一种基于精确力量控制和触觉反馈及难度自适应的注意力训练方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及神经调控技术领域，尤其涉及一种新型的基于触力觉反馈的神经调控方法。
【背景技术】
[0002]集中注意力的能力深刻的影响着我们的生活，我们的学习能力，社会能力，甚至情绪都受到注意力的影响。现有的提高注意力的训练方法都是基于视觉和听觉的训练方法。如给训练者听特定的音乐或者施加特定频率光的刺激，通过长时间的激励，可以影响训练者的脑电信号，从而达到提高注意力的效果。还有一种类型是让训练者完成一些基于视觉和听觉的训练任务(测试)，在完成任务(测试)的过程中，需要集中注意力，从而提高人对于注意力自我控制的能力。
[0003]现有的基于视觉和听觉的训练方法，主要是针对存在注意力障碍的人群和老年人，对普通人群或者需要精细操作的特殊人群而言，难度较低，即使训练者处在注意力完全不集中的状态，也能完成训练，难以调动起训练者的积极性，在训练过程中，如果训练者的积极性不高或配合程度不够，就会影响训练效果，因此需要一种能够针对训练者特点进行难度调整，适合不同层次水平的人群，并能够充分调动训练者积极性的训练方法来提高训练的效果。
[0004]人类有多种感觉通道，除了视觉、听觉通道外还有触觉和力觉通道，触力觉被称为各种感觉之母，是人类与外界交流的重要通道之一。温度、硬度、形状、表面纹理等信息，都必须通过触摸来感知。人的神经系统和皮肤之间有着十分重要和密切的联系，所以可以通过触觉通道影响人的认知能力。在目前神经调控方法中，还没有利用人天然具有的力触觉能力(包括力触觉信号感受能力和运动/力控制能力)的训练手段，人具有的手脑互动的机制被闲置。
【发明内容】
[0005]基于上述理由，本发明公开了一种基于力触觉通道的注意力训练方法，可以充分调动训练者的主动性，从而提尚训练的效率。
[0006]本发明完整的技术方案为:
[0007]一种基于触觉反馈和精确力量控制的注意力训练方法，其特征在于，该方法通过注意力训练设备实现，所述的注意力训练设备包括第一力反馈设备phantom和第二力反馈设备phantom和安装有控制系统的计算机，所述的第一力反馈设备phantom和第二力反馈设备phantom分别和计算机连接，操作者通过一只手操作第一力反馈设备phantom并将操作信息传输给计算机，计算机中的控制系统对所述操作信息进行处理并选择是否发出指令并传送给第二力反馈设备phantom，第二力反馈设备phantom根据指令通过震动给操作者的另一只手提供提示信息；
[0008]所述的注意力训练方法利用所述的注意力训练设备通过完成具有多个任务(测试)的训练完成注意力训练，每一任务(测试)中，控制系统生成3个形状相同的几何图形，所述的3个形状相同的几何图形中心重合，包括两个尺寸固定并且尺寸不同的几何图形，以及一个尺寸可变的几何图形，所述的尺寸可变的几何图形的尺寸通过与计算机连接的第一力反馈设备phantom控制，第一力反馈设备phantom在训练过程中模拟一面法线竖直向上的水平虚拟墙，操作者操作第一力反馈设备phantom向下压，向下压的距离越深，提供的反馈力越大，操作者通过控制第一力反馈设备phantom上下移动的距离和按压力的大小来调整尺寸可变的几何图形的尺寸，当所述的尺寸可变的几何图形落入两个尺寸固定的几何图形之间时，控制系统发出指令并传送给第二力反馈设备phantom，第二力反馈设备phantom根据指令通过震动给操作者的另一只手提供提示信息，当所述的尺寸可变的几何图形落入两个尺寸固定的几何图形之间并保持规定时间后，该任务(测试)完成。
[0009]优选的，所述的3个形状相同的几何图形为中心重合的圆形、三角形、四边形或其他几何形状中的一种。
[0010]优选的，所述的训练方法包括多个任务(测试)，完成每个任务(测试)后，通过根据操作者的指令或自动进入下一任务(测试)。
[0011]优选的，所述的训练方法具有难度自适应调整的功能，即任务(测试)难度会根据操作者的水平自动变化，每完成一个任务(测试)，计算机会记录下来该任务(测试)所花的时间，当完成任务(测试)所花时间超过设定的阈值时，下一任务(测试)的难度会降低，相反则难度上升。
[0012]优选的，所述的难度自适应调整的功能，设定一个最大阈值，如果本次操作所花费的时间超过此最大阈值，结束此次任务(测试)，直接降低难度跳入下一次任务(测试)。
[0013]优选的，训练结束时，计算机会记录下来每次任务(测试)的难度和所花时间，并生成数据文档。
[0014]优选的，所述的注意力训练设备包括视觉和听觉阻断装置。
[0015]本发明所公开的训练方法的优点为:
[0016]1.结合人的生理特点，基于精确力量控制和触觉反馈的一种力触觉通道的训练方法。这种训练方法必须要被试者充分融入到训练环境中，而不是被动的接受，提高了训练者融入训练的程度，因此有效的提高了注意力的训练效果和效率。
[0017]2.可以根据训练者的水平自动调整训练难度。因此适用于不同层次水平的人群，不仅适用于存在注意力障碍人群的训练方法，还适用普通人群或者需要精细操作的特殊人群。
[0018]3.训练中通过震动反馈，可以适用于当人处在失速或者过载状态时，视听觉通道暂时失效的特殊场合。
[0019]4.任务(测试)操作简单，相比于之前的训练方法更容易学习。
[0020]5.训练方法智能，自动化程度高，可以根据操作者的指令或自动进入下一任务(测试)，并具有数据记录功能，训练者可以根据整理的数据自动调整训练进度。
