基于脑电波的便携式睡眠质量监测系统

基于脑电波的

便携式睡眠质量监测系统

金旭扬

导师：华东理工大学信息学院万永菁

上海中学信息学科组吴奕明

摘要

睡眠是人体重要的生理活动，睡眠质量近年来受到高度关注；本文从脑电波角度探寻睡眠监测的有效易行方法，从软硬件角度设计了便携式睡眠质量监测系统。研究分析便携式脑电采集设备采集的数据和CAP睡眠脑电数据库，用功率谱分析和BP神经网络探究了睡眠分期的有效算法。实验进行了初步的睡眠分期与质量评估，证明了便携式睡眠质量监测系统的准确性及利用脑电数据进行睡眠分期的有效性。本课题研究，提出了利用单导连脑电信号进行睡眠分期的可行性，为之后研究便携式、市场化的睡眠监测设备以及其他应用提供了重要的实验参考依据。

关键词：脑电；脑机接口；睡眠监测；睡眠分期；BP神经网络

一、引言

1.1 睡眠质量研究背景及意义

睡眠是一种重要的生理现象。从生到死，人类始终是在觉醒和睡眠中度过。人类通过高质量的睡眠，可以消除疲劳，更好地恢复精神和体力，使人在睡眠之后保持良好的觉醒状态，提高工作、学习效率。

人类用于睡眠的时间占人一生中的三分之一。然而迄今我们对这一重要的生理现象的认识还微乎其微，对睡眠进行科学的研究只有短短的几十年历史。1937年，Lomis、Harvey和Hobart注意到，睡眠不是处于一种稳定状态，而是要发生一系列非常有规律的周期性变化。[1]

1986年，Rechtschaffen等人重新肯定了Dement和Kleitman的分期标准，并根据十年来的经验作了一些必要的修改和补充，使之更趋完善。[2]

2007年，美国睡眠医学会基于上述标准进行改进，发布了新的睡眠分期专业标准，其中规定了各个指标具体的采集标准及判定方法。[3]

1.2 脑电信号分析方法综述

随着电子技术的发展，数字处理技术逐步应用到EEG的分析中来。经典的EEG分析方法有：以分析EEG波形的几何性质，如幅度、均值、峭度等为主的时域分析方法和以分析EEG 各频率功率、相干等为主的领域方法。早在70年代初，W.C.Yeo和J.P.Smith[4]就应用Walsh谱分析离线地研究了一个处于睡眠状态的男性的三段脑电图。https://www.wendangku.net/doc/756238970.html,rsen等[5]应用Walsh顺序的Walsh函数对EEG进行展开，并定义了双值自相关函数，尔后讨论了可以按双值自相关函数来显示各种睡眠EEG的特征。

1982年，美国物理学家Hopfield提出了HNN模型，从而有力地推动了应用神经网络方法解释许多复杂生命过程的进展。自八十年代末以来，人工神经网络的应用已涉及到了脑电分析的各个方面，其中包括自发脑电的睡眠分级及睡眠EEG分析。S.Roberts和L.Tarassenko[6,7]把人工神经网络应用于睡眠EEG的自动分析。他们采用无监督学习网络对大量没有经过人工判别的数据进行自组织分类，少量的经过人工判别的标准样本则用来自组织分类结果做解释和量化，从而在网络中形成了8个聚类区。根据EEG在8个聚类区之间随时间运动的轨迹可以对一夜的睡眠状况有定性的了解。[8]

1.3 脑电监测设备介绍

目前，脑电监测设备大致有二：

一为大型的、医院专用的多导睡眠监测系统。这种系统需要测量多导连的脑电图、眼电图、肌电图、口鼻气流、呼吸运动、血氧饱和度等众多指标，且有严格的判定规则、需要专业知识。[3]

二为便携式脑机接口设备。此类设备通常体积小、使用方便、成本也较低，测量的脑电图多为单导连，但由于获取的数据用途较为单一，可以很好地完成睡眠监测的任务。[9]

1.4 课题研究目标

本课题利用便携式脑电波采集设备实时获取脑电数据，并且与终端设备通讯实时存储、分析数据。利用Windows、Android等移动平台下编写的软件实现此功能，实现人体的睡眠监控。

二、方法和假设

2.1 系统软硬件平台的基本架构

2.1.1 睡眠质量监测系统的硬件组成

用于采集数据的设备是宏智力公司出品的Brainlink意念力头箍，它采用基于Neurosky 芯片平台的Thinkgear芯片，主要用于检测脑电信号。实验采用手机（Android）系统和电脑（Windows）系统作为采集终端。

图2-1 睡眠质量监测系统框图

图2-2 宏智力公司出品的Brainlink意念力头箍

2.1.2 睡眠质量监测系统的数据采集方式

NeuroSky的脑电波采集设备较为轻便，只有前额、左耳垂两个电极（一导连）。设备采用AAA电池供电，根据介绍续航能力有8小时（若再并联一颗电池可以更长），没有传统脑电采集中与脑电频段接近的50Hz工频交流干扰信号。设备采用无线蓝牙连接，更有利于睡眠时数据的传输；耳垂采用导电夹，容易固定；利用心电图电极片改装前额电极，也可以弥补原本接触不良的缺点。

为了完成单向传输数据的目的，使用的蓝牙模拟串口（发送）芯片能耗低、续航能力强、编程较为简易。接收端可以是任何蓝牙4.0设备，只需一次配对后就可自动连接，对于手机、电脑硬件的要求不高。

初步测试时，采集使用的是Microsoft Windows平台，使用Neurosky提供的API接口，在Visual C++上编写简单的程序即可完成数据的存盘。采样频率约为513.5Hz，远高于脑电信号的最高有效频率30Hz的两倍，符合采样定理。

图2-3 Windows 7下的采集、分析软件

利用Neurosky提供的Android API接口，在Android平台下的脑电波预览、采集工作也得以完成，程序可以在后台运行，并且将采样数据即使存盘，在实际使用过程中更为方便，也省去了用电脑建立连接、定义接口的繁杂步骤，适合移动平台。

