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一种面向运动解码的EEG-fNIRS时频特征融合与协同分类方法

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仪器仪表学报 2022年第7期43卷 165-173页

作者：刘晋瑞宋婷舒智林韩建达于宁波南开大学人工智能学院天津300350 南开大学天津市智能机器人技术重点实验室天津300350 南开大学深圳研究院智能技术与机器人系统研究院深圳518083

脑功能成像技术可以反映人体运动时的大脑生理变化,进而解码运动状态,但单模态信号反映的大脑生理信息存在局限性。为此,本文提出了一种基于EEG和fNIRS信号的时频特征融合与协同分类方法,利用脑神经电活动和血氧信息的互补特性提高运动... 详细信息

脑功能成像技术可以反映人体运动时的大脑生理变化,进而解码运动状态,但单模态信号反映的大脑生理信息存在局限性。为此,本文提出了一种基于EEG和fNIRS信号的时频特征融合与协同分类方法,利用脑神经电活动和血氧信息的互补特性提高运动状态解码精度。首先,提取EEG的小波包能量熵特征,使用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)提取fNIRS的时域特征,将两类特征组合得到包含时频域信息的融合特征,实现EEG和fNIRS不同层次特征的信息互补。然后,利用1DCNN提取融合特征深层次信息。最后,采用全连接神经网络进行任务分类。将所提方法应用于公开数据集,本文所提的EEG-fNIRS信号协同分类方法准确率为95.31%,较单模态分类高7.81%~9.60%。结果表明,该方法充分融合了两互补信号的时频域信息,提高了对左右手握力运动的分类准确率。

关键词： EEG fNIRS 时频特征融合协同分类运动解码

大学生抑郁倾向与心理状态的关联分析——基于fNIRS、EEG、ECG的研究

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大学生抑郁倾向与心理状态的关联分析——基于fNIRS、EEG、ECG的...

作者：李琪江西中医药大学

学位级别：硕士

抑郁是全球范围内首要的公众心理健康问题,对公众的健康危害巨大,所以对抑郁进行准确的筛查和诊断、有效的干预和治疗意义重大。但由于抑郁成因复杂,目前对它的识别主要依靠量表测查和医生诊断,存在诊断困难、不够客观和准确率低的问题... 详细信息