【具体实施方式】
[0021]下面结合【具体实施方式】对本发明进行进一步说明:
[0022]训练系统的硬件设备包括两个力反馈设备phantom，一台安装有控制系统的计算机。两台力反馈设备Phantom，一台通过震动给人的一只手提供提示信息，人通过另一只手操作另一台完成训练任务(测试)，整个训练由100个相同类型的任务(测试)组成。任务(测试)过程中，屏幕上会显示3个同心圆，其中两个同心圆的半径固定，这两个固定半径的同心圆组成一个同心圆环。第三个同心圆的半径是变化的，其半径由右手操作的phantom控制。Phantom在训练过程中模拟一面法线竖直向上的水平虚拟墙，人用右手操作phantom向下压时，phantom通过给手提供力反馈的方式模拟手按压墙的效果，手向下压的越深，phantom提供的反馈力越大。训练中人通过右手控制phantom上下移动的距离和按压力的大小来调整第三个同心圆的半径，任务(测试)的目标是使第三个同心圆落入同心圆环之间，并且保持3秒以上，当保持3秒以后，自动跳转到下一任务(测试)。当第三个圆落入同心圆环内时，左手的phantom会震动，产生提示信息，训练过程中人视觉和听觉通道是被阻断的，即闭上双眼同时带上耳罩。整个训练过程的难度具有自适应调整的功能，即任务(测试)难度会根据训练者的水平自动变化。每完成一个任务(测试)，计算机会记录下来这次任务(测试)所花的时间。当完成任务(测试)所花时间超过设定的阈值时，下个任务(测试)的难度会降低，相反难度上升。同时，还会设定一个最大阈值，如果本次任务(测试)所花费的时间超过此最大阈值，结束此次任务(测试)，直接降低难度跳入下一任务(测试)。整个训练由100个任务(测试)组成，训练结束时，计算机会记录下来每个任务(测试)的难度和所花时间，并生成数据文档。
【主权项】
1.一种基于触觉反馈和精确力量控制的注意力训练方法，其特征在于，该方法通过注意力训练设备实现，所述的注意力训练设备包括第一力反馈设备phantom和第二力反馈设备phantom和安装有控制系统的计算机，所述的第一力反馈设备phantom和第二力反馈设备phantom分别和计算机连接，操作者通过一只手操作第一力反馈设备phantom并将操作信息传输给计算机，计算机中的控制系统对所述操作信息进行处理并选择是否发出指令并传送给第二力反馈设备phantom，第二力反馈设备phantom根据指令通过震动给操作者的另一只手提供提示信息； 所述的注意力训练方法利用所述的注意力训练设备通过完成阶段性的任务完成注意力训练，每一阶段的任务中，控制系统生成3个形状相同的几何图形，所述的3个形状相同的几何图形中心重合，包括两个尺寸固定并且尺寸不同的几何图形，以及一个尺寸可变的几何图形，所述的尺寸可变的几何图形的尺寸通过与计算机连接的第一力反馈设备phantom控制，第一力反馈设备phantom在训练过程中模拟一面法线竖直向上的水平虚拟墙，操作者操作第一力反馈设备phantom向下压，向下压的距离越深，提供的反馈力越大，操作者通过控制第一力反馈设备phantom上下移动的距离来调整尺寸可变的几何图形的尺寸，当所述的尺寸可变的几何图形落入两个尺寸固定的几何图形之间时，控制系统发出指令并传送给第二力反馈设备phantom，第二力反馈设备phantom根据指令通过震动给操作者的另一只手提供提示信息，当所述的尺寸可变的几何图形落入两个尺寸固定的几何图形之间并保持规定时间后，该阶段任务完成。
2.—种根据权利要求1所述的注意力训练方法，其特征在于，所述的3个形状相同的几何图形为中心重合的圆形、三角形、四边形或其他几何形状中的一种。
3.—种根据权利要求1或2所述的注意力训练方法，其特征在于，所述的训练方法包括多个任务(测试)，每个任务(测试)完成，通过根据操作者的指令或自动进入下一阶段任务。
4.一种根据权利要求3所述的注意力训练方法，其特征在于，所述的训练方法具有难度自适应调整的功能，即任务难度会根据操作者的水平自动变化，每完成一个阶段的任务，计算机会记录下来该阶段任务所花的时间，当完成任务所花时间超过设定的阈值时，下一阶段任务的难度会降低，相反则难度上升。
5.—种根据权利要求4所述的注意力训练方法，其特征在于，所述的难度自适应调整的功能，设定一个最大阈值，如果本次操作所花费的时间超过此最大阈值，结束此次任务，直接降低难度跳入下一次任务。
6.一种根据权利要求5所述的注意力训练方法，其特征在于，训练结束时，计算机会记录下来每次任务的难度和所花时间，并生成数据文档。
7.—种根据权利要求1所述的注意力训练方法，其特征在于，所述的注意力训练设备包括视觉和听觉阻断装置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于精确力量控制和触觉反馈及难度自适应的注意力训练方法，采用定制的训练设备，通过训练者输入——系统处理——震动反馈训练者的形式完成多个任务(测试)的训练过程。该方法结合人的生理特点，要求被试者充分融入训练环境中，而非被动接受，操作方法简单，因此有效的提高了注意力的训练效果和效率。同时具有难度自适应调整和训练数据保存功能，不仅适用于存在注意力障碍人群，也适用于普通人群或者需要精细操作的特殊人群。
【IPC分类】A61M21-00
【公开号】CN104524681
【申请号】CN201510002347
【发明人】王党校, 杨潇潇, 张玉茹, 徐牧, 杨高峰
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月5日