Аппаратно-программный комплекс для диагностики психофизиологического состояния человека в процессе решения когнитивных задач

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Разработан аппаратно-программный комплекс для диагностики психофизиологического состояния человека в процессе решения когнитивных задач по сигналам электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Проведено сопоставление диагностической способности разработанного комплекса с сертифицированным серийным прибором. Установлены отведения ЭЭГ, позволяющие диагностировать изменение психофизиологического состояния человека на основе анализа изменения спектральной плотности мощности сверхмедленных колебаний (с частотой менее 0.4 Гц) потенциала одноканальной ЭЭГ. Показано, что созданный аппаратно-программный комплекс позволяет диагностировать изменение психофизиологического состояния человека после выполнения им стандартных тестов с дозированной ментальной нагрузкой.

Об авторах

Александр Васильевич Курбако

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-3479-4609
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Алексей Николаевич Храмков

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-0730-6024
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Екатерина Игоревна Боровкова

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-1429-3599
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Елизавета Сергеевна Дубинкина

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-4636-3937
Scopus Author ID: 57221914404
ResearcherId: AGX-2150-2022
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Юрий Михайлович Ишбулатов

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского; Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН

ORCID iD: 0000-0003-2871-5465
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Владимир Иванович Пономаренко

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН

ORCID iD: 0000-0002-1579-6465
Scopus Author ID: 35613865300
ResearcherId: H-2602-2012
410019 Саратов, ул. Зеленая, д. 38

Анатолий Сергеевич Караваев

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-4678-3648
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Михаил Дмитриевич Прохоров

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН

ORCID iD: 0000-0003-4069-9410
Scopus Author ID: 7003520378
ResearcherId: D-6659-2013
410019 Саратов, ул. Зеленая, д. 38

