ГЕНЕРАТОР ПОТОКА ВОЗДУХА ДЛЯ БИОТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЭМОЦИЙ

Генератор потока воздуха для биотехнической установки для мониторинга эмоций
Полезная модель относится к области медицины и медицинской техники, в частности к устройствам для мониторинга состояния живого организма по речевому сигналу и электроэнцефалограмме, и может быть использована в нейрофизиологии и психофизиологии.
Известна система для мониторинга эмоций («Система для восстановления эмоционально-аффективных состояний человека», RU 63201 U1, опубликовано 27.05.2007). В состав системы входят компьютерный электроэнцефалограф, с соответствующим программным обеспечением, позволяющий проводить запись, регистрацию, амплитудный, спектральный анализы и сохранение результатов через компьютер и визуально наблюдать все результаты на мониторе, компьютерная программа звукозаписи для создания и записи бинауральных ритмов, стереонаушники с регулятором громкости для воспроизведения звуковых ритмов в различных известных форматах через разъем звуковой карты компьютера, причем на компьютере генерируются сигналы синусоидальной формы, отдельно в правый канал звукозаписи несущей частоты, и в левый канал по частоте больше, чем в правый на величину, соответствующую установленным индивидуальным средним частотам альфа или бета-диапазона, с точностью до десятых или сотых долей Гц. Работа системы основана на использовании бинауральных ритмов, которые соответствуют индивидуальным пространственно-временным характеристикам электрической активности мозга, определяющих тип патологических изменений и эмоционально-аффективных состояний человека.
Недостатком данной системы является узкая функциональная возможность, определяемая тем, что для мониторинга эмоций испытуемого применяется только один тип предъявляемого стимула, а именно предусмотрена подача акустических сигналов, и используется только один канал регистрации откликов испытуемого - запись электроэнцефалограммы.
Наиболее близкой по технической сущности к полезной модели является биотехническая установка для мониторинга эмоций («Method for а classification guilty knowledge test and integrated system for detection of deception and information)), US 2005/0143629 A1, опубликовано 30.06.2005), содержащая устройство управления, выполненное с возможностью подключения к персональному компьютеру оператора. Персональный компьютер включает электроакустический преобразователь и монитор для предъявления акустических и визуальных стимулов испытуемому. Комплект электроэнцефалографических электродов для длительной регистрации электроэнцефалограмм, соединен с устройством усиления и аналого-цифрового преобразования сигналов, которые подключены к персональному компьютеру оператора, снабженному монитором. Работа установки основана на комплексном анализе предложенного ряда показателей электроэнцефалограммы и других физиологических сигналов испытуемого. Снятие сигналов с испытуемого проводится непрерывно, вне зависимости от его состояния. По изменениям электроэнцефалограммы испытуемого, вызванным предъявляемыми ему визуальными и акустическими стимулами, определяется ряд показателей, по которым судят о состоянии испытуемого и его видоизменениях (ложь, правда, эмоция).
Недостатком указанной установки являются ограниченные функциональные возможности, определяемые тем, что устройство предъявления стимулов воздействует только на слуховые и зрительные анализаторы испытуемого.
Задачей полезной модели является создание генератора потока воздуха для биотехнической установки для мониторинга эмоций, обладающей расширенными функциональными возможностями и позволяющей осуществлять регистрацию изменений электроэнцефалограммы и речи испытуемого при восприятии визуальных, акустических и обонятельных стимулов.
Технический результат - расширение функциональных возможностей биотехнической установки для мониторинга эмоций.
Технический результат достигается тем, что генератор потока воздуха для биотехнической установки для мониторинга эмоций включает устройство управления, выполненное с возможностью подключения к персональному компьютеру оператора. Согласно полезной модели, выход устройства управления подключен к генератору потока воздуха, содержащего пары жидкого пахучего вещества и выполненного в виде проточной камеры с входным и выходными каналами, во внутренней полости которой последовательно по потоку воздуха размещены побудитель расхода и емкость с жидким пахучим веществом, снабженная крышкой, механически соединенной с приводом возвратно-поступательного движения, подключенного к устройству управления.