抑郁是全球范围内首要的公众心理健康问题,对公众的健康危害巨大,所以对抑郁进行准确的筛查和诊断、有效的干预和治疗意义重大。但由于抑郁成因复杂,目前对它的识别主要依靠量表测查和医生诊断,存在诊断困难、不够客观和准确率低的问题,所以,如何通过客观的生理指标准确地识别抑郁尤为重要。因此,本研究计划结合功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)、脑电(Electroencephalogram,EEG)、心电(electrocardiogram,ECG)技术考察抑郁倾向对大学生心理状态的影响,探究是否存在有效区分抑郁倾向的生理指标,以便能更客观准确地识别和诊断抑郁,进而帮助提升大学生心理健康水平。本研究以74名大学生为被试,首先开展静息态实验,同步采集被试的背外侧前额叶皮层(Dorsolateral Prefrontal Cortex,DLPFC)脑激活信号、脑电及心电信号,然后进行纸笔测验,使用《流调中心用抑郁量表》(Centre for Epidemiological Studies Depression Scale,CES-D)测查被试的抑郁倾向、使用《瑞文高级推理测验》(Raven’s Advanced Progressive Matrices,RAPM)测查被试的流体智力水平。根据各模态数据筛选标准,最终fNIRS有效被试为65名,EEG有效被试为52名,ECG有效被试为67名。基于抑郁分界点,将CES-D得分≥16分的被试划分为高抑郁倾向组,得分fNIRS数据,使用MATLAB2017b中的Homer3工具包,根据改进的比尔-朗博定律将脑激活信号转换为Hb T值进行成对皮尔逊相关性计算,形成功能连接矩阵,然后进行Fisher’s Z转换,用转换后的Hb T功能矩阵值代表DLPFC脑功能连接水平。对于脑电信号,首先通过EEGLAB对其进行目检并去除噪音,再通过MATLAB 2017b利用快速傅里叶变换将EEG信号分解为不同的频段:δ(1-4Hz)、θ(4-8Hz)、α(8-13Hz)、β(13-30Hz)并计算各频段绝对功率和1-30Hz总绝对功率,接着将不同频段的绝对功率除以1-30Hz绝对功率进行相对功率比值计算,最后根据公式10*log(各频段相对功率比值)计算得到对数转换后的各频段相对功率值。对于心电信号,首先从中计算得到心率和心率变异性指标然后对心率变异性进行时域分析,所用指标包括SDNN、RMSSD、p NN50。为探究抑郁倾向对被试心理状态的影响,将得到的Hb T功能矩阵值、脑电各频段相对功率值、心率及心率变异性指标基于SPSS 26.0软件进行描述统计并与被试的问卷得分进行偏相关分析。经过上述分析,主要结果如下:(1)被试流体智力得分差异不大。(2)高、低抑郁倾向组的DLPFC脑功能连接均值与RAPM得分之间存在相反的相关趋势(r=0.158,r=-0.245)。(3)高、低抑郁倾向组被试的脑电指标δ/1-30Hz与CES-D得分的相关趋势相反(r=0.085,r=-0.501*)。(4)所有被试的SDNN与CES-D得分之间显著正相关(r=0.321**)。基于上述结果,得出以下结论:(1)高、低抑郁倾向被试的流体智力水平相当,但高抑郁倾向被试的DLPFC脑功能连接更弱,说明抑郁倾向对被试的流体智力水平无影响,对被试的DLPFC脑功能连接水平存在影响。(2)低抑郁倾向被试的δ频段相对功率与抑郁量表得分存在显著负相关,说明δ频段活动越强抑郁倾向越低;同时所有被试的δ频段相对功率与流体智力水平的关系呈显著正相关,说明δ频段活动越强个体的流体智力水平越高。(3)所有被试的抑郁量表得分与心率变异性指标SDNN显著正相关,说明被试的心率变异程度越大,其抑郁程度也可能会随之升高,且提示SDNN可用作客观生理指标衡量个体的抑郁倾向。(4)在识别个体的抑郁倾向时,可综合fNIRS、EEG、ECG技术从不同角度综合进行判断,例如利用生理指标SDNN进行初步判断,并结合脑电信号和脑功能连接水平进行进一步区分,以提高抑郁倾向识别的效率与准确率。

关键词：抑郁倾向心理状态 fNIRS EEG ECG

基于fNIRS和EEG的流体智力大脑功能网络和脑电频谱的特征研究

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基于fNIRS和EEG的流体智力大脑功能网络和脑电频谱的特征研究

作者：蔡子奇江西中医药大学

学位级别：硕士

智力是涉及多种认知加工和全脑诸多皮层区域的一般能力,其中流体智力和晶体智力已被许多智力理论视为认知能力的两大类,晶体智力是以学得的经验为基础的认知能力,流体智力是在缺乏经验的情况下解决新奇问题的能力。对于流体智力而言,传... 详细信息

