论文摘要
放大 缩小

基于前额叶脑电图的儿童情绪、注意力训练系统

高之琳, 崔兴然, 顾忠泽

东南大学生物科学与医学工程学院

儿童情绪能力和注意力控制能力是儿童发展过程中非常重要的两个能力,直接影响儿童成长过程中和成人后的学习、工作和生活。儿童情绪的产生和形成是在2-9岁,所以在此期间对其情绪和注意力进行干预训练是十分有必要的。本文提出一种基于前额叶脑电图的儿童情绪、注意力训练系统。传统量表评估和行为观察等监测手段,存在较大的主观和客观误差,且无法同时跟踪大量样本数据。神经科学界根据脑电波的频率范围,将脑电频率分成5个波段:γ波(频率范围30~50Hz),β波(频率范围13~30Hz),α波(频率范围8~13Hz),θ波(频率范围4~8Hz)及δ波(频率范围0.5~4Hz)。大脑额叶偏侧化是情绪能力主要表现,体现在α波段,通过ln(右侧α波强度)-ln(左侧α波强度)获得情绪指标,静息状态下,若差值为正, 则表明左侧额叶比右侧额叶活动强烈,代表积极情绪。若数值为负, 则表明额叶活动没有出现左侧化,代表消极情绪。而注意力的监测则需要利用β波和θ波,将β波强度/θ波强度作为注意力水平。因此,本系统通过便携式脑电设备采集儿童左右前额叶的脑电图,利用小波变换等手段进行数据预处理后,通过EMD方法提取出特征信号,再利用模式识别技术和机器学习将特征指标映射到情绪、注意力。最终将数据存储至云端,建立大数据库。并利用移动端设备定制训练方案,进行情绪和注意力训练,以此提高儿童的情绪能力、注意力控制的能力,为儿童科学教育提供了更高效、更便捷的新方法。