一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法

本发明涉及信号处理，具体涉及一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法。

背景技术：

1、大脑运动控制机能是指大脑控制肌肉运动的能力，在日常生活中，大脑控制我们进行各种肌肉运动，如步行、跑步、跳跃、抓取、扔掷等。在体育运动和健身中，大脑运动控制机能扮演着关键的角色。

2、近年来，随着神经科学技术的不断发展，测量大脑运动控制功能的手段和方法也越来越多，常见的有：功能磁共振成像(fmri)，但这个方式价格昂贵，设备复杂，需要专业的技术人员进行操作和分析；电生理学，包括脑电图(eeg)、脑磁图(meg)和单元记录等技术，可以通过测量神经电信号来揭示大脑神经活动的时空特征，但也是花费较高，且环境噪音和受试者的运动等干扰对数据的影响较大；动作评估量表，需要受试者有一定的专业水平，且评分过程依赖于评分者的主观判断和个人经验。

3、节奏感是人类对有规律的重复模式的感知和预测能力，研究表明，大脑中的节奏感区域和运动控制区域有着紧密的联系。此外，研究还发现，具有良好节奏感的人通常具有更好的动作控制能力。

4、因此，基于节奏感，探究一种简单方便，且能客观测评和量化大脑运动控制能力的方法具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法。

2、本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

3、一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

4、s1、通过显示器或扬声器输出题目，给出节奏的时间信息和强弱信息；

5、s2、通过按键或者摄像头获取用户的响应时刻和响应强弱；

6、s3、根据节奏的时间信息和用户的响应时刻计算时间准确度，根据节奏的强弱信息和用户的响应强弱计算强弱准确度；

7、s4、根据大数定理分别得出时间准确度和强弱准确度得分，通过信息融合，得出大脑运动控制脑机能的测量结果。

8、进一步地，所述节奏的时间信息是每个符号的待响应时间，符号为动作或者音符；所述节奏的强弱信息是指完成每个符号所需要的力度或速度的强弱信息。每个符号的待响应时间在显示器上表现为竖直进度线滚动到每个符号图片的左边界的时刻，在扬声器上表现为声音播报的时刻。每个符号所需要的力度或速度的强弱信息在显示器上表现为每个符号上有对应的文字提示，在扬声器上表现为语音提示。

9、进一步地，所述步骤s1过程如下：

10、s101、按照节奏的难度呈递增趋势设置多轮题目；此步骤中，根据题目中每个符号的待响应时间之间时间差长短和所需要的力度或速度的种类数量，标定题目的难度。此难度递增的设定，施加适度的压力，更好地激发被试者的潜能，检测到被试者能够负荷的大脑运动控制能力的边界；

11、s102、根据题目的轮次，在出题集合中找到对应的待响应节奏的时间信息以及和强弱信息；

12、s103、每轮题目以动画的形式在显示器上显示，或者以音频的形式通过扬声器播放。

13、进一步地，所述步骤s3过程如下：

14、s301、对记录的用户的响应时刻序列和响应强弱序列，与出题节奏的时间信息和强弱信息进行对齐。用户在完成一轮题目的过程中，可能会出现响应的次数与题目的符号数不相同，此时需要对齐，保证响应时刻序列和响应强弱序列能够分别与题目中节奏的时间信息和强弱信息构成对应关系。此步骤计算机实现自动对齐，不需要人为主观判断；

15、s302、将对齐后的响应时刻序列与出题节奏的时间信息逐个作差，得到每个符号的时间准确度。此步骤计算机实现自动计算，不需要人为计算；

16、s303、将对齐后的响应强弱序列与出题节奏的强弱信息逐个比较，得到强弱准确度。此步骤计算机实现自动比较进行计算，不需要人为计算。

17、进一步地，所述步骤s4过程如下：

18、s401、对时间准确度和强弱准确度进行跟踪测量，根据大数定理设定评分量化标准，得到时间准确度得分和强弱准确度得分；

19、s402、根据实验结果，设定时间准确度和强弱准确度在大脑运动控制机能中所占的权值，对时间准确度得分和强弱准确度得分进行加权融合，得出大脑运动控制机能得分，其中大脑运动控制能力得分计算公式如下：

20、sbrain＝λ·stime+μ·sstrength

21、其中，sbrain表示计算所得的大脑运动控制能力得分，stime表示时间准确度得分，sstrength表示强弱准确度得分，λ和μ分别表示时间准确度和强弱准确度在大脑运动控制能力中所占的权值，根据实验数据进行初步设定。根据认知心理学中反应时间和准确性的关系受到速度准确率权衡的影响，被试者可能会为了提高反应速度而降低准确性，也可能为了提高准确性而延长反应时间。所以对时间准确度和强弱准确度进行综合评判，实现对大脑运动控制能力的量化评分。

22、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

23、1)本发明通过采集用户的响应时刻序列和响应强弱序列，与题目输出的节奏进行对比，分别得到时间准确度和强弱准确度，根据认知心理学中反应时间和准确性的关系受到速度准确率权衡的影响，对时间准确度和强弱准确度进行综合评判，即进行加权融合，得出大脑运动控制能力的得分，不需要评测者的主观判断，解决了动作评估量表偏主观的问题。

24、2)本发明只需要通过显示器或扬声器输出节奏的时间信息和强弱信息的节奏，再用按键或者摄像头采集用户的响应时刻和响应强弱，需要的仪器简单，且评分过程全程由计算机自动计算得出，不需人工参与，可居家自助完成和日常使用，解决了使用功能磁共振成像(fmri)，脑电图(eeg)、脑磁图(meg)等方式需要专业仪器和专业的技术人员，难以日常测试的问题。

25、3)本发明只需要通过显示器或扬声器输出节奏的时间信息和强弱信息的节奏，再用按键或者摄像头采集用户的响应时刻和响应强弱，可以应用在电子钢琴、跳舞机等设备上，拥有很好的拓展性和趣味性，解决了现有评测方法缺乏拓展性和趣味性的问题，为预防老年痴呆等提供了趣味性强的科技应对手段，有较强的实用意义。

技术特征：

1.一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，其特征在于，所述节奏的时间信息是每个符号的待响应时间，符号为动作或者音符；所述节奏的强弱信息是指完成每个符号所需要的力度或速度的强弱信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，其特征在于，所述步骤s1过程如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，其特征在于，所述步骤s3过程如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，其特征在于，所述步骤s4过程如下：

技术总结
本发明公开了一种基于节奏感的大脑运动控制能力的客观测量方法，通过测量用户对指定节奏的响应时刻和响应强弱参数，计算出时间准确度的得分和强弱准确度的得分，进行信息融合，从而评估出大脑对肢体的控制能力。步骤如下：通过显示器或扬声器，输出节奏的时间信息和强弱信息，用户根据给出的时间信息和强弱信息做出响应，通过按键或摄像头获取用户的响应时刻和响应强弱信息，两相比较计算出时间准确度和强弱准确度，通过大数定理分别得出时间准确度和强弱准确度的得分，再通过信息融合，最终得出大脑运动控制能力得分。本发明能为大脑运动控制能力的测量提供一种客观简易、趣味性强、拓展性强、可自助完成的方法。

技术研发人员：王一歌,曹恩丰,韦岗,曹燕
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14