کمی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنالهای سایکوفیزیولوژی
در تحقیقات سایکوفیزیولوژی، به پاسخهای فیزیولوژی بدن با توجه به فاکتورهایی مانند کیفیت طراحی آزمایش، خصوصیات روانی اندازهگیریها و تناسب تحلیل و تفسیر دادهها، یک معنای روانشناختی اختصاص میدهیم . در تحلیل واکنشها هیچیک از دو علم فیزیولوژی و روانشناختی برتر نیستند، بلکه مکمل یکدیگر میباشند. شناخت حالات روحی مختلف از جمله حالت استرس که اثرات مخرب شناختهشدهای بر جسم و روان انسان دارند، از کاربردهای مهم این علم میباشند. در این تحقیق با ارائه آزمایشی مناسب وایجاد سه سطح استرس (کم، متوسط و زیاد) در سوژه و ثبت سیگنالهای پلتیسموگراف، تغییرات نرخ ضربان قلب و هدایت الکتریکی پوست به دنبال بدست آوردن معیاری جهت کمّی کردن سطح استرس فرد بودهایم. به این منظور پیشپردازشها و پردازشهای مختلف خطی در حوزه زمان، فرکانس و زمان- فرکانس و غیرخطی از جمله معیار پوآنکاره، لیاپانوف اکسپوننت، بعد فرکتال و آنتروپی و استخراج ویژگیهای گوناگون از سیگنالهای ثبتشده صورت گرفته است. سپس با به کارگیری روشهای مختلف طبقهبندی از جمله ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک، ماشینهای بردار پشتیبان و روش تابع ترکیب خطی اقدام به تفکیک سطوح مختلف شده است. در این تحقیق ابتدا ویژگیهای بهینه هر سیگنال تعیین و تفکیک به این سه روش انجام شد. سپس با ترکیب ویژگیهای بهینه همه سیگنالها مجدداً تفکیک صورت گرفت. نهایتاً به این نتیجه رسیده شد که با استفاده از سیگنال HRV به تنهایی میتوان به نتایج بالاتری در صحت تفکیک دست یافت. در ادامه مقایسهای بین ویژگیهای خطی و غیرخطی سیگنال HRV صورت گرفت و به این نتیجه رسیده شد که ترکیب این دو نوع ویژگی نتایج را بهبود میدهد. پس از آن مقایسهای بین روشهای مختلف طبقهبندی با استفاده از ویژگیهای بهینه سیگنال HRV انجام شد که در نهایت روش LOO به عنوان روش مناسبتر انتخاب شد. در انتها دو شاخص بر اساس سیگنال HRV معرفی و اعتبارسنجی شد.
فهرست مطالب:
| چکیده | 1 | |
| مقدمه | 2 | |
| فصل اول: علم سایکوفیزیولوژی و مفاهیم و مبانی استرس
| ||
| 1- 1- تاریخچه علم سایکوفیزیولوژی | 4 | |
| 1-2- اصول و مبانی سایکوفیزیولوژی | 7 | |
| 1-3- انواع تکنیکهای سایکوفیزیولوژی | 10 | |
| 1-3-1- شاخصهای سیستم اعصاب خودکار | 10 | |
| 1-3-2- اندازه گیری فعالیت مغزی | 11 | |
| 1-3-3- تشخیص حالات با استفاده از رفتار شخص | 15 | |
| 1-4- تعریف استرس | 17 | |
| 1-5- استرس خوب و استرس بد | 19 | |
| 1-6- عوامل برانگیزنده استرس | 20 | |
| 1-6-1- استرس شغلی | 21 | |
| 1-7- نشانههای استرس | 23 | |
| 1-8-حد مطلوب استرس | 24 | |
| 1-9- مراحل ایجاد استرس | 24 | |
| 1-10-اثرات استرس بر بدن و بیماریها مرتبط با آن | 26 | |
| 1-11- بیوفیدبک | 36 | |
| 1-11-1- انواع بیوفیدبک | 37 | |
| فصل دوم: سیگنالهای سایکوفیزیولوژیکی وآزمایش ثبت داده
| ||
| 2-1- مقدمه | 39 | |
| 2-2- پلتیسموگراف | 40 | |
| 2-2-1- فتو پلتیسموگرافی | 41 | |
| 2-2-2- روشهای اندازه گیری سیگنال فتوپلتیسموگراف
| 41 | |
| 2-3- سیستم الکتریکی پوست | 42 | |
| 2-3-1- تاریخچة کشف فعالیت الکتریکی پوست | 43 | |
| 2-3-2- فواید و مشکلات استفاده از فعالیت الکتریکی پوست (EDA) | 44 | |
