一种自主学习智能调节头套的制作方法

本实用新型涉及一种自主学习智能调节头套，特别是涉及一种根据人体前额叶大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度信号来控制骨传导耳机模块发出不同声音以缓解人体大脑疲劳或亢奋的自主学习智能调节头套。

背景技术：

在学习过程中，学习者容易由于学习状态影响学习效率，例如学习者处于疲惫的情况下，学习者容易身心疲惫，注意力不集中导致学习效率低，而当学习者处于亢奋的状态下，又容易烦躁不安，遇到学习难题很难冷静思考，这两种情况都影响学习效率。

研究表明不同频率的声音信号对人的大脑产生刺激后，可以促进脑部细胞和周围其他的神经细胞的血流速度，对身体的自动调节有很好的激励作用，例如白噪声可以缓解疲劳，粉红噪声可以缓解亢奋。因此，合理利用不同频率的声音信号来调节学习状态以提高学习效率成为了研制学习辅助设备的重要思路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种自主学习智能调节头套。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自主学习智能调节头套，其包括头套本体和安装在头套本体上的近红外采集模块、控制电路、骨传导耳机模块和电源，所述近红外采集模块包括若干红外传感器，所述若干红外传感器分布在所述头套本体内侧以采集人体前额叶大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度信号，所述近红外采集模块连接所述控制电路，所述控制电路根据所述近红外采集模块的信号驱动控制所述骨传导耳机模块发出不同的声音，所述骨传导耳机模块安装在所述头套本体上以通过人体耳骨传递声音，所述电源连接所述近红外采集模块、控制电路和骨传导耳机模块进行供电。

在另一较佳实施例中，所述红外传感器包括红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和所述红外接收器之间形成一定夹角。

在另一较佳实施例中，所述控制电路包括信号处理模块，所述近红外采集模块连接所述信号处理模块。

在另一较佳实施例中，所述控制电路包括噪声发生模块，所述噪声发生模块驱动连接所述骨传导耳机模块进行发声。

在另一较佳实施例中，所述电源包括用以控制所述电源启停的电源开关和用以对所述电源进行充电的充电接口，所述电源开关和所述充电接口分别设置在所述头套本体上。

在另一较佳实施例中，所述充电接口是USB接口，所述USB接口用以充电或数据传输。

在另一较佳实施例中，所述头套本体为弹性开环状，所述骨传导耳机模块包括两个耳机单元，两个耳机单元分别位于所述开环头套本体的两个端点。

在另一较佳实施例中，所述两个端点通过伸缩结构设置在所述头套本体上。

本实用新型的有益效果是：

1、通过近红外采集模块采集人体前额叶大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度信号，控制电路根据该信号控制骨传导耳机模块发出不同声音以缓解人体大脑疲劳或亢奋，实现调节学习状态的目的，骨传导耳机模块不必贴在耳朵孔或塞在耳朵孔内，可以增强舒适度，并且骨传导省去了声波传递的步骤，能在嘈杂的环境中实现清晰的声音还原，同时避免声波因为在空气中扩散而影响到他人。

2、采用信号处理模块对近红外采集模块所采集的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度信号进行数据分析，进一步促进控制电路控制骨传导耳机模块发声的准确性。

3、采用噪声发生模块驱动骨传导耳机模块精准发声。

4、设置充电接口方便快速充电。

5、充电接口采用USB接口方便充电和数据传输。

6、耳机分别位于头套本体的两个端点，穿戴和调节方便，适合不同人群的使用。以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种自主学习智能调节头套不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的系统框图；