Заявленная конструкция позволяет выявлять изменения эмоционального состояния испытуемого, путем предъявления ему обонятельных стимулов через генератор потока воздуха, содержащего пары жидкого пахучего вещества.
По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Генератор потока воздуха для биотехнической установки для мониторинга эмоций поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема установки.
Устройство содержит персональный компьютер 1 с электроакустическим преобразователем 2 и монитором 3 для предъявления акустических и визуальных стимулов испытуемому 4, комплект 5 электроэнцефалографических электродов для длительной регистрации электроэнцефалограмм, соединенный с устройством 6 усиления и аналого-цифрового преобразования сигналов, подключенным ко второму персональному компьютеру 7, снабженному монитором 8 для оператора 9. Установка также содержит акустоэлектрический преобразователь 10, расположенный относительно испытуемого 4 с возможностью восприятия его речевых сигналов, генератор 11 потока воздуха, содержащий пары жидкого пахучего вещества 21, расположенный с возможностью поступления создаваемого им потока к обонятельному анализатору испытуемого 4, устройство 12 управления генератором 11 потока воздуха, маршрутизатор 13. При этом выход 14 акустоэлектрического преобразователя 10 и вход 15 устройства 12 управления подключены ко второму персональному компьютеру 7. Выход 16 устройства 12 управления подключен к генератору 11 потока воздуха, а персональные компьютеры 3 и 8 соединены между собой маршрутизатором 13. Генератор 11 потока воздуха, содержащего пары жидкого пахучего вещества, выполнен в виде проточной камеры 17 с входным 18 и выходным 19 каналами, во внутренней полости которой последовательно по потоку воздуха размещены побудитель 20 расхода и емкость 21 с жидким пахучим веществом 22, снабженная крышкой 23, механически соединенной с приводом 24 возвратно-поступательного движения, который электрически подключен к устройству 12 управления.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Испытуемый 4, с размещенным на нем комплектом 5 электроэнцефалографических электродов для длительной регистрации электроэнцефалограмм, располагается в кресле в сидячем положении на фиксированном расстоянии от генератора 11 потока воздуха, акустоэлектрического преобразователя 10 и персонального компьютера 1 с электроакустическим преобразователем 2 и монитором 3. Оператор 9 дистанционно управляет компьютером 1 с помощью второго компьютера 7, применяя для передачи управляющих команд маршрутизатор 13, персональные компьютеры 1 и 7 снабжены соответствующим программным обеспечением. Оператор 9, используя компьютер 1, выбирает канал предъявления стимулов испытуемому 4 и осуществляет запуск программы предъявления визуальных стимулов через монитор 3 и (или) запуск программы предъявления акустических стимулов с помощью электроакустического преобразователя 2. Соответствующие визуальные и акустические стимулы, воздействующие на слуховые и зрительные анализаторы испытуемого 4, берутся из базы данных стимулов, находящейся на жестком диске компьютера 1, на котором также установлены программы предъявления визуальных и акустических стимулов.
1
1
Оператор 9, используя компьютер 7, дистанционно, через устройство 12 управления, управляет предъявлением обонятельных стимулов испытуемому 4 с помощью генератора 11 потока воздуха, содержащего пары жидкого пахучего вещества 22, работа которого осуществляется следующим образом. Воздух непрерывно прокачивается побудителем 20 расхода через входной канал 18 и выходной канал 19 проточной камеры 17. Создаваемый генератором 11 поток воздуха, проходя через емкость 21 с жидким пахучим веществом 22, снабженную крышкой 23, поступает к обонятельному анализатору испытуемого 4. Для подачи обонятельного стимула оператор 9 подает управляющую команду на вход 15 устройства управления 12, включающую привод возвратно-поступательного движения, который поднимает крышку 23. Пары жидкого пахучего вещества 22, появляющиеся из емкости 21, смешиваются с воздухом, и поток в течение отрезка времени tподается на обонятельный анализатор испытуемого 4. По истечении отрезка времени t оператор 9 подает управляющую команду на вход 15 устройства 12 управления, отключающую привод возвратно-поступательного движения, который опускает крышку 23, в результате к обонятельному анализатору испытуемого 4 начинает поступать поток воздуха, не содержащего паров жидкого пахучего вещества 22.
