进行大脑的情绪调节能力的训练，可以实现提高受试者情绪调控能力的目的，使用本脑电生物反馈系统，可以有效提高人们调节负性情绪的能力。

附图说明

图1为本发明优选实施例基于脑电反馈的情绪调控系统的结构示意图。

图2为本发明优选实施例的初始评价流程图。

图3为本发明优选实施例的情绪调控反馈的操作流程图。

图4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详述如下：

在本实施例中，参见图1～4，一种基于脑电反馈的情绪调控系统，其特征在于：包括信息采集模块1、信号处理控制模块2、反馈模块3、人机界面模块4、评价模块5和数据管理模块6，系统包括管理员与受试者两类用户，他们具有不同的权限。人机界面模块4包含通信连接参数设置功能、利用图片、声音或视频的情绪刺激显示功能和脑电活动特性显示功能，通信参数设置功能实现信息采集模块与服务器之间的连接参数的设置，仅允许管理员进行操作，利用图片、声音或视频的情绪刺激显示功能将情绪刺激呈现给受试者，作为受试者的认知目标，对于脑电活动特性显示功能模块，根据信号处理控制模块2计算得到脑电特征，将其以柱形图和脑电地形图的方式展现出来，此功能仅限管理员使用。信息采集模块1采用服务器-客户端的通信方式，以脑电信号采集系统作为服务器，以PC机作为客户端，来读取脑电信号数据，脑电信号采集系统通过人机界面模块4的通信参数设置控制信号连接，来启动实时采集脑电信号，信号处理控制模块2接收信息采集模块1输出的数据并进行预处理，通过计算脑电波的特征，以设定反馈阈值和情绪调控的指标，并输出到数据管理模块6，反馈模块3接收到信号处理控制模块2的加噪指令后，采用对人机界面模块4的情绪刺激进行加噪的方式，将加过噪声的情绪刺激反馈输出给人机界面4，使被试者接收反馈模块3输出的信息，实现情绪调控训练，反馈模块接收到信号处理控制模块的停止加噪指令后，则停止加噪，受试者通过评价模块5对情绪调控前后的情绪刺激进行效价评价和唤醒度评价，评价结果输出到数据管理模块6，数据管理模块6负责程序运行中数据的记录、保存和输出，包括记录信号处理控制模块2生成的反馈信号、情绪刺激呈现时刻、情绪刺激加噪时刻以及情绪刺激停止加噪时刻数据的记录和保存，管理人员能将保存后的数据打印输出。

在本实施例中，参见图1～4，人机界面模块4的利用图片、声音或视频的情绪刺激显示功能显示输出的情绪刺激为情绪刺激图片。图片来自中科院心理健康重点实验室编制的中国情绪图片系统。

在本实施例中，参见图1～4，信号处理控制模块2首先根据被试者受刺激前的脑电特征来确定其脑电特征的初始阈值，然后在进行情绪调控时将被试者受刺激时的脑电特征数据与脑电特征的初始阈值进行比较，以确定是否控制反馈模块3进行后续的反馈。在信号处理控制模块2中，若脑电特征值高于初始阈值的30％，则向反馈模块3发送加噪指令，若低于初始阈值的90％，则向反馈模块3发送停止加噪指令。

在本实施例中，参见图1～4，在反馈模块3中，当接收到信号处理控制模块2的加噪指令后，则对图片进行加噪，使受试者接受反馈模块输出的信息，实现情绪调控训练，当接收到停止加噪指令后，则停止加噪，反馈结束。

在本实施例中，参见图1～4，进入正式调控之前，使用者先对所有刺激图片进行“效价评价”和“唤醒度评价”，分为5个等级，评分为1-5，系统记录每项评价得分，如图2。完成所有图片的评价后，使用者进入情绪调控部分，单个图片的调控流程参见图3，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。接着屏幕会显示负性图片，使用者对该图片进行认知重评，以降低其带来的情绪反应。此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，则显示加过噪声的负性图片。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。

整个系统的主要结构如图1所示，具体的反馈步骤如图4：

反馈模块的具体实施如下：

步骤0：先由信号处理控制模块计算得出当前时刻的theta相对功率Eθ，以及使用者处于静息状态下基线的theta相对功率Ebase；

步骤1：将两者大小进行比较，以决定是否进行反馈操作。若Eθ与Ebase的差高于Ebase的30％T1，转向步骤2；否则转向步骤3；

步骤2：对图片进行加噪；

步骤3：显示当前图片；

步骤4：再次由信号处理控制模块计算当前时刻的Eθ；

步骤5：比较Eθ与Ebase，Eθ与Ebase若的差不小于Ebase的10％T2，则返回步骤1；若Eθ与Ebase的差小于Ebase的10％，进入步骤6；

步骤6：要求被试对该图片的唤醒度和效价进行评价。

在本实施例中，参见图1，整个系统包括信息采集模块1、信号处理控制模块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，如悲伤，恐惧等；通过评价模块5对刺激图片进行效价和唤醒度的评价。系统通过信息采集模块1采集使用者实时的EEG信号，再通过信号处理控制模块2对EEG信号进行预处理，同时计算指定频带的功率，作为情绪调控的指标。在反馈模块3中，对信号处理控制模块2中计算的出的指标进行监控，当其超过一定阈值之后，系统判定使用者进行情绪调控，并将结果反馈给使用者，反馈的方式是对负性图片进行加噪，使其减弱对使用者的刺激。各模块设计与功能详情如下：

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。

信号处理控制模块2：主要负责对客户端接收到的数据进行处理，以提取反馈指标。具体包括信号的预处理和指定频带功率的计算，然后将提取的参数作为基线的阈值或者反馈阶段的实时数据对反馈模块进行驱动。

反馈模块3：根据信号处理控制模块得到的实时数据和设定的反馈阈值，将结果反馈给被试。在本系统中，反馈的方式是根据反馈阈值对刺激图片进行加噪处理。

人机界面模块4：包含通信参数、按钮，刺激图片显示以及脑电频谱显示。

评价模块5：包含调控前和调控后对刺激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。

数据管理模块6：负责程序运行中数据的记录、保存和输出，这里包括反馈指标、图片呈现时刻，图片加噪时刻以及图片停止加噪时刻等数据的保存，管理人员可将保存后的数据打印输出。

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，本实施例通过生物反馈方法进行大脑的情绪调节能力的训练，能实现提高受试者情绪调控能力的目的，使用本实施例脑电生物反馈系统，可以有效提高人们调节负性情绪的能力。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明基于脑电反馈的情绪调控系统的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。