智力是涉及多种认知加工和全脑诸多皮层区域的一般能力,其中流体智力和晶体智力已被许多智力理论视为认知能力的两大类,晶体智力是以学得的经验为基础的认知能力,流体智力是在缺乏经验的情况下解决新奇问题的能力。对于流体智力而言,传统的纸笔测验和大脑机制的研究都能够反映智力水平,其中对大脑机制的研究更加客观直接,功能近红外成像(fNIRS)、脑电图(EEG)等新型的脑成像技术也能够帮助我们获取更多的大脑活动信息。因此,我们需要通过fNIRS、EEG来进一步探究基于大脑功能网络和意识状态所影响个体流体智力水平的机制,发掘fNIRS、EEG在大脑功能网络和脑电频谱上的特征。通过本研究,我们能够明确对智力脑功能的探索和应用,确定流体智力的脑功能特征,为开发便携式智力检测工具提供依据。实验一招募154名在校大学生,采用近红外成像技术与流体智力行为测验(瑞文高级推理测验)相结合,对被试DLPFC脑区进行30分钟静息态的近红外测量,对原始数据进行预处理,随后根据修改后的比尔-朗伯定律计算了处理后的光强度,得出了总体血红蛋白(Hb T)相对浓度变化的信号,基于Hb T值进行成对皮尔逊相关性计算,形成功能连接矩阵,以基于Hb T计算出的相关矩阵值表示大脑功能连接值,对前额叶功能连接均值和瑞文高级推理测验分数做偏相关分析,以此探测静息状态下个体流体智力水平与大脑功能网络的关联。结果发现,在大脑功能网络的特征上,静息态下前额叶的功能连接均值与流体智力水平呈显著负相关(r=-0.227,p=0.019)。这表明在休息状态下,高流体智力水平个体的前额叶脑功能信息交流水平更低,静息状态下前额叶脑功能之间的低连接更有利于流体智力的表现,也就是说流体智力水平高的个体往往其静息态下大脑的前额叶功能连接更弱,对应的脑区信息交流水平更低。实验二招募93名在校大学生,采用脑电图技术与流体智力行为测验(瑞文高级推理测验)相结合,对被试进行10分钟静息态的脑电测量,对原始数据预处理后,使用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)计算电极的EEG功率谱密度(u V/Hz),进而计算Delta频段(1-4Hz),theta频段(4-8Hz),alpha低频段(8-10Hz),alpha高频段(10-13Hz),alpha频段(8-13Hz),beta频段(13-30Hz)的绝对功率,并且计算了θ功率与α功率的比值(theta alpha ratio,TAR),对脑电各频段功率的相关指标和流体智力水平做偏相关分析,以此来探测静息状态下个体流体智力水平与意识状态的关联。结果发现在脑电频谱的特征上,静息态下θ的绝对功率和TAR与流体智力水平有所关联,具体来说是θ的绝对功率和TAR与个体流体智力水平呈显著负相关(r=-0.343,p=0.008;r=-0.261,p=0.048)。这表明在静息态下个体的放松程度与流体智力相关联,个体大脑的活动水平越低,其流体智力水平也越高。总的来说,本研究通过fNIRS和EEG来探究个体的脑功能网络机制和意识状态在流体智力水平上所反映的特征。通过fNIRS结果我们发现,智力水平更高的个体,其大脑的信息交流的水平更低。通过EEG结果我们发现,智力水平更高的个体,其大脑活跃程度越低,智力水平也就越高。这表明高流体智力个体整体大脑的活动水平更低,这可能和他们更会合理地分配认知资源有关。在任务状态下,相关任务的脑区才会被唤醒,而无关的脑区呈现低连接的状态,以此来达到效率最大化,而在静息状态下,大脑处于“养精蓄锐”状态的个体,他们能减少“无意义”的认知资源的浪费,往往表现出更高的流体智力。

关键词：流体智力 fNIRS DLPFC 大脑功能连接 EEG 频谱分析

基于图卷积神经网络的EEG-fNIRS情感识别

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基于图卷积神经网络的EEG-fNIRS情感识别

作者：赵卿太原理工大学

学位级别：硕士

情感是人类的基本心理特征,是人与世界交互的重要方式之一,情感识别技术旨在通过计算机识别人类的情感,在人机交互领域具有广阔的应用前景。大脑是人类情感的产生器官,因此基于脑信号的情感识别研究具有重要意义。脑电信号(Electroencep... 详细信息