图2-4 Android下的采集、预览软件

2.2 基于脑电信号的睡眠质量监测方法

2.2.1 脑电信号预处理方法

脑电波在时域上属于非平稳随机信号，实验中采集的脑电波只有一导连，因此信号不稳定、噪波严重。需要经过初步的低通数字滤波预处理。为方便起见，频率衰减带上限取到高于脑电波分析中有效频率30Hz的50Hz。

数字滤波器包括有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器两大类。FIR滤波器可以得到严格的线性相位，相比IIR需要采用较高的阶数（约是IIR的五至十倍），但软件实现方便。[10]

假设FIR滤波器的单位冲击响应h(n)为一个长度为N的序列，那么滤波器的系统函数为：

(2-1)

上式的差分形式为：

(2-2)

(n)一定是无限时宽的，无法实由于理想滤波器在边界频率处不连续，故其时域信号h

d

现。因此，需要把具有理想线性相位特性的滤波器曲线用窗函数截取：

(2-3) 这种设计思想称为窗函数设计法。

其中，常用的汉明窗（Hamming Window）函数如下：

(2-4) 幅值函数为：

(2-5)[11]使用Matlab的fir1工具设计300点的FIR低通滤波器，采用汉明窗，以512Hz作为采样频率，50Hz作为率减带，得到的滤波器幅频响应曲线如下：

图2-5 300点低通滤波器幅频响应曲线

（采用归一化角频率，2π即为实际采样频率的512Hz）

2.2.2 脑电信号的频域分析

脑电波按频率从高到低划分依次为：β波(14~30Hz)，α波(8~14Hz)，θ波(4~8Hz)，δ

表2-1 脑电波的频段划分以及不同类型脑电波所反映出的脑部精神状态[12]离散时间序列x(n)的傅立叶（Fourier Transform）变换是：

(2-6) 如已知随机信号x(n)的自相关函数r(k)，那么功率谱密度函数就定义为：

(2-7) 功率谱函数的另一定义是：

(2-8) 理论上，离散信号处理方法对有限带宽的信号能做准确分析，但有限带宽信号在时域上是无限长的，只取其中有限长的一段进行傅立叶变换，相当于在原信号上加了矩形窗运算。加窗在频域上，对原功率谱起到了平滑的作用。

(2-9)[13]其中，w(n)表示窗口函数。常用的窗有三角窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。这些窗的旁瓣电平比矩形窗低，但分辨率也较矩形窗低。[14]这里使用的是汉明窗，在2.2.1节已有详细介绍。

2.2.3睡眠分期判定的改进算法

表2-2 睡眠分期的脑电标准[3]

其中，非快速眼动期睡眠深度从深到浅，依次是：N3、N2、N1。

人工神经网络（Artificial Neural Network）是由大量简单的处理单元广泛连接组成的复杂网络，用于

模拟人类大脑神经网络的结构和行为。它反映了人脑功能的许多基本特性，但它并不是人脑全部的真实写照，而只是对其作某种简化、抽象和模拟[15]。

在各种学习算法中，多层网络的反向传播算法（简称BP算法）应用最为广泛。BP算法最早是由Werbos在1974年提出来的，Rumelhart等人于1985年发展了该理论，提出了清晰而又严格的算法。BP算法适用于前向网络，它采用有导师学习的训练形式，提供输入矢量集的同时提供输出矢量集，通过反向传播学习算法，调整网络的连接权值，以使网络输出在最小均方差意义下，尽量向期望输出接近，反向学习的进程由正向传播和反向传播组成。在正向传播过程中，输入信息经隐含神经元逐层处理并传向输出层，如果输出层不能得到期望的输出，则转入反向传播过程，将实际输出与期望输出之间的误差沿原来的连接通路返回，通过修改各层神经元的连接权值，使误差减小，然后转入正向传播过程，反复循环，直至误差小于给定的值为止。

设有N个训练对组成的训练集，每一个训练对用输入矢量X

i = (x

i1

, x

i2

,… , x

im

)和输出

矢量D

i =(d

i1

, d

i2

,… , d

in

)， 1≤ i≤ N。在前向传播中，把X

i

作为网络的输入，根据现有

的W计算网络的输出Y

i =(y

i1

, y

i2

,… , y

in

)。比较实际输出Y

i

与期望输出D

i

之间的差异，计

算每一个输出单元的平方误差(y

ij - d

ij

)2， 1≤j≤n。把这些误差进行加总得到误差函数：

(2-10)

所要做的就是通过改变W来减小E，以使得所有的输入矢量都尽量与相应的输出矢量相匹配。因此学习的过程就转化为定义在权值空间上的目标函数E的极小化问题。

在训练过程中总是以尽可能快的减小E的方式进行。一般它依赖于在权值空间中是否沿

梯度方向搜索，所以采用梯度下降法来训练权值。每一个权值w

ij 的变化量△w

ij

按如下方式

计算：

(2-11) 其中Z为学习率，是控制算法收敛速度的参数。

在第一阶段得到的总误差平方和又在第二阶段被一层一层地反向传播回去，从输出单元

到输入单元。权值的调整决定于传播过程中的每一步。由于I

i 、f

i

和E都是连续可微的，因

此，可以应用以下公式计算△E/△w

ij

的值：

(2-12)

W的修改可以有两种方式，一是对于每一训练对(X

i , D

i

)都修改一次W，另一种方式是输

入全部的训练对后再加总△w

ij

并进行修改。训练矢量集中训练对的数目称为一个epoch。当epoch不是非常大的时候，后一种方式能够加快收敛的速度。因为第一种方式只能针对某一特定的训练对减小误差函数，而可能增大其它训练对的误差函数；第二种方式总是以减小总体误差函数为目标的。所以采用第二种方式[16]。

