آخرین مقالات

خانه » پروژه دانشجویی » سایر پروژه ها » دانلود پروژه کمّی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال¬های سایکوفیزیولوژی

دانلود پروژه کمّی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال¬های سایکوفیزیولوژی

چکیده

۱

مقدمه

۲

فصل اول: علم سایکوفیزیولوژی و مفاهیم و مبانی استرس

 

 

               ۱- ۱- تاریخچه علم سایکوفیزیولوژی

۴

               ۱-۲- اصول و مبانی سایکوفیزیولوژی

۷

               ۱-۳- انواع تکنیک­های سایکوفیزیولوژی                                                                              

۱۰

                        ۱-۳-۱- شاخص­های سیستم اعصاب خودکار                                                          

۱۰

                        ۱-۳-۲- اندازه­گیری فعالیت مغزی

۱۱

                        ۱-۳-۳- تشخیص حالات با استفاده از رفتار شخص                                             

۱۵

                 ۱-۴- تعریف استرس

۱۷

               ۱-۵- استرس خوب و استرس بد

۱۹

                 ۱-۶- عوامل برانگیزنده استرس                                                                                                       

۲۰

                        ۱-۶-۱- استرس شغلی

۲۱

               ۱-۷- نشانه­های استرس

۲۳

               ۱-۸- حد مطلوب استرس

۲۴

               ۱-۹- مراحل ایجاد استرس                                                                                        

۲۴

               ۱-۱۰- اثرات استرس بر بدن و بیماری­ها مرتبط با آن

۲۶

              ۱-۱۱- بیوفیدبک

۳۶

                        ۱-۱۱-۱- انواع بیوفیدبک

۳۷

 

 

فصل دوم: سیگنال­های سایکوفیزیولوژیکی وآزمایش ثبت داده

 

 

               ۲-۱- مقدمه   

۳۹

               ۲-۲- پلتیسموگراف

۴۰

                        ۲-۲-۱- فتو پلتیسموگرافی                        

۴۱

                        ۲-۲-۲- روش­های اندازه­­گیری سیگنال فتوپلتیسموگراف

 

۴۱

               ۲-۳- سیستم الکتریکی پوست              

۴۲

                        ۲-۳-۱- تاریخچة کشف فعالیت الکتریکی پوست

۴۳

                        ۲-۳-۲- فواید و مشکلات استفاده از فعالیت الکتریکی پوست (EDA)

44

             ۲-۴- تغییرات نرخ ضربان قلب

۴۶

                        ۲-۴-۱- تاریخچه استفاده از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب 

۴۶

                        ۲-۴-۲- دورنمای فیزیولوژی سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب 

۴۷

                        ۲-۴-۳- تعیین تغییرات نرخ ضربان قلب با استفاده از سیگنال فتوپلتیسموگراف

۴۸

               ۲-۵- مروری بر آزمایش­های استفاده شده در تحقیقات

۵۱

                        ۲-۵-۱- آزمایش بر اساس بازی کامپیوتری

۵۱

                        ۲-۵-۲- آزمایش بر اساس پروتکل رانندگی اتومبیل

۵۴

                        ۲-۵-۳- آزمایش بر اساس نمایش فیلم

۵۷

               ۲-۶- آزمایش طراحی­ شده در این تحقیق

۵۹

               ۲-۷- سوژه­های تحقیق

۶۲

فصل سوم: پردازش سیگنال­های سایکوفیزیولوژیکی

 

 

                 ۳-۱- مقدمه

۶۴

                 ۳-۲- پردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف

۶۶

                         ۳-۲-۱- پیش­پردازش سیگنال فتوپلتیسموگراف

۶۶

                         ۳-۲-۲- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال PPG

70

                         ۳-۲-۳- استخراج ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال PPG

72

                 ۳-۳- پردازش سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

۷۵

                         ۳-۳-۱- استخراج ویژگی از سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب

۷۵

                                    ۳-۳-۱-۱- استخراج ویژگی در حوزه زمان از سیگنال HRV

75

                                    ۳-۳-۱-۲- استخراج ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال HRV

76

                                    ۳-۳-۱-۳- استخراج ویژگی در حوزه زمان-فرکانس از سیگنال HRV

77

                                    ۳-۳-۱-۴- استخراج ویژگی­های غیرخطی از سیگنال HRV

78

                 ۳-۴- پردازش سیگنال هدایت الکتریکی پوست

۸۵

                         ۳-۴-۱- استخراج ویژگی از سیگنال هدایت الکتریکی پوست

۸۷

                 ۳-۵- نرمال کردن ویژگی­ها

 