2-4- تغییرات نرخ ضربان قلب | 46 | |
2-4-1- تاریخچه استفاده از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب | 46 | |
| 2-4-2- دورنمای فیزیولوژی سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب | 47 | |
| 2-4-3- تعیین تغییرات نرخ ضربان قلب با استفاده از سیگنال فتوپلتیسموگراف | 48 | |
| 2-5- مروری بر آزمایشهای استفاده شده در تحقیقات | 51 | |
| 2-5-1- آزمایش بر اساس بازی کامپیوتری | 51 | |
| 2-5-2- آزمایش بر اساس پروتکل رانندگی اتومبیل | 54 | |
| 2-5-3- آزمایش بر اساس نمایش فیلم | 57 | |
| 2-6- آزمایش طراحی شده در این تحقیق | 59 | |
| 2-7- سوژههای تحقیق | 62 | |
فصل سوم: پردازش سیگنالهای سایکوفیزیولوژیکی
| ||
| 3-1- مقدمه | 64 | |
| 3-2- پردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف | 66 | |
| 3-2-1- پیشپردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف | 66 | |
| 3-2-2- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال PPG | 70 | |
| 3-2-3- استخراج ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال PPG | 72 | |
| 3-3-پردازش سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب | 75 | |
| 3-3-1- استخراج ویژگی از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب | 75 | |
| 3-3-1-1- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال HRV | 75 | |
| 3-3-1-2- استخراج ویژگی در حوزه فرکانساز سیگنال HRV | 76 | |
| 3-3-1-3- استخراج ویژگی در حوزه زمان-فرکانس از سیگنال HRV | 77 | |
| 3-3-1-4- استخراج ویژگیهای غیرخطی از سیگنال HRV | 78 | |
| 3-4- پردازش سیگنال هدایت الکتریکی پوست | 85 | |
| 3-4-1- استخراج ویژگی از سیگنال هدایت الکتریکی پوست | 87 | |
| 3-5- نرمال کردن ویژگیها
| 88 | |
فصل چهارم: انتخاب ویژگیهای بهینه و تفکیک سطوح استرس | ||
| 4-1- مقدمه | 89 | |
| 4-2- شبکههای عصبی | 90 | |
| 4-2-1- شبکههای عصبی پرسپترون چند لایه | 90 | |
| 4-2-2- توابع فعالیت | 91 | |
| 4-2-3- الگوریتم به روز رسانی وزنها | 91 | |
| 4-2-4- بایاس لایهها | 92 | |
| 4-2-5- روش آموزش شبکه | 92 | |
| 4-3- ترکیب شبکههای عصبی و الگوریتم ژنتیک | 92 | |
| 4-3-1- اصطلاحات ژنتیک | 93 | |
| 4-3-2- اجزاء الگوریتم ژنتیک | 93 | |
| 4-3-3- طراحی تابع برازندگی و رشتهها | 94 | |
| 4-3-4- نتایج تفکیک به روش ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک | 95 | |
| 4-4- نتایج تفکیک به روش آنالیز تفکیکی قدم به قدم | 99 | |
| 4-5- ماشینهای بردار پشتیبان | 103 | |
| 4-5-1- نتایج تفکیک به روش ماشینهای بردار پشتیبان | 105 | |
| 4-6- مقایسه تحلیل خطی و غیرخطی سیگنال HRV | 108 | |
| 4-7- مقایسه تفکیککنندههای استفادهشده در این تحقیق | 112 | |
| 4-8- تفکیک سطوح استرس بر اساس رأیگیری | 113 | |
| 4-9- شاخص استرس | 115 | |
| 4-9-1- شاخص بر اساس ویژگیهای بهینه سیگنال HRV در روش LDA | 115 | |
| 4-9-2- شاخص NSRPIAD
| 119 | |
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات | ||
| 5-1- بحث و نتیجهگیری | 123 | |
| 5-2- پیشنهادات | 126 | |
|
مراجع |
128 | |
| پیوست1 | 133 | |
| پیوست2 | 138 | |