图2-6 BP神经网络结构图

三、数据记录与分析

3.1 系统各部分效果验证

3.1.1 滤波器效果验证

为了验证实时滤波的效果以及硬件性能，在清醒时采集的脑电波中截取了一段约4秒的信号进行验证。经过检验，滤波器效果良好，经过实时滤波的数据已经符合脑电波分析的要求。

图3-1 滤波前后的脑电信号波形对比（采样率512Hz）

图3-2 滤波前后的脑电信号频谱对比（采样率512Hz）

3.1.2 加窗频域分析效果验证

由于睡眠深时低频率的脑电波所占功率比例会增强，睡眠浅时会减弱，因此使用单一频段的波所占功率比例可以简单判读睡眠的深浅程度。

实验对象佩戴脑电采集设备一晚上约九小时的睡眠初步验证，每30秒数据、加汉明窗频域分析了δ波（0.5~4Hz）所占的功率比例，得到了如下的图像。经过比对与参考，该图像已能大致反映睡眠的深浅程度，符合人体睡眠周期的客观规律。加窗频域分析的效果，得以验证。

图3-3 加窗频域分析后所得δ波所占的功率比例

3.2 睡眠分期判定方法

3.2.1 睡眠深浅的目测方法

实验对象佩戴脑电采集设备，未服用任何辅助药物或干预治疗，进行了连续五晚的睡眠脑电波采集。受试者身体健康，入睡时间正常且有规律，睡眠周期较为完整。由于睡眠监测实验的“第一晚效应”，即受试者在第一次佩戴设备时难以入睡、或是睡眠期间易惊醒、没有完整的睡眠周期的情况，因此只采用了第二晚至第五晚的数据进行分析。采样频率固定为512Hz，每晚的睡眠连续时长均超过6小时。

多次取连续十分钟（600秒）片段，每30秒加汉明窗频域分析得到了各频段的脑电波所占的功率比例。目测发现，有如下规律：δ波和α波频率的峰或谷出现的位置大都重合，即一种波形的频率处于峰值时，另一种波形的频率处于谷值。在经过数十次的非连续采集片段分析后，确认了本次实验中上述规律的普遍性。

图3-4 δ波和α波频率比例的峰或谷出现的位置重合

3.2.2 BP神经网络分析

由于条件的限制，难以用本次实验所用的便携式设备获取大量、准确的脑电波数据，也难以得到由医生给出的专业睡眠分期判断。这部分研究采用从PhysioNet[17]获得的CAP睡眠脑电数据库[18]进行分析和算法验证。该睡眠监测实验在意大利帕尔马的Ospedale Maggiore 睡眠障碍研究中心进行。此数据库有108例多导睡眠记录，每例至少记录了三导连的脑电信号（根据10-20国际通用系统，电极为：F3或F4、C3或C4、O1或O2，以A1或A2作为参考电极）。其中的16例由健康的成年受试者完成，这16名受试者无神经系统疾病，未使用会影响中枢神经的药物。受试者为9名女性、7名男性，年龄从23岁至42岁不等。此外，在睡眠中心接受过训练的神经病学家，还根据Rechtschaffen&Kales[2]规则对每一例记录进行了以30秒为一间隔的睡眠分期。

值得注意的是，R&K规则中把NREM睡眠分成了四个阶段，由浅至深依次为S1至S4。在美国睡眠医学会基于上述标准的改进中，S3和S4被合并为N3。本实验中，算法输入和输出的睡眠分期数据均已把二者合并。

为了验证神经网络的可行性与操作性，实验先提取第一位受试者（37岁、女性）的C4-A1导连脑电波片段进行分析。根据数据附带的睡眠分期注释，对于睡眠的六个分期（这里以W、S1、S2、S3、S4、REM计），都各自随机选出三个片段，共18个。每一片段时长一分钟，采样率512Hz，且片段彼此之间并不重合或者连续。在Matlab中，利用前文所提方法，把一分钟的数据加汉明窗功率谱分析，取δ波所占的功率比例作为横轴，α波所占的功率比例作为纵轴，以不同颜色分别标出各个阶段画出了散点图。从图中，可以发现代表六个睡眠阶段的点，彼此之间已经可以大致进行区分。另外，由于在实际实验中会合并S3和S4，且会增加一个输入变量——θ波所占的功率比例，利用BP神经网络进行验证的方法的可行性得以证明。

图3-5 第一位受试者的睡眠阶段散点图

实验提取第一、二、五、十、十一、十二位受试者（三位男性，年龄23岁、29岁、34岁；三位女性，年龄28岁、35岁、37岁）的脑电波片段进行分析，每位受试者、每个睡眠阶段，各选两个不连续片段，作为学习样本。片段的采样率均为512Hz，均为C4-A1导连。受试者身体良好，睡眠较为完整。

设计实验所需的BP网络时，输入层有三个节点，即δ波、θ波和α波所占的功率比例，以-1至1分别进行归一化处理。输出层有五个节点，分别为(1, 0, 0, 0, 0)、(0, 1, 0, 0, 0 )、(0, 0, 1, 0, 0 )、(0, 0, 0, 1, 0 )、(0, 0, 0, 0, 1 )，代表了分期的五个阶段：N1、N2、N3、REM、W。如前文，S1、S2分别对应N1、N2，S3、S4合并为N3。隐含层节点根据经验一般应满足2n>m，其中n为隐含节点数[19]。由于本文的样本数为60个，故n取6，即隐含层有6个节点。隐含层采用对数S形转移函数( Logarithmic sigmoid transfer function)：

(3-1) 输出层采用线性函数：

(3-2) 使用Matlab的newff工具，采用梯度下降自适应学习率训练函数创建BP神经网络。学习率定为0.01，目标误差0.01，最大迭代次数500。60个样本中，随机选取50个用于训练，另外未经过训练的10个用于验证。

经过验证，用于验证的样本中有4个判断错误，神经网络的效果并不十分理想。但这四组判断错误的数据中，有一组把W误判为N1，有一组把N1误判为REM，误差并未影响对睡眠深浅度的判断。此外，对于十组检验样本中的N3（深度睡眠）均为判断错误，可见BP神经网络还是有着一定的准确程度。