۸۸

فصل چهارم: انتخاب ویژگی­های بهینه و تفکیک سطوح استرس

 

      ۴-۱- مقدمه

۸۹

      ۴-۲- شبکه­های عصبی

۹۰

           ۴-۲-۱- شبکه­های عصبی پرسپترون چند لایه

۹۰

           ۴-۲-۲- توابع فعالیت

۹۱

           ۴-۲-۳- الگوریتم به روز رسانی وزن­ها

۹۱

           ۴-۲-۴- بایاس لایه­ها

۹۲

           ۴-۲-۵- روش آموزش شبکه

۹۲

      ۴-۳- ترکیب شبکه­های عصبی و الگوریتم ژنتیک

۹۲

           ۴-۳-۱- اصطلاحات ژنتیک

۹۳

           ۴-۳-۲- اجزاء الگوریتم ژنتیک

۹۳

           ۴-۳-۳- طراحی تابع برازندگی و رشته­ها

۹۴

           ۴-۳-۴- نتایج تفکیک­ به روش ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک

۹۵

      ۴-۴- نتایج تفکیک به روش آنالیز تفکیکی قدم به قدم

۹۹

      ۴-۵- ماشین­های بردار پشتیبان

۱۰۳

           ۴-۵-۱- نتایج تفکیک­ به روش ماشین­های بردار پشتیبان

۱۰۵

      ۴-۶- مقایسه تحلیل خطی و غیرخطی سیگنال HRV

108

      ۴-۷- مقایسه تفکیک­کننده­های استفاده­شده در این تحقیق

۱۱۲

      ۴-۸- تفکیک سطوح استرس بر اساس رأی­گیری

۱۱۳

      ۴-۹- شاخص استرس

۱۱۵

          ۴-۹-۱-  شاخص بر اساس ویژگی­های بهینه  سیگنال HRV در روش LDA

115

          ۴-۹-۲-  شاخص NSRPIAD

 

۱۱۹

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

 

      ۵-۱- بحث و نتیجه­گیری

۱۲۳

      ۵-۲- پیشنهادات

۱۲۶

 

     مراجع

 

۱۲۸

    پیوست۱

۱۳۳

    پیوست۲

۱۳۸

 

چکیده

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.

مقدمه

در علوم روانشناختی، شناخت فهم، ادراک و احساسات بر اساس ماهیت آنها صورت می­گیرد. اما می­توان از طریق علائم فیزیکی نیز به ارتباط بین مغز و فکر انسان و رفتارهای او پی برد. علم سایکوفیزیولوژی که حوزه­ جدیدی از شناخت مسائل روحی و روانی انسان با استفاده از نشانه­های فیزیولوژیکی ناشی از آن می­باشد، این امکان را فراهم می­سازد. در سایکوفیزیولوژی به نحوه تفکر و ادراک از ساختار فیزیکی نشانه­های آن نگاه می­کنیم و در این حالت اگر جنبه­های ساختاری و عملیاتی این جسم فیزیکی در ارتباط با جنبه­های خارجی فعالیت آن مورد توجه قرار گیرد، تفکر و احساسات فرد قابل فهم خواهد بود.