情感是人类的基本心理特征,是人与世界交互的重要方式之一,情感识别技术旨在通过计算机识别人类的情感,在人机交互领域具有广阔的应用前景。大脑是人类情感的产生器官,因此基于脑信号的情感识别研究具有重要意义。脑电信号(Electroencephalogram,EEG)和功能近红外光谱信号(Functional Near Infrared Spectroscopy,fNIRS)分别反映了大脑皮层神经活动以及血氧浓度变化,与情感的产生与变化有关联,同时具有易于采集,难以伪装情感状态的优势,因此被应用于情感识别研究中。EEG和fNIRS信号是通过头部采集装置得到的多通道信号,根据其各通道特征以及连接关系能够将其构建为图结构数据,因此本文将研究基于图卷积神经网络的EEG和fNIRS情感识别方法,图卷积神经网络能够直接处理图数据,通过连接关系聚合EEG-fNIRS通道信息,得到新的融合特征,从而充分利用EEG-fNIRS信号的互补信息,并实现两者之间的特征融合,提升情感识别率。本论文的主要研究工作和创新点如下:(1)设计并进行EEG-fNIRS情感数据采集实验,对采集的数据进行预处理与特征提取。首先通过志愿者填写PAD情绪量表筛选情感视频片段作为情感诱发材料,招募30名受试者观看情感视频片段并同步采集EEG和fNIRS信号。对EEG信号去除伪迹,并划分其频率为δ,θ,α,β,γ五个频段,分别对每个频段提取微分熵(Differential Entropy,DE)和功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)特征;对fNIRS信号,使用修正的BeerLambert定律计算得到氧合血红蛋白(oxy-hemoglobin,Hb O)以及脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin,Hb R)浓度变化,分别提取均值、最大值、最小值、线性回归斜率以及方差这5维统计特征。将EEG和fNIRS的每个通道看作节点,将通道之间的关系作为边,将信号构建为图结构数据。(2)提出一种多模态图自动编码器(Multi-modal Graph Autoencoder,MGAE)对EEG和fNIRS进行特征融合。此方法对图自动编码器(Graph Autoencoder,GAE)进行了改进,使之能够根据EEG-fNIRS图结构数据的特性对两种信号进行融合。MGAE方法使用无监督学习方法进行预训练,通过最小化原始节点特征与重构节点特征之间的损失值,将EEG和fNIRS在隐藏层进行融合,融合特征输入到支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器进行识别,得到情感识别结果。图编码器中的图卷积(Graph Convolutional Networks,GCN)层能够充分提取EEG和fNIRS各通道的特征,并实现不同模态通道间的融合。实验结果表明,相比单模态EEG、Hb O和Hb R,MGAE融合后的识别结果分别提升3.82%,20.21%和15.02%;相比于改进前的GAE,MGAE的情感识别率提升3.16%。(3)提出了基于模态注意力多路图卷积融合(Modality attention multi path graph convolution fusion,MA-MP-GF)的特征融合情感识别方法。此方法在MGAE编码器结构的基础上进行改进,解决了MGAE方法中存在的训练步骤复杂、无法体现不同模态通道之间权重差异的不足。MA-MP-GF方法通过多路图采样聚合(Graph Sample and Aggregate,Graph SAGE)图卷积分别对每种模态的信号进行特征提取,再利用模态注意力(Modality Attention,MA)图卷积层融合不同模态的通道特征,最后将融合特征经过2DCNN进行分类。该方法没有预训练的步骤,能够通过提出的模态注意力机制赋予不同模态的通道以不同的权重。实验结果表明,MA-MP-GF方法对于EEG、Hb O和Hb R单模态识别结果分别提升8.06%、22.90%和23.42%,相比MGAE方法,MA-MP-GF在两种不同的模态特征组合下的情感识别率分别提升2.16%和6.34%。

关键词：图卷积神经网络 EEG fNIRS 模态融合情感识别

运动联合认知训练对青少年射击运动员执行功能的影响：fNIRS研究

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运动联合认知训练对青少年射击运动员执行功能的影响：fNIRS研究

作者：李观茹广州体育学院

学位级别：硕士

目的:执行功能(Executive Function)是指以目标为导向对多种认知加工进行监控和管理的能力,包括转换、刷新、抑制三个独立成分。射击是一项需要运动员具备高水平认知加工能力以实现非凡精准度的运动,执行功能对射击运动员的竞技表现起... 详细信息