四、结论

本文主要探究了基于脑电波的便携式睡眠质量监测系统的可行性以及其硬件、软件系统的技术路线和实现方法，注重考虑了硬件系统的便携性与成本，在关注算法的有效性同时，探究其简易和可操作程度。本文的实验证明，便携式脑电波采集设备具有传统设备无可比拟的移动性，适合个人、家庭用户使用；利用它可以获得较高质量的脑电信号、用于分析，结合神经网络等算法也可以对于睡眠质量进行可靠的监测与评估，还能够初步实现对于睡眠的分期。但若要根据医学上严格的睡眠分期标准进行评估，需要采集多导连的脑电以及其他心

电、呼吸等信号综合评估，且要求较高的职业技能与素养，只凭便携式睡眠监测系统难以满足要求。本文的实验结果，将为人们更好地研究便携的睡眠监测系统提供有意义的实验依据与参考。探究单导连脑电信号与人体睡眠的相关性，以及脑电波的现代高级分析算法，是对本文实验结果进行探讨的重要理论基础。此外，探究脑电波的诱发、治疗理论，和便携式脑电波采集设备的准确性、可靠性及其市场化后的诊断、评估等应用价值，也可以作为本课题后续的发展方向。

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脑电波及其采集方法

数字信号处理论文 题目：脑电波及其采集方法 学院：信息科学与技术学院 专业：电子信息科学与技术 姓名：彭娟 学号：0329 2014年11月4日

脑电波及其采集方法 彭娟 成都理工大学，成都，610059 摘要：脑电图（electroencephalogram, EEG）是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动，它包含了大量的生理与病理信息，是神经系统机能检查方法之一。脑电图反映了大脑组织的电活动及大脑的各种功能状态，其基本特征包括振幅、周期、相位等。工频干扰是脑电信号的主要干扰，传统的50hz工频干扰虽然有一定的作用，但存在耗费高和通用性差等缺点，50hz 陷波器可以解决这个问题。 关键词：脑电波；脑电信号分类；50Hz陷波器 中图分类号： Brain waves and its acquisition method Peng Juan Chengdu university of technology,Chengdu,610059 Abstract: EEG (electroencephalogram, EEG) was recorded by electrode group of spontaneity, rhythmic electrical activity of brain cells, it contains a large number of physiological and pathological information, is one of the nervous system function test method. Electroencephalogram (eeg) to reflect the electrical activity of brain tissue and the functions of brain state, its basic features include amplitude, phase and cycle, etc. Power frequency interference is the main point of brain electric signal interference, traditional 50 hz power frequency interference, although have certain effect, but the high cost and poor generality, 50 hz trap can solve this problem. Key words: Brain waves. Eeg classification; 50 hz trap 脑电波介绍 脑电图（electroencephalogram, EEG）是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动，它包含了大量的生理与病理信息，是神经系统机能检查方法之一。脑电图反映了大脑组织的电活动及大脑的各种功能状态，其基本特征包括振幅、周期、相位等。通过在头皮安放电极，经导线连接到脑电图机进行放大，可以把脑细胞活动产生的电位差所形成的波形描记下来，而成为脑电图。 量子医学观点 量子医学认为，世界万物都是由原子组成，各种生命形态的完成都离不开能量传递和电子的交换，当人体的某个部位出现异常时，其发出的波形和正常组织也有所区别。脑电图机正是利用放大的原理，搜集这些细胞发出的波形，然后进行分析，得出检测结论的。 脑电图分类及各种特征 脑电图的波形很不规则，其频率变化范围每秒约在1～30次之间，通常将此频率变化分为4个波段：①α波：频率8～13Hz，波幅10～100μV。大脑各区均有，但以枕部最明显。α节律是成人和较大儿童清醒闭目时主要的正常脑电活动，小儿的α波及节律随年龄增长而逐渐明显。 ②β波：频率14～30Hz，波幅约5～30/μV以额、颞和中央区较明显。在精神活动，情绪兴奋时增多。约有6%的正常人即使在精神安定和闭目时所记录的脑电图仍以β节律为主，称之为β型脑电图。 ③θ波：频率4～7Hz，波幅20～40μV。

大脑中记忆的原理

大脑中记忆的原理 记忆的生理本质： 人类大脑内在数十亿个神经细胞，它们相互之间通过神经突触相互影响，形成极其复杂的相互联系。记忆就是脑神经细胞之间的相互呼叫作用，其中有些相互呼叫作用所维持时间是短暂的，有些是持久的，而还有一些介于两者之间。 记忆的形成原理： 当一个脑神经细胞受到刺激发生兴奋时，它的突触就会发生增生或感应阈下降，经常受到刺激而反复兴奋的脑神经细胞，它的突触会比其它较少受到刺激和兴奋的脑细胞具有更强的信号发放和信号接受能力。当两个相互间有突触邻接的神经细胞同时受到刺激而同时发生兴奋时，两个神经细胞的突触就会同时发生增生，以至它们之间邻接的突触对的相互作用得到增强，当这种同步刺激反复多次后，两个细胞的邻接突触对的相互作用达到一定的强度达到或超过一定的阈值，则它们之间就会发生兴奋的传播现象，就是当其中任何一个细胞受到刺激发生兴奋时，都会引起另一个细胞发生兴奋而，从而形成细胞之间的相互呼应联系，这就是即记忆联系。 说明：短期记忆脑细胞在受到反复刺激时，并不发生突触增生，而是发生突触感应阈下降，这种下降时短暂的，所以不能维持太长时间;而惰性记忆细胞则以突触增生为记忆基础，因而维持记忆的时间较长。 脑神经元的交互作用： 神经细胞之间存在四种基本相互作用形式： 单纯激发：一个细胞兴奋，激发相接的另一细胞兴奋。 单纯抑制：一个细胞兴奋，提高相接的另一细胞的感受阈。 正反馈：一个细胞兴奋，激发相接的另一细胞兴奋，后者反过来直接或间接地降低前者的兴奋阈，或回输信号给前者的感受突触。 负反馈：一个细胞兴奋，激发相接的另一细胞兴奋，后者反过来直接或间接地提高前者的兴奋阈，使前者兴奋度下降。多由三个以上细胞构成负反馈回路 由于细胞的交互作用，记忆会受到情绪、奖励、惩罚等的影响。 脑细胞的记忆分工： 人脑内存在多种不同活性的神经细胞，分别负责短期、中期、长期记忆。