2
2
2
При восприятии испытуемым 4 стимулов (визуальных, акустических, обонятельных) происходит непрерывная регистрация его электроэнцефалограммы. Электрический сигнал активности головного мозга испытуемого 4 передается от комплекта 5 электроэнцефалографических электродов в устройство 6 усиления и аналого-цифрового преобразования сигналов, где происходит усиление сигнала и его оцифровка. Оцифрованный сигнал поступает в компьютер 7 и регистрируется в течение отрезка времени t. Оцифрованный сигнал, длительностью t, сохраняется в базе данных электроэнцефалограмм испытуемых, установленной на жестком диске компьютера 7. По истечении отрезка времени t по голосовой команде оператора 9 испытуемый 4 произносит контрольную фразу, и соответствующий акустический сигнал, преобразованный с помощью акустоэлектрического преобразователя 10 в электрический сигнал, поступает через выход 14 акустоэлектрического преобразователя в компьютер 7 и подвергается оцифровке. Оцифрованный сигнал определенной длительности сохраняется в базе данных речевых сигналов испытуемых, установленной на жестком диске компьютера 7.
Обработка сохраненных оцифрованных сигналов осуществляется с помощью разработанной авторской программы, установленной на жестком диске компьютера 7. С целью удаления из сигналов помех (вибраций, сетевых наводок) производится предобработка сигналов, состоящая из процедур фильтрации и нормализации. По паттернам электроэнцефалограмм и речевых сигналов, взятых из соответствующих баз данных, формируются две модели, включающие компоненты, для расчета которых используются спектральные плотности мощности (S), и компоненты, вычисляемые на основе двухмерных проекций реконструкции аттракторов (R) [1]. Для классификации моделей электроэнцефалограмм и речевых сигналов созданы две автономные нейроподобные иерархические структуры [2], каждая из которых описывает три класса эмоциональных реакций испытуемого (положительные, отрицательные, нейтральные). Для каждой модели рассчитывается степень ее соответствия каждому классу. В итоговом заключении указывается класс, степень соответствия которому оказалась максимальной.
Создан лабораторный макет генератора потока воздуха для биотехнической установки, проведены его успешные испытания в условиях научно-исследовательской лаборатории на экспериментальных выборках нескольких групп испытуемых, имеющих возрастные, тендерные и национальные особенности. Экспериментальным путем доказана высокая точность классификации образцов речи с положительными и отрицательными эмоциями, ошибка классификации с помощью построенных нейроподобных иерархических структур составляет не более 8%. Экспериментально доказана инвариантность признаков S и R. Универсальность признаков S и R доказана успешными экспериментами с образцами русской, немецкой и французской речи.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- объективное подтверждение изменений эмоционального состояния испытуемого;
- возможность изменять каналы восприятия стимула путем создания и предъявления испытуемому информации разной физической природы;
- инвариантность моделей сигналов к виду канала регистрации.
Установка может найти применение для построения индивидуальных моделей эмоционально окрашенной речи и прогнозирования с их помощью эмоционального состояния субъектов по результатам речевой коммуникации, возникающей в процессе контакта пациента с врачом.
Библиографический список:
1. Сидоров К.В., Филатова Н.Н. Автоматическое распознавание эмоций человека на основе реконструкций аттракторов образцов речи // Программные системы и вычислительные методы. №1 (1). 2012. С. 67-79.
2. Филатова Н.Н., Сидоров К.В., Ханеев Д.М. Применение нейроподобной иерархической структуры для классификации знака эмоций // XVI
Всероссийская научно-техническая конференция «НЕЙРОИНФОРМАТИКА-2014» с международным участием: Сборник научных трудов в 3-х частях. Ч. 2. М.: НИЯУ МИФИ, 2014. С. 291-300.