目的:执行功能(Executive Function)是指以目标为导向对多种认知加工进行监控和管理的能力,包括转换、刷新、抑制三个独立成分。射击是一项需要运动员具备高水平认知加工能力以实现非凡精准度的运动,执行功能对射击运动员的竞技表现起着十分重要的作用。近年来,运动干预和认知训练对改善个体执行功能的作用受到广泛关注。然而,与单纯计算机认知训练(CCT)相比,运动联合认知训练(CECT)是否能更有效地改善青少年射击运动员的执行功能及其神经机制尚不清楚。本研究采用近红外脑成像(fNIRS)技术,考察6周CECT和CCT对青少年射击运动员执行功能的影响及其神经机制,以期探讨CECT在改善执行功能方面是否优于CCT,并为提高运动员执行功能的训练方案提供参考。方法:将33名射击运动员(男生18名,女生15名)进行随机分成CECT组(17人)和CCT组(16人)。两组运动员均进行为期6周,每周3次、每次30分钟的干预训练。在干预前后,两组运动员要完成2-Back、Task-switching(转换任务、非转换任务)和Stroop(一致条件、不一致条件)三种任务,分别检验刷新、转换和抑制三个子功能。因变量为三个任务的行为表现(正确率和反应时),以及fNIRS监测任务期间前额叶皮层氧和血红蛋白(Oxy-HB)水平。统计方法为2(组别:CECT组、CCT组)×2(测量次序:前测、后测)的重复测量方差分析。结果:(1)行为数据结果显示:2-Back任务中,因变量为正确率时,测量次序主效应显著(F(1,31)=17.981,pfNIRS数据结果显示:在中额极区(M-FPA),组别与测量次序的交互作用有边缘显著性(F(1,31)=3.663,p=0.065);简单效应结果显示,CECT组与2-Back任务相关的Oxy-Hb血流动力学变化在后测显著高于前测(p=0.004)。在左额极区(L-FPA),组别与测量次序的交互作用显著(F(1,31)=7.859,p=0.009);简单效应结果显示,CECT组与Task-switching任务相关的Oxy-Hb血流动力学变化在后测显著高于前测(p=0.001)。在左额极区(L-FPA),组别与测量次序的交互作用显著(F(1,31)=7.923,p=0.008);简单效应结果显示,CECT组与Stroop任务相关的Oxy-Hb血流动力学变化在后测显著高于前测(p=0.040)。在中额极区(M-FPA),组别与测量次序的交互作用边缘显著(F(1,31)=3.91,p=0.057);简单效应结果显示,CECT组与Stroop任务相关的Oxy-Hb血流动力学变化在后测显著高于前测(p=0.018)。总之,CECT组执行刷新任务时,中额极区的Oxy-Hb信号显著增强,执行转换任务时,左额极区的Oxy-Hb信号发生显著增强,以及执行抑制任务时,左、中额极区的Oxy-Hb信号显著增强。而CCT组则没有观察到显著变化。结论:本研究发现CECT相对于CCT的执行功能表现优势仅在转换能力测试的正确率更高,但与CCT相比,CECT执行三个任务在前额叶额极区的OxyHb激活水平显著增强,这证明了CECT比CCT更有利于改善青少年射击运动员的执行功能。本研究为CECT改善青少年射击运动员执行功能提供了新的实验证据,教练员可在运动训练中融入执行功能的训练元素,增强射击运动员大脑神经元的激活水平,以达到健身又健脑的双重目的。

关键词：执行功能射击运动员认知训练联合训练 fNIRS

音乐对大学生急性运动后抑制能力与情绪的影响 ——基于fNIRS的研究

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音乐对大学生急性运动后抑制能力与情绪的影响 ...

作者：杨璇华东师范大学

学位级别：硕士

体育锻炼对情绪、认知功能等心理健康的益处一直是人们关注的焦点。最新的人类流行病学研究表明,有规律的体育活动与更好的认知功能和较少的认知衰退有关。抑制功能作为人类高级认知执行功能的子成分之一,与大学生的日常学习与生活密切... 详细信息