调节睡眠的方法(最全)

一、专家建议 许多事情都会影响睡眠质量。德国格罗斯汉斯多夫睡眠障碍治疗医院院长霍尔格.海因博士为提高睡眠质量提出了以下好建议。 1.坚持有规律的作息时间，在周末不要睡得太晚。如果你周六睡得晚周日起得晚，那么周日晚上你可能就会失眠。 2.睡前勿猛吃猛喝。在睡觉前大约两个小时吃少量的晚餐，不要喝太多的水，因为晚上不断上厕所会影响睡眠质量;晚上不要吃辛辣的富含油脂的食物，因为这些食物也会影响睡眠。 3.睡前远离咖啡和尼古丁。建议睡觉前八小时不要喝茶。 4.选择锻炼时间。下午锻炼是帮助睡眠的最佳时间，而有规律的身体锻炼能提高夜间睡眠的质量。 5.保持室温稍凉。卧室温度稍低有助于睡眠。 6.大睡要放在晚间。白天打盹可能会导致夜晚睡眠时间被“剥夺”。白天的睡眠时间严格控制在1个小时以内，且不能在下午三点后还睡觉。 7.保持安静。关掉电视和收音机，因为安静对提高睡眠质量是非常有益的。

8.舒适的床。一张舒适的床给你提供一个良好的睡眠空间。另外，你要确定床是否够宽敞。 9.睡前洗澡。睡觉之前的一个热水澡有助于你放松肌肉，可令你睡得更好。 10.不要依赖安眠药。在服用安眠药之前一定要咨询医生，建议你服用安眠药不要超过4周。 11. 足部保暖:研究结果表明，双脚凉的妇女的睡眠质量比足部舒适暖和的妇女要差，海因博士建议，穿着厚袜子睡觉。 12. 不开窗:引起人们过敏的物质和影响睡觉的噪音通过开着的窗户进入卧室。海因建议:关上窗户睡觉。 13. 晚上不打扫卫生:清扫房间使用的喷雾剂和化学清洁剂都可能刺激呼吸道，从而影响睡眠，海因建议:只在早晨打扫卧室。 14.睡前减慢呼吸节奏。 比如：睡前可以适当静坐，散步，看慢节奏的电视，听低缓的音乐等，使身体逐渐入静，静则生阴，阴盛则寐，最好的办法是趟在床上做几分钟静气功，做到精神内守，入睡后，睡眠质量才会最好。

基于脑电波的便携式睡眠质量监测系统

基于脑电波的 便携式睡眠质量监测系统 金旭扬 导师：华东理工大学信息学院万永菁 上海中学信息学科组吴奕明

摘要 睡眠是人体重要的生理活动，睡眠质量近年来受到高度关注；本文从脑电波角度探寻睡眠监测的有效易行方法，从软硬件角度设计了便携式睡眠质量监测系统。研究分析便携式脑电采集设备采集的数据和CAP睡眠脑电数据库，用功率谱分析和BP神经网络探究了睡眠分期的有效算法。实验进行了初步的睡眠分期与质量评估，证明了便携式睡眠质量监测系统的准确性及利用脑电数据进行睡眠分期的有效性。本课题研究，提出了利用单导连脑电信号进行睡眠分期的可行性，为之后研究便携式、市场化的睡眠监测设备以及其他应用提供了重要的实验参考依据。 关键词：脑电；脑机接口；睡眠监测；睡眠分期；BP神经网络 一、引言 1.1 睡眠质量研究背景及意义 睡眠是一种重要的生理现象。从生到死，人类始终是在觉醒和睡眠中度过。人类通过高质量的睡眠，可以消除疲劳，更好地恢复精神和体力，使人在睡眠之后保持良好的觉醒状态，提高工作、学习效率。 人类用于睡眠的时间占人一生中的三分之一。然而迄今我们对这一重要的生理现象的认识还微乎其微，对睡眠进行科学的研究只有短短的几十年历史。1937年，Lomis、Harvey和Hobart注意到，睡眠不是处于一种稳定状态，而是要发生一系列非常有规律的周期性变化。[1] 1986年，Rechtschaffen等人重新肯定了Dement和Kleitman的分期标准，并根据十年来的经验作了一些必要的修改和补充，使之更趋完善。[2] 2007年，美国睡眠医学会基于上述标准进行改进，发布了新的睡眠分期专业标准，其中规定了各个指标具体的采集标准及判定方法。[3] 1.2 脑电信号分析方法综述 随着电子技术的发展，数字处理技术逐步应用到EEG的分析中来。经典的EEG分析方法有：以分析EEG波形的几何性质，如幅度、均值、峭度等为主的时域分析方法和以分析EEG 各频率功率、相干等为主的领域方法。早在70年代初，W.C.Yeo和J.P.Smith[4]就应用Walsh谱分析离线地研究了一个处于睡眠状态的男性的三段脑电图。https://www.wendangku.net/doc/756238970.html,rsen等[5]应用Walsh顺序的Walsh函数对EEG进行展开，并定义了双值自相关函数，尔后讨论了可以按双值自相关函数来显示各种睡眠EEG的特征。 1982年，美国物理学家Hopfield提出了HNN模型，从而有力地推动了应用神经网络方法解释许多复杂生命过程的进展。自八十年代末以来，人工神经网络的应用已涉及到了脑电分析的各个方面，其中包括自发脑电的睡眠分级及睡眠EEG分析。S.Roberts和L.Tarassenko[6,7]把人工神经网络应用于睡眠EEG的自动分析。他们采用无监督学习网络对大量没有经过人工判别的数据进行自组织分类，少量的经过人工判别的标准样本则用来自组织分类结果做解释和量化，从而在网络中形成了8个聚类区。根据EEG在8个聚类区之间随时间运动的轨迹可以对一夜的睡眠状况有定性的了解。[8] 1.3 脑电监测设备介绍 目前，脑电监测设备大致有二：