 هر فردی استرس را در زندگی خود تجربه کرده است و در واقع استرس بخشی از زندگی انسان شده است.  استرس عبارت است از حالت اضطراب و فشار درونی که انسان برای مواجه شدن با خطر یا مشکلات جدّی با ترشح هورمون­هایی خود را برای مقابله آماده می­کند که البته تا این حد خوب و برای روند زندگی لازم است. ولی هرگاه در فردی استرس توسعه پیدا کرد و این حالت در طول روز و بدون علت منطقی مشاهده شد می­گوئیم فرد دچار استرس بیش از حد است. استرس علاوه بر اثرات روانی، پیامدهای جسمی متعددی از جمله سکته های مغزی، قلبی، فشارخون، پوکی استخوان، زخم معده و بیماری­های روحی – رفتاری دارد و هیچ عضو یا ارگانی از بدن از اثرات استرس مصون نیست. از این­رو ارائه روشی که بتوان میزان استرس فرد را سنجید و به منظور کاهش آن، به فرد فیدبک کرد بسیار ضروری و مفید است.

با توجه به ارتباط بین حالت روحی استرس و فعالیت سیستم اعصاب خودکار در این تحقیق سعی بر آن شد که جنبه­های مختلف این ارتباط، بین حالات روحی و فیزیولوژی بدن انسان، مورد بررسی قرار گیرد و بر این اساس به کمی سازی سطح استرس جهت اهداف و کاربردهای مختلف پرداخته شود.

برای رسیدن به هدف این تحقیق ابتدا لازم بود شناخت جامعی نسبت به حوزه­های مختلفی که در علم سایکوفیزیولوژی وجود دارد، بدست آوریم. بدین منظور در فصل اول ضمن توصیف کامل علم سایکوفیزیولوژی، ارتباط آنرا با علوم دیگر مانند آناتومی، فیزیولوژی و روانشناختی بیان می­کنیم. در ادامه انواع سیگنال­های کاربردی در علوم سایکوفیزیولوژی و روش­های اندازه­گیری آنها مطرح
می­شود و نهایتا استرس و عوارض متعدد آن معرفی شد.

پس از آنکه در فصل اول با مبانی علم سایکوفیزیولوژی و حالت روحی استرس آشنا شدیم در فصل دوم سیگنال­های سایکوفیزیولوژی (GSR ,PPG ,HRV) که در این تحقیق استفاده شد، مورد بحث قرار گرفت. در این فصل روش مختلف اندازه­گیری این سیگنال­ها، تاریخچه و تأثیر آنها بر روی سیستم اعصاب خودکار بیان شد. همچنین در این فصل مروری بر تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته و آزمایشات ثبت داده مختلف که در آنها استفاده شده است، آمده است. طرح­های اولیه و نهایی آزمایش ثبت داده­ای که در این تحقیق استفاده شد، در انتهای این فصل به تفضیل توضیح داده شده است.

در فصل سوم روش­های مختلف پیش­پردازش و پردازش سیگنال­های استفاده شده در این تحقیق مطرح شده است. در این فصل ابتدا پیش­پردازش­های مختلف سیگنال PPG و ویژگی­های مختلف آن در حوزه زمان و فرکانس توضیح داده شد و سپس انواع مختلف پردازش سیگنال HRV اعم از خطی و غیرخطی همچون معیار پوآنکاره، بعد فرکتال و … بحث شده است. در انتها، ویژگی­های مختلف سیگنال GSR که در حوزه زمان می­باشد، معرفی شده است. لازم به ذکراست که کلیه ویژگی­هایی که از سیگنال HRV استخراج شده است، از سیگنال  RRI نیز استخراج شد.

در فصل چهارم، با توجه به ویژگی­های استخراج­شده از سیگنال­ها، عملیات تفکیک سطوح مختلف استرس انجام شد. در این فصل از سه طبقه­بندی­کننده LOO ,SVM و ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. ابتدا ویژگی­های بهینه هر سیگنال به طور مجزا توسط هر روش تعیین و طبقه­بندی صورت می­گیرد و با مقایسه میزان صحت تفکیک بهترین حالت در تفکیک، در هر روش انتخاب شد. همچنین مقایسه بین روش­های مختلف طبقه­بندی صورت گرفته است. در نهایت دو شاخص برای کمّی کردن استرس معرفی شده است.

در فصل آخر این تحقیق به جمع­بندی نتایج پرداخته شده و روش­های مختلف استفاده شده در این تحقیق مورد بحث قرار گرفت و در نهایت پیشنهاداتی جهت ادامه کار ارائه شده است.

خــریــد ایــــن فـــایــــل

مطالب شابه مطلب فوق