体育锻炼对情绪、认知功能等心理健康的益处一直是人们关注的焦点。最新的人类流行病学研究表明,有规律的体育活动与更好的认知功能和较少的认知衰退有关。抑制功能作为人类高级认知执行功能的子成分之一,与大学生的日常学习与生活密切相关,如何更加有效的通过科学制定有氧运动计划进而提高抑制功能一直是项重要研究课题。最近的研究一致表明,一次运动就会引起主要与抑制功能相关的前额叶皮质背外侧（DLPFC）部分的脑激活增加,从而提高抑制能力。此外,几乎所有已知形式的音乐都因其情感品质而得到认可,音乐具有多维功能,研究人员发现节奏和调式对情绪质量（快乐、悲伤、平静）的影响最为关键,同时短暂的情绪状态可以根据由兴奋（兴奋-镇静）和愉快（愉快-不愉快）组成的情绪状态的二维模型来评估。由于DLPFC不仅负责执行抑制,而且还负责情绪调节,因此有理由假设,在音乐的干预下,可以刺激DLPFC改善被试的情绪,而情绪的改善会通过激活DLPFC,提高运动对抑制功能的有益影响。然而以往关于有氧运动与执行功能的研究中,通常只涉及单一群体大学生或者是笼统的大学生群体样本,没有将群体按照不同运动水平进行细致划分,从而无法为不同运动基础的大学生做出理论上的比较研究和提出针对性的锻炼建议和运动处方。本论文选取华东师范大学普通本科生、体育与健康学院运动训练专业的本科生为被试,分为普通大学生组、二级运动员组、一级运动员组,利用Stroop任务范式和二维情绪量表（TDMS）,分别进行了三种干预方案（音乐干预,有氧运动干预,音乐加有氧运动干预）下的抑制功能和情绪测试,在Stroop任务中,前额叶的激活是通过功能性近红外光谱来监测的。研究音乐与运动结合所产生的情绪变化对不同运动水平大学生前额叶抑制功能的影响。研究得到以下结论:（1）三种干预方案下均出现了Stroop效应,验证了前人的研究。音乐干预方案下Stroop任务正确率显著低于运动干预与音乐与运动共同干预条件,运动干预与音乐与运动共同干预间并无显著性差异。结果说明单纯音乐刺激下,被试者大脑不能得到较为充分的激活;（2）三种干预方案中,行为结果的准确率在运动加音乐一项中最高,其次是运动干预,最低的是音乐干预。可以总结出,纯音乐的方案并不能良好调动大脑的执行抑制功能,相比之下,对于提高大脑执行抑制功能,音乐加运动无疑是更理想的干预手段;（3）二级运动员在实验表现中的脑部激活状态最为突出,f NIRS血氧分析得出运动干预方案下,其脑部血氧激活程度较高,与积极情绪的反应有明显的正相关趋势;（4）音乐加运动的干预所得情绪价值在普通大学生中间效果最好。虽然积极情绪没有得到显著提高,消极情绪的显著降低显然是这一干预方式带来的明显益处。且这一干预效果明显优于之前两种方式。

关键词：音乐干预急性有氧运动抑制能力 fNIRS 情绪

基于fNIRS的临近装配人员技能差异度对工作绩效的影响

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基于fNIRS的临近装配人员技能差异度对工作绩效的影响

作者：仝硕江苏科技大学

学位级别：硕士

在现如今的生产制造企业中,作业者的重复性手工装配作业仍然普遍存在。在手工装配任务生产线上,工作位置相临的作业者,由于共享设备工装、场地、技术资料以及工作中有交流互动等因素,相邻作业者在工作中既有分工又有协同,这种分工与协... 详细信息

在现如今的生产制造企业中,作业者的重复性手工装配作业仍然普遍存在。在手工装配任务生产线上,工作位置相临的作业者,由于共享设备工装、场地、技术资料以及工作中有交流互动等因素,相邻作业者在工作中既有分工又有协同,这种分工与协同在一定程度上影响了工作绩效水平(如装配错误率、任务完成时间等)。然而,由于作业者自身工作经验、体能、工作能力等方面的不同,导致作业者之间在工作技能水平上面存在一定的差异性。当作业者技能差异水平过高或过低时,都会对人员组合的任务完成绩效产生一定的影响,致使手工装配任务生产线无法持续高效的进行生产作业。因此,如何解决生产车间内技能存在差异的临近装配人员因人员组织不合理而影响生产效率提高的问题,具有重要的理论和现实意义。针对该问题,本文在进行相关企业实地调研和查阅国内外相关文献的基础上,在实验室设计并开展了重复性乐高模型装配任务实验。在实验开始之前,按照实验被试技能水平的不同,并按照组内人员任务完成时间上的差异,划分为三种人员组合(低技能差异/中技能差异/高技能差异)。在实验过程中,利用f NIRS设备实时监测了不同人员组合在任务期间大脑前额叶区域的血流动力学反应。记录下不同人员组合在任务期间的平均完成时间、装配错误率和同一成品完成时间差异以及NASA-TLX量表等行为数据和生理数据并探讨了脑力负荷与工作绩效之间的关系,以进一步探究重复性装配任务下临近装配人员组合技能差异度对工作绩效的影响。实验结果表明,技能差异度对人员组合的脑力负荷和工作绩效具有显著性影响;装配错误率和任务平均完成时间并不会随着人员组合技能差异度的增大而增加,而是呈现先增后减的趋势;随着人员组合技能差异程度的增加,同一成品完成时间差异逐渐增大;随着技能差异程度的增大,会导致人员组合脑力负荷水平的升高;技能差异程度会导致不同人员组合的前额叶激活区域明显不同;随着工作时间的增加,任务平均完成时间和脑力负荷都呈现先降后增的趋势,且技能差异度越大,趋势越明显;由NASA-TLX量表分析结果可知,不同人员组合的技能差异程度会导致作业者在维度选择上具有明显差别;NASA-TLX量表可以较好的评价不同人员组合在任务期间的脑力负荷状态。同时,为了进一步明确不同人员组合大脑前额叶区域各通道节点在任务期间的相关作用,利用小世界脑功能网络模型对其进行分析与验证。通过对不同人员组合的类聚系数、最短路径长度、度值以及节点中间中心度等小世界属性指标进行分析,并结合相关实验数据,进一步明确了人员组合前额叶激活区域在重复性装配任务期间的相关作用。结合实验结果与小世界脑功能网络模型的分析结论,本文提出了相应的生产作业人员组织管理策略,并在企业实际调研的基础上,在工业工程实验室搭建了模拟U型单元生产装配线,以再现企业相关装配过程的实际工作场景,以进一步验证本次研究所发现规律的应用效果,从而帮助企业管理者更好的解决临近工位人员组合分配问题,促进企业健康可持续化发展。