浅谈人的记忆原理

浅谈人的记忆原理 我们说阅读是对知识“记”的存储过程，而对知识的再现和运用往往是“忆”的提取体现。记忆的关键不在于储存，而在于提取、检索。我们掌握快速记忆法的关键就是人们当需要知识的时候，能有效地把记下的内容，大量地、准确地“忆”出来。这就要求我们不仅能把记的内容牢固地记（储存）在脑海里，而且能在适当的时候快速地把这些内容忆“提取”出来。其实，这种能力开发的巨大潜力我们每个人都具备，只不过人自身还没有自觉地认识和发现它，去科学的训练和系统地掌握它罢了。 人类的大脑由大脑纵裂分成左、右两个大脑半球，两半球经胼胝体，即连接两半球的横向神经纤维相连。大脑的奇妙之处在于两半球分工不同。美国斯佩里教授通过割裂脑实验，证实了大脑不对称性的“左右脑分工理论”，并因此荣获1981年度的诺贝尔医学生理学奖。按照这一理论，人的左脑支配右半身的神经和器官，是理解语言的中枢，主要完成语言、分析、逻辑、代数的思考、认识和行为。也就是说，左脑进行的是有条不紊的条理化思维，即逻辑思维。与此不同，右脑支配左半身的神经和器官，是一个没有语言中枢的哑脑。但右脑具有接受音乐的中枢，负责可视的、综合的、几何的、绘画的思考行为。观赏绘画、欣赏音乐、凭直觉观察事物、纵览全局这都是右脑的功能。生理学家和教育学家研究还发现，人脑所储存的信息绝大部分在右脑中，并

在右脑中正确的加以记忆。右脑如同一个书架，架上分类摆放不同的书籍，每本书有自己的书名，书中再分章划节层层记述，右脑信息储存量是左脑的一百万倍。思考的过程是左脑一边观察提取右脑所描绘的图象，一边将其符号化、语言化。换言之，右脑储存的形象的信息经左脑进行逻辑处理，变成语言的、数字的信息。 爱因斯坦曾这样描述他的思考问题时的情景：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成以后，我要花很大力气把他们转化成语。”显然，正是左右脑协同工作，使人类具有感知力、创造力。特别值得提出的是人对自身右脑潜力的开发与运用尚处于低级阶段。科学家们已经证明：右脑具备的图形、空间、绘画、形象的认识能力，即形象思维的能力，使它处于大脑感知世界的前沿。创造性思维中的“知觉”和“一闪念”是极其重要的，这一个“火花”往往孕育一个新理论、新学说，有的甚至催毁了原有的思想体系。此时，右脑具有的直观的、综合的、形象的思维机能发挥巨大的作用。一句话，创新必须充分调用右脑。 我们强调开发右脑的重要性，并不是要用右脑思维取代左脑思维，事实上右脑思维也不可能取代左脑思维。右脑储存的大量信息、它的知觉都必须经左脑语言的描述和逻辑的加工才具有最终的价值。然而右脑毕竟是我们使用的“弱项”，注重开发右脑潜能，也许更能“少投入、多产出”。正确使用右脑，人生才能更加

提高睡眠质量的十个方法

提高睡眠质量的十个方法 1.坚持有规律的作息时间，在周末不要睡得太晚。如果你周六睡得晚周日起得晚，那么周日晚上你可能就会失眠。 2.睡前勿猛吃猛喝。在睡觉前大约两个小时吃少量的晚餐，不要喝太多的水，因为晚上不断上厕所会影响睡眠质量；晚上不要吃辛辣的富含油脂的食物，因为这些食物也会影响睡眠。 3.睡前远离咖啡和尼古丁。建议你睡觉前八小时不要喝咖啡。 4.选择锻炼时间。下午锻炼是帮助睡眠的最佳时间，而有规律的身体锻炼能提高夜间睡眠的质量。 5.保持室温稍凉。卧室温度稍低有助于睡眠。 6.大睡要放在晚间。白天打盹可能会导致夜晚睡眠时间被“剥夺”。白天的睡眠时间严格控制在1个小时以内，且不能在下午三点后还睡觉。 7.保持安静。关掉电视和收音机，因为安静对提高睡眠质量是非常有益的。 8.舒适的床。一张舒适的床给你提供一个良好的睡眠空间。另外，你要确定床是否够宽敞。 9.睡前洗澡。睡觉之前的一个热水澡有助于你放松肌肉，可令你睡得更好。 10.不要依赖安眠药。在服用安眠药之前一定要咨询医生，建议你服用安眠药不要超过4周。 最后专家提醒，失眠的时候不要给自己压力，因为压力会让你更睡不着。 理想的睡眠时间是多久? A: 根据报告研究显示，那些每晚的睡觉时长在6.5 小时至7.5 小时之间的人最长寿。那些睡眠超过8小时或者低于6.5小时的人的寿命会短很多。睡的太多和睡的太少的人都有很大的健康风险。最大的惊人之处是所谓的睡眠太久是以8小时为分界线的。睡8.5小时甚至比只睡5小时还糟糕。 不良的睡眠会会引起很多问题—忧郁症，肥胖病—因此还会引起心脏病—甚至更严重。而且发病率[或健康度]跟据睡眠的时间成“U字形”。但是这[最佳睡眠时长]会根据不同的健康指标而变化。大多数人会在7或8小时时达到U型的最低的，但另外一些人却会在6小时，甚至是9小时。糖尿病患者的最低点会在7小时[样例]。但这些衡量结果都没有死亡率的数据显得清新。 我认为我们可以根据数据推断出[睡6.5至7.5小时的人寿命最长]，但我们也必须承认我们真的不知道为什么会这样。我们真的不知道这些的因果关系。也就是说我们不清楚如果一个睡眠不足的人是否可以通过增加睡眠时间来活的更久，也不清楚是否一个睡的太多的人是否可以通过把他们的闹钟调早一些就可以更长