图2是本实用新型一较佳实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一较佳实施例的主视图；

图4是本实用新型一较佳实施例的左视图；

图5是本实用新型一较佳实施例的右视图。

图6是近红外测量原理示意图。

具体实施方式

实施例，参见图1至图5所示，本实用新型的一种自主学习智能调节头套，其包括头套本体100和安装在头套本体100上的近红外采集模块200、控制电路300、骨传导耳机模块400和电源500，所述近红外采集模块200包括若干红外传感器210。所述若干红外传感器210分布在所述头套本体100内侧以采集人体前额叶大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度，所述控制电路300包括信号处理模块310和噪声发生模块320，所述近红外采集模块200连接所述信号处理模块310，所述近红外采集模块200将采集的信号传输给信号处理模块310进行数据分析，根据分析结果，所述噪声发生模块320驱动连接所述骨传导耳机模块400进行发声，所述骨传导耳机模块400安装在所述头套本体100对应人体耳骨的位置以通过耳骨传递声音，所述电源500连接所述近红外采集模块200、控制电路300和骨传导耳机模块400以进行供电，所述电源500包括用以控制所述电源500启停的电源开关510和用以对所述电源500进行充电的USB接口520，所述电源开关510和所述USB接口520分别设置在所述头套本体100的底部的两侧。

本实施例是利用近红外光学成像技术动态检测脑功能的方法，测量在脑活动时氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶等的变化；近红外脑功能成像机制主要运用的是神经血管耦合机制，根据神经活动和脑组织血管耦合的概念，大脑的血流供应会随着功能活动的变化而响应；大脑的活动通常情况下，其局部脑血流的供应和局部氧代谢率处于一种平稳状态，使得氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白的浓度能够基本保持不变；但当其处于激活状态时，氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度发生相应的改变；可以用氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白的浓度变化间接地反映神经活动的强弱，判断学习者的学习状态。

具体的，参见图6所示，本实用新型所采用的近红外采集原理如下：以活体组织中各主要色团如：氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶吸收光谱为基础，结合光在组织中的传播规律，利用近红外光对组织良好的穿透能力，研究光在组织中历经一系列吸收、散射后出射光携带的与吸收谱相关的组织生化信息；每个测量通道，即所述近红外传感器210，是由一个红外发射器1和一个红外接收器2放在组织表面3，所述红外发射器1和所述红外接收器2之间形成一定夹角，方实现光的发射得到接收；因其散射的组织特性，根据光源和探测器的间距，所接收到的光通过一个部分深部组织结构，与组织的发色团相互作用；而头皮皮质的近红外光谱测量信号估计来自于一个地区中心之间的源和探测器，并且组织深度不超过源检测器一半的距离；大脑皮层某一区域活动时，其局部血容将增加，增加量反应了激活的程度，因此皮层中血容变化量可作为脑功能活动的指标；基于近红外光谱术的大脑功能监测系统能够实时，非侵入地测量大脑皮层中某个区域的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白的浓度变化；从而可以推算出该区域的血氧和血容的变化量，对大脑皮层的功能活动进行监测。

因此，通过检测到的大脑皮层的功能活动特点可以得到学习者的学习状态。当学习状态疲惫或烦躁时，大脑皮层血液中的氧合血红蛋白浓度明显下降，可以通过白噪声刺激调节：白噪声是一种功率谱密度为常数的随机信号或随机过程，白噪声能有效掩蔽其它外部噪声，感知系统对它最适应——对白噪声的感受是中性的，不包含信息和结构，所以在学习中不会分神，而有助于放松身心缓解疲劳，增强注意力；当学习者脑活动在兴奋状态下，大脑皮层氧合血红蛋白浓度均有明显增加，可以通过粉红噪声刺激调节：粉红噪声主要分布在中低频段，功率谱密度与频率成反比，能量随着频率的升高而不断衰减；根据人体共振学原理，粉红噪音对镇定、降低血压达到一定作用，粉红噪声不但能起到心理声学上的掩蔽作用，还能缓解亢奋。

本实用新型还具有特征如下：

所述头套本体100为弹性开环状，所述骨传导耳机模块400包括两个耳机单元，两个耳机单元分别位于所述开环头套本体100的两个端点。所述两个端点通过伸缩结构设置在所述头套本体上，该特征可以参考现有头戴式可调节耳机。