关键词：临近工位人员组合技能差异 fNIRS 小世界脑功能网络模型脑力负荷

思维方式对伤害困境中道德决策的影响——来自行为与fNIRS的证据

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思维方式对伤害困境中道德决策的影响——来自行为与fNIRS的证据

作者：郭焕恩浙江师范大学

学位级别：硕士

传统的观点认为个体的道德决策可以分为功利论决策和道义论决策两种,而传统的范式并未对功利论定义中的“结果”以及道义论定义中的“规范”进行操纵,因此并不能说明个体做出功利论决策是否是出于对结果利益最大化的权衡,做出道义论决... 详细信息

传统的观点认为个体的道德决策可以分为功利论决策和道义论决策两种,而传统的范式并未对功利论定义中的“结果”以及道义论定义中的“规范”进行操纵,因此并不能说明个体做出功利论决策是否是出于对结果利益最大化的权衡,做出道义论决策是否是出于对规范的遵守。Gawronski等学者(2017)提出道德决策的CNI模型,对两者进行了操纵,有利于区分个体的道德决策是由其结果敏感性(C)、规范敏感性(N)还是不行动偏好(I)引起的。以往研究采用传统道德两难困境范式探讨了思维方式对道德决策的影响,结果表明,直觉思维往往导致更多的道义论决策,分析思维导致更多的功利论决策。但这些研究无法说明直觉思维导致道义论决策是否是由于个体对道德规范更敏感,分析思维导致功利论决策是否是由于个体对结果更敏感。另外,相关的脑神经研究表明,道义论决策与腹内侧前额叶(vm PFC)的激活及脑区完整性有关,功利论决策与背外侧前额叶(dlPFC)的激活及生理厚度有关,但目前尚不清楚CNI模型下的道德决策背后的神经机制。基于此,本研究采用道德决策的CNI模型,通过两个研究从相关和实证层面进一步探讨个体的直觉思维和分析思维与道德决策中的结果敏感性(C)、规范敏感性(N)以及不行动偏好(I)间的关系,并探讨其行为决策背后的神经基础。具体而言,研究1为相关研究,主要目的是探讨直觉思维和分析思维与道德决策中的结果敏感性(C)、规范敏感性(N)以及不行动偏好(I)间的相关关系。研究采用理性经验量表测量个体的特质直觉思维和分析思维,通过48个CNI困境故事测量个体的道德决策,采用大五人格问卷控制人格变量对个体道德决策的影响。研究1共招募了291名在校大学生被试,其中有149名男性(51.2%),142名女性(48.8%),平均年龄为19.44±1.92岁。控制性别和人格后,进行偏相关分析结果表明,分析思维与结果敏感性(C)存在显著正相关(r=0.36,pfNIRS设备监测其大脑血氧变化。研究2共招募100名在校大学生被试,其中男性49名(49%),女性51名(51%),平均年龄为20.25±1.64岁。将特质直觉思维、分析思维以及人格各维度得分作为协变量,进行协方差分析结果表明,仅结果敏感性(C)存在显著组间差异,具体表现为分析组的C值显著高于直觉组[F(1,98)=9.213,p=0.003,η=0.092],且分析组被试的背外侧前额叶(dlPFC)存在显著激活。综上所述,本研究得到以下结论:(1)特质思维能预测个体的道德决策,其中直觉思维正向预测个体的规范敏感性(N),分析思维正向预测结果敏感性(C);(2)分析思维增加了个体道德决策中的结果敏感性(C),期间伴随着背外侧前额叶(dlPFC)的显著激活。本研究在一定程度上为道德决策双加工模型的心理过程提供了实证支持,并有助于帮助不同思维方式的个体了解其决策背后的心理过程,从而有助于其更好地进行道德决策。