基于姿态与脑电波控制智能车

基于姿态与脑电波控制智能车 进程贴地址：https://www.wendangku.net/doc/756238970.html,/forum.ph ... peid%26typeid%3D626 过程的实拍：https://www.wendangku.net/doc/756238970.html,/s/1qWrXTMk 一、项目设计背景与概述 在这里不过多累赘的说明设计此项目的背景，市面上各种各样的智能小车比较多，功能也很丰富。我个人觉得不管学习什么知识和技术，动手能力是其一，其次是理论知识。在这里以智能小车作为项目的设计对象，不是为了要做出一个功能如何丰富、复杂的一个小车，而是通过这个小车平台，来把自己所学的、正在学的、想学的都装载这个小车上，并不是说要做出怎样的一款产品设计，而是通过这个设计来不断学习和应用。在此有幸能参加深圳联华集成电路有限公司推广的单片机设计大赛，也感谢官方提供的单片机样片，因此，此次的小车项目就以此为核心平台展开设计。 如标题所述，本小车平台一个突出同时也比较吸引人的是引入了脑电波，当然，这是其中的一个控制手段。此次的小车项目设计很重要的一个概念就是模块化设计，从硬件到软件，可扩展可裁剪，这样设计的目的如前面所说的，便于一步一步的学习并把学习到的东西在小车上应用实践。 二、平台框图 平台介绍小车平台带有控制器，能够协调各个模块的工作，并完成与上位机通信，小车带有nRF2401和蓝牙通信模块，通信模块可以通过不断的学习进行扩展，小车上带有各种各样的传感器，如三轴、温湿度、测距、测速、GPS等不断进行功能扩展，当然，还有最基本的小车车体和驱动模块，以及简单的机械模块，如舵机、机械臂等。小车控制中心采集传感器数据，并通过无线传输到上位机，由上位机下达各种控制命令；通过不断的学习，上位机也可以由自己来设计，如基于PC客户端的小车控制台、基于手机(IOS/Android)客户端，这些都是可以通过不断去学习来实现的，而不是局限于小车上的开发，结合各种应用平台设计也很重要。 三、具体功能介绍通信连接的说明

记忆原理是什么

记忆原理是什么 记忆是过去的经验在人脑中的反映，是一种复杂的心理活动。形成记忆的过程包括识记、保持、再现和回忆四个基本过程。你知道记忆原理是什么吗?现在，来告诉你记忆原理和记忆类型。 我们在学习文字时，按事物的形状、声音、意义，分别编成各种代码(文字)，依类是形码、声码、意码。同样在储存信息之前把信息译成记忆码的过程，我们就叫做编码。 从当前的脑科学研究成果中，我们得知脑是由神经细胞(又叫神经元)构成的，神经细胞分为树突、细胞体和轴突三部分。树突于树突之间的相接处叫突触。突触是神经细胞之间传递信息的结构。当神经细胞受到刺激时，突触就会生长、增加，使之与相邻的神经细胞联结、沟通。接受同样的刺激次数越多，其联结就越紧密而形成了定式，这就是人们通常所说的记忆。通过观察发现，人的记忆越发达，突触就会越多，当把突触切断后能影响记忆。 到底神经元通过什么规律将外界接收的信息编码呢?这个问题只好留给聪明的科学家了，要提高记忆力，就需要掌握编码规律，然而在科学家们解开这个迷之前，只好通过专家们总结的规律来改进我们的方法了。 我们知道感官系统对于刺激并非悉数接收，所以记忆时所获得的编码也并非是所有事件精确的被记录，而是由于知觉经验和感知经验

去判断要选择哪些做为记忆码内容。所以，记忆码是被选出来的信息中建立起来的。 为了提高编码的效率，我们在记忆信息之前，对信息进行系统的程序化处理，再进行识记会提高编码效率，提高记忆。 记忆原理2 .存储前面我们说过神经元的联结越密越会形成定式。这个定式我们也叫神经回路。神经回路的形成一般认为有四个连续阶段，也可以认为是信息保存的四个阶段。 第一个阶段是通过感觉系统获得信息，储存在大脑的感觉区内，储存的时间很短，如果信息这时通过加工处理，分类就会形成新的印象转入下个阶段。这一阶段是由脑内海马神经细胞回路网络受到连续的刺激而形成的，也就是突触结合长时间持续增强，会延长信息停留的时间，这个阶段也叫第一级记忆，信息在第一级记忆停留长时间后就会进入第二级记忆，这个阶段信息的保留可能和蛋白质合成有关，我们的信息如果常被使用，它就不会被遗忘，而会再往下一级跳，在第三级记忆内就会形成神经回路网络，脑内新突触的联系越多，就被认为是记得越牢固，更准确的说就是被存储在大脑中了。 记忆原理3 .检索我们脑内的神经元反映的信息在需要用的时候可以被准确的再次呈现，也就是储存在DNA链上的信息基因，在适当条件下，指导合成信息蛋白并呈现的过程。在信息处理的角度，我们都关心怎么找到信息，而找到信息的结果，也正是再认、再现的目的。 前面我们探讨了记忆的历程，下面按先后阶段顺序，将记忆分为

大学生的睡眠质量和改善睡眠质量的方式

大学生的睡眠质量和改善睡眠在质量的方式 睡眠是人类最基本的行为，睡眠是人最重要的生理需求，人从出生开始就在睡眠状态与清醒状态中不断转换，人一生中有将近三分之一的时间都在睡梦中度过。良好的睡眠质量是人消除疲劳，恢复精力的重要保障，对人体的健康极为关键。睡眠质量不高导致思维清晰程度下降，免疫系统功能下降等不良现象，严重影响人的生活、工作和学习。现代社会随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，文化娱乐活动的丰富，睡眠障碍也成为越来越普遍的现象，失眠又是临床上最常见的症状，发病率高。大学生失眠的原因有很多，其中大部分学生都是因为情感问题、来到一个新的环境不适应等而导致失眠。那么大学生们一般都是通过什么来改善自己的睡眠呢？他们为自己的睡眠满意吗？下面是辛易校园调查分析出来的数据，有兴趣的朋友可以看一下！ （一）大学生睡眠问题和常见的改善行为 图一大学生认为自己是否存在睡眠问题图