Список литературы

  1. Ильин Е. П. Теория функциональных систем в физиологии и психологии. М. : Наука, 1978. 383 с.
  2. Левитов Н. Д. О психических состояниях человека. М. : Просвещение, 1964. 360 с.
  3. Hebb D. O. Drives and the C. N. S. (conceptual nervous system) // Psychological Review. 1955. Vol. 62, iss. 4. P. 243–254. https://doi.org/10.1037/h0041823
  4. Giannakakis G., Grigoriadis D., Giannakaki K., Simantiraki O., Roniotis A., Tsiknakis M. Review on psychological stress detection using biosignals // IEEE Transactions on Affective Computing. 2022. Vol. 13, iss. 1. P. 440–460. https://doi.org/10.1109/TAFFС.2019.2927337
  5. Kirschbaum C., Hellhammer D. H. Salivary cortisol in psychoneuroendocrine research: recent developments and applications // Psychoneuroendocrinology. 1994. Vol. 19, iss. 4. P. 313–333. https://doi.org/10.1016/0306-4530(94)90013-2
  6. Hanrahan K., McCarthy A. M., Kleiber C., Lutgendorf S., Tsalikian E. Strategies for salivary cortisol collection and analysis in research with children // Appl. Nurs. Res. 2006. Vol. 19, iss. 2. P. 95–101. https://doi.org/10.1016/j.apnr.2006.02.001
  7. Engert V., Vogel S., Efanov S. I., Duchesne A., Corbo V., Ali N., Pruessner J. C. Investigation into the cross-correlation of salivary cortisol and alpha-amylase responses to psychological stress // Psychoneuroendocrinology. 2011. Vol. 36, iss. 9. P. 1294–1302. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2011.02.018
  8. Puterman E., O’Donovan A., Adler N. E., Tomiyama A. J., Kemeny M., Wolkowitz O. M., Epel E. Physical activity moderates effects of stressor-induced rumination on cortisol reactivity // Psychosom. Med. 2011. Vol. 73, iss. 7. P. 604–611. https://doi.org/10.1097/PSY.0b013e318229e1e0
  9. Al-shargie F. M., Tang T. B., Babruddin N., Kiguchi M. Mental stress quantification using EEG signals // International Conference for Innovation in Biomedical Engineering and Life Sciences. 2016. Vol. 56. P. 15–19.
  10. Schleifer L. M., Spalding T. W., Kerick S. E., Cram J. R., Ley R., Hatfield B. D. Mental stress and trapezius muscle activation under psychomotor challenge: A focus on EMG gaps during computer work // Psychophysiology. 2008. Vol. 45, iss. 3. P. 356–365. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2008.00645.x
  11. Dikecligil G. N., Mujica-Parodi L. R. Ambulatory and challenge-associated heart rate variability measures predict cardiac responses to real-world acute emotional stress // Biol. Psychiatry. 2010. Vol. 67, iss. 12. P. 1185–1190. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2010.02.001
  12. Carroll D., Phillips A. C., Der G., Hunt K., Benzeval M. Blood pressure reactions to acute mental stress and future blood pressure status: Data from the 12-year follow-up of the West of Scotland Study // Psychosom. Med. 2011. Vol. 73, iss. 9. P. 737–742. https://doi.org/10.1097/PSY.0b013e3182359808
  13. Setz C., Arnrich B., Schumm J., La Marca R., Tröster G., Ehlert U. Discriminating Stress From Cognitive Load Using a Wearable EDA Device // Transactions on Information Technology in Biomedicine. 2010. Vol. 14, iss. 2. P. 410–417. https://doi.org/10.1109/TITB.2009.2036164
  14. Prokhorov M. D., Borovkova E. I., Hramkov A. N., Dubinkina E. S., Ponomarenko V. I., Ishbulatov Y. M., Kurbako A. V., Karavaev A. S. Changes in the Power and Coupling of Infra-Slow Oscillations in the Signals of EEG Leads during Stress-Inducing Cognitive Tasks // Appl. Sci. 2023. Vol. 13, iss. 14. Article number 8390. https://doi.org/10.3390/app13148390
  15. Borovkova E. I., Hramkov A. N., Dubinkina E. S., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., Ishbulatov Yu. M., Kurbako A. V., Karavaev A. S., Prokhorov M. D. Biomarkers of the psychophysiological state during the cognitive tasks estimated from the signals of the brain, cardiovascular and respiratory systems // Eur. Phys. J. 2023. Spec. Top. 232. P. 625–633. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-022-00734-z
  16. Everly G. S., Lating J. M. The Anatomy and Physiology of the Human Stress Response // A Clinical Guide to the Treatment of the Human Stress Response. Springer, 2013. P. 17–51.
  17. Aladjalova N. A. Infra-Slow Rhythmic Oscillations of The Steady Potential of the Cerebral Cortex // Nature. 1957. Vol. 179. P. 957–959. https://doi.org/10.1038/179957a0
  18. Галимов Н. М., Вильданов Э. Р., Хидиятов И. И., Кальметьев А. Х., Султанов А. Ф., Валиуллин Р. Ч. Сверхмедленные физиологические процессы головного мозга человека и животных в экспериментальных клинических исследованиях // Медицинский вестник Башкортостана. 2009. Т. 4, вып. 3. С. 63–69.
  19. Lorincz M. L., Geall F., Bao Y., Crunelli V., Hughes S. W. ATP-Dependent Infra-Slow (
  20. Knyazev G. G. EEG delta oscillations as a correlate of basic homeostatic and motivational processes // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2012. Vol. 36, iss. 1. P. 677–695. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2011.10.002
  21. Lambertz M., Langhorst P. Simultaneous changes of rhythmic organization in brainstem neurons, respiration, cardiovascular system and EEG between 0.05 Hz and 0.5 Hz // Journal of the Autonomic Nervous System. 1998. Vol. 68. P. 58–77. https://doi.org/10.1016/s0165-1838(97)00126-4
  22. Vandenhouten R., Lambertz M., Langhorst P., Grebe R. Nonstationary Time-Series Analysis Applied to Investigation of Brainstem System Dynamics // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2000. Vol. 47, iss. 6. P. 729–737. https://doi.org/10.1109/10.844220
  23. Ahn J. W., Ku Y., Kim H. C. A Novel Wearable EEG and ECG Recording System for Stress Assessment // Sensors. 2019. Vol. 19, iss. 9. https://doi.org/10.3390/s19091991
  24. Stroop J. R. Studies of interference in serial verbal reactions // Journal of Experimental Psychology. 1935. Vol. 18, iss. 6. P. 643–662. https://doi.org/10.1037/h0054651
  25. Schneider G. M., Jacobs D. W., Gevirtz R. N., O’Connor D. T. Cardiovascular haemodynamic response to repeated mental stress in normotensive subjects at genetic risk of hypertension: Evidence of enhanced reactivity, blunted adaptation, and delayed recovery // Hum. J. Hypertens. 2003. Vol. 17. P. 829–840. https://doi.org/10.1038/sj.jhh.1001624
  26. Электроэнцефалограф-регистратор «Энцефалан-ЭЭГР-19 / 26». URL: http://medicom-mtd.com/htm/Products/eegr-main.html (дата обращения: 11.10.2023).
  27. Максимова М. В., Этуев Х. Х. Опыт применения ЭЭГ в образовании: анализ зарубежных исследований // Отечественная и зарубежная педагогика. 2023. Т. 1, № 2 (91). С. 169–185. https://doi.org/10.24412/2224-0772-2023-91-169-185
  28. Бубнова А. Е. Комплексное использование нейрофизиологических и субъективных критериев развития критического уровня утомления при физиологическом сопровождении операторов МЧС // Журн. мед.- биол. исследований. 2020. Т. 8, № 1. С. 5–13. https://doi.org/10.17238/issn2542-1298.2020.8.1.5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».