关键词：直觉思维分析思维道德决策 CNI模型 fNIRS

基于fNIRS静息态功能连接的流体智力认知神经机制研究

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基于fNIRS静息态功能连接的流体智力认知神经机制研究

作者：徐铭江西中医药大学

学位级别：硕士

流体智力主要依赖于先天禀赋,随着神经系统的成熟而提高,并且在一定程度上能够高度预测一些重要结果,比如学业成绩、职业发展、甚至是健康财富等,对人类发展有着重要意义。21世纪,人们对提升智力的需求不断上升,人工智能发展也越来越快... 详细信息

流体智力主要依赖于先天禀赋,随着神经系统的成熟而提高,并且在一定程度上能够高度预测一些重要结果,比如学业成绩、职业发展、甚至是健康财富等,对人类发展有着重要意义。21世纪,人们对提升智力的需求不断上升,人工智能发展也越来越快速。如何开发基于认知神经的科学评估系统?如何根据大脑的工作机制进行有针对性的智能塑造?显然,想要解决这些问题,我们需要借助现有的认知技术从大脑认知神经系统出发,明确流体智力的神经机制。因此,本研究欲将瑞文高级推理测验(Raven’s Advanced Progressive Matrices,RAPM)和功能近红外成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)相结合,探究大学生流体智力水平与静息态大脑前额叶功能连接的相关关系,并将高级瑞文推理测验分为视觉空间推理和言语分析推理两个子集,进一步比较大学生视觉空间推理和言语分析推理与静息态大脑前额叶功能连接之间的差异,从而丰富流体智力的现有认知神经机制成果。首先,使用功能近红外成像技术采集参与者静息态下的大脑前额叶信号,采集时间30分钟,然后处理静息功能近红外数据以产生所有参与者静息态前额叶功能连接信号平均值;接着,使用《高级瑞文推理测验》收集参与者智力水平数据。经过数据检查与整理,最终得到数据90份,其中男生28人,女生62人。本研究主要分两步对流体智力得分与静息态前额叶平均功能连接值进行关联分析进而探究流体智力静息态前额叶功能连接机制:首先,对RAPM总分与静息态前额叶功能连接值进行相关分析来探究大学生总体流体智力水平的静息态功能连接机制,然后,进一步将高级瑞文推理测验分为视觉空间推理和言语分析推理两个子集,分别对RAPM子集得分与静息态大脑前额叶功能连接值进行相关分析,并进一步比较两个子集与静息态大脑前额叶功能连接值之间相关关系的差异,从而探究大学生视觉空间推理和言语分析推理的认知神经机制。结果:(1)男、女生视觉空间、言语分析子集得分存在交互作用;(2)静息态前额叶功能连接值与RAPM总分呈显著负相关;(3)静息态前额叶功能连接值与视觉空间推理得分呈显著负相关;(4)女生视觉空间子集得分与静息态前额叶功能连接值呈显著负相关,并且视觉空间、言语分析子集得分与静息态前额叶功能连接相关系数存在明显差异;(5)男、女生静息态前额叶功能连接值与RAPM子集得分的相关关系存在交互作用。由以上结果可知:1、前额叶做为流体智力的核心脑区,其自身静息态的弱功能连接是流体智力加工的神经网络机制之一;2、视觉空间和言语分析子集与静息态前额叶功能连接的相关关系有明显的不同,与男生相比,女生流体智力水平受静息态前额叶功能连接影响更大,进一步表明了流体智力在高级瑞文推理测验子集上具有不同神经机制和推理策略。

关键词：流体智力 fNIRS 静息态功能连接认知神经机制