本实用新型一较佳实施例的使用方法如下：戴上头套本体100，骨传导耳机模块400分别接触人体头部两边的耳骨，打开电源开关510，即打开学习模式，学习活动开始时，近红外信号采集单元会采集前额叶大脑皮层氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白的浓度初始值并保存，然后每隔1分钟采集一次，并与初始浓度进行比较分析，当因学习时间过长或学习强度过大而大脑疲劳时，此时学习者注意力下降，前额叶大脑皮层血液中的氧合血红蛋白含氧量将显著降低，信号处理模块310将处理结果发送给噪声发生模块320驱动骨传导耳机模块400头套自动发出适宜的白噪声，白噪声通过刺激头部的组织细胞产生和谐共振，让大脑放松促进身体的代谢，提高大脑兴奋程度，集中注意力，当大脑皮层血氧浓度逐渐上升恢复到初始含氧浓度水平时，表示大脑兴奋程度逐渐回升，白噪声分贝减弱直至消失，使学习者恢复正常状态。

当因情绪亢奋大脑过于兴奋时，前额叶大脑表皮的血液中氧合血红蛋白浓度显著升高时，近红外探头传感器将采集的信号传输给信号处理模块310，噪声发生模块320驱动骨传导耳机模块400自动发出适宜的粉红噪声，粉红噪声通过刺激头部的组织细胞产生和谐共振，降低大脑活动让学习者平静下来，当大脑皮层血氧浓度下降到初始含氧浓度状态时，表示大脑兴奋程度逐渐下降，粉红噪声相应的减弱，直至消失，使人温和地回归正常状态。

基于便携式近红外光谱仪对大脑皮层的含氧浓度进行检测，测量不同噪声刺激的环境下学习者学习状态，本实验为个体实验，每次接受实验的被试都将进行三组测试，三种环境刺激类型分别是无噪声、白噪声和粉红噪声，每名被试的正式实验的平均时间为每组实验10分钟，根据大脑皮层血液中含氧血红蛋白——oxy-Hb、脱氧血红蛋白——deoxy-Hb的浓度变化和反应时的评测进行分析，实验采用含学习材料的文字图片和不含学习材料的纯图片，实验开始首先出示指导语，然后出示练习场景，保证被试熟知实验程序后进入正式测验，试验数据参见表1。

表1血红蛋白浓度及反应时数据(反应时单位：毫秒)

对表1中血红蛋白浓度的数据分析可知，在白噪声环境刺激下，被试大脑皮层血液中氧合血红蛋白浓度均值最大，粉红噪声刺激环境下被试的大脑皮层血液中氧合血红蛋白浓度均值最小，而无音乐环境下的被试的氧合血红蛋白浓度均值介于两者之间；白噪声和粉红噪声刺激有激活血红蛋白的能力，白噪声环境下的被试大脑检验出显著的正激活，对大脑皮层氧合血红蛋白浓度有明显的提升作用；在粉红噪声环境中的脑部检验出了负激活状，粉红噪声可以帮助降低大脑表皮的血液中氧合血红蛋白浓度值；激活的目的是让学习者回归无噪声的正常学习环境；对表1中反应时图片均值与噪声环境刺激的数据分析可知，无噪声环境下被试反应时均值最小，而粉红噪声刺激环境下被试反应时均值最大，白噪声刺激环境下的被试反应时均值介于两者之间；反应时数值越小，说明被试做出刺激反应所用的时间越少，学习效率越高；利用白噪声和粉红噪声刺激可以调节学习者在疲劳和亢奋状态下的血红蛋白浓度失衡指标，回归正常学习环境，提高学习效率。

因此，当大脑疲劳学习者注意力下降时，前额叶大脑皮层血液中的氧合血红蛋白含氧量将显著降低，可利用白噪声正激活作用刺激脑部细胞，帮助大脑放松提高大脑兴奋程度，提高注意力，当因情绪亢奋大脑过于兴奋时，前额叶大脑表皮的血液中氧合血红蛋白浓度显著升高时，可利用粉红噪声负激活作用，刺激脑部细胞舒缓学习者过于兴奋地状态，让学习者平静下来。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种自主学习智能调节头套，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。