图二大学生尝试改善睡眠方式图 从图一、图二的数据显示，有睡眠问题的大学生中近5成的大学生会选择听音乐和进行体育锻炼来改善睡眠，仍有31.65%的学生不会为改善睡眠刻意去做改变。 （二）大学生为自己的失眠买单情况 图三大学生为改善睡眠质量愿意投入的金额情况分析图

从图三的数据可以分析出：大学生最不愿意通过吃安眠药等药物改善睡眠质量，40.42%的大学生不愿意花费任何费用，35.96%的大学生仅愿意花费200元以内去尝试改变睡眠质量。 （三）大学生睡眠质量评分 图四中国大学生对自己睡眠质量评分分布图数据显示：中国大学生睡眠质量平均评分为72.27分，主要集中在60-80分之间。 综合以上的数据分析：有6成的大学生认为自己存在睡眠问题，其中他们给自己的睡眠评分也还算好；有4成的大学生不愿意为了改善睡眠质量而买单，大部分大学生都是通过“听音乐”、“进行体育锻炼”“喝牛奶”这三个方式来改善自己的睡眠。 总之，睡眠对于人体健康有至关重要的作用，高质量的睡眠有助于消除疲劳，恢复体力;保护大脑，恢复精力;增强免疫力，康复机体;促进生长发育;保护人的心理健康等等，睡眠障碍不应该被忽视。【辛易校园】希望在大家在无法改变环境的条件下，有睡眠障碍的同学能够通过自我调整来改善睡眠质量。

基于脑电波的注意力训练研究

交流 Experience Exchange D I G I T C W经验 272DIGITCW2019.04基于脑电波的注意力训练研究 张　政，张　瑞，聂民坤，班　岚 （北京科技大学天津学院，天津 301830） 摘要：注意力不集中将会直接降低学生的学习效率，以致其无法获得理想的学习成绩。以往教学过程中，教师了解学生注意情况仅通过表情、学习姿势等信号。随着穿戴设备的快速发展，人们为了更好的监测脑电信号，开始使用脑电生物反馈技术，并综合使用多种注意力训练方法，使学生集中注意力学习。本文分析了脑电波的特征，针对性的指出了脑电波注意力训练系统的设计方法，以期有效为提高学生的注意力提供更多的参考依据。 关键词：脑电波；注意力；训练 doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.04.226 中图分类号：TN911.7；R338 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）04-0272-01 1 脑电波的特征 人的大脑由多种神经元组成，这些神经元之间产生的信号便是脑电波，且神经元之间的联系可以促使人类产生思维活动。大脑神经元在接受来自其他神经元信号到一定阈值时，脑电波便会产生。在检测脑电波信号时，人们主要在头皮上放置电极，完成电波信号的采集，之后在利用专业的设备做好脑电波信号的收集与处理工作。大脑产生的生物电信号便属于脑电波，且人体不同的思维活动会产生不同类型的脑电波信号，频率各不相同。同时，不同情绪与心理状态下的人，其脑电波也不相同，并随情绪改变。其中Delta波在人感到困乏时比较活跃，这也是青少年脑波的主要成分；Alpha波在人处于安静思考状态时比较明显，主要反映人不受外界刺激时的脑波状态；Beta波在人情绪激动以及精神亢奋的状态下比较明显；Gamma波反映了人的深层次思考，比如印象以及记忆等。 2 脑电信号采集方法 生理传感器可以采集脑电信号，之后经过降噪等处理后可以得到分析处理的信号。在收集脑电信号方面，当前使用最为广泛的则是系统标准电极放置法，其需要在人脑特定的位置放置电极。单极导联法与双极导联法均属于脑电图机的导联方式，其中单极导联法主要在人的头皮位置放置活动的电极，在耳垂上放置无关电极。双极导联法主要在头皮上放置两个活动的电极，期间不使用无关电极，从而可以采集两个电极信号之间的差值，减少干扰因素的影响。 3 脑电波注意力训练系统的设计 3.1 系统框架 脑电波注意力系统具备较多的信息量，包括信息获取、信息传输以及信息储存等过程，在设计系统时应构建动态变化且可扩展、可伸缩的逻辑架构。感知层、传输层、数据层以及应用层等均属于脑电波注意力系统的组成部分，学生佩戴的脑电传感设备以及体温传感设备等均属于感知层，可以获得有效信息。学校内部的蓝牙以及无线网均属于网络层，可以用于服务器中传输信息。数据库管理系统以及支撑平台等均属于数据层，可以有效储存与处理相关信息，以供用户进行调用与查阅。应用层可以开发多种应用系统，在可视化数据信息的同时为用户展示生理信息的反馈界面。用户登录模块、蓝牙通信模块、脑电注意力数据处理模块以及脑电集中放松度绘制等均属于本系统的主要功能。在进行脑电反馈注意力训练过程中包括两方面的主要信息，一是记录的历史数据，并将其存储于数据库中，在分析数据时无需使用任何连接设备。二是注意力训练系统，包括手机与桌面应用程序。 3.2 开发环境 一是软件环境，本系统利用C语言进行开发，并通过Socket 网络编程将数据存储于相关的数据库服务器中，通过蓝牙设备连接脑电设备与计算机。C语言属于更为简洁的语言程序，可以有效实现应用程序的开发工作，属于可以应用于桌面应用程序中的高级编程语言，且其可以被移植预其他版本的操作平台上，本次系统设计中使用的C语言开发系统具备一定的实用性，且可以使用Net平台的各个代码库。SQLSERVER数据库具备强大的应用功能，具备一定的易用性与保密性，被广泛应用中各行各业中，随着版本的不断更新，其安全与防渗透性能会愈加完善。输入用户指令后，系统会开始正常收集管理相关数据信息，开始相关工作，且其在客户端、数据存储以及数据传输期间提供了可靠保障。 3.3 硬件环境 系统设计主要采用BrainLink设备，其被放置于人脑的头皮上，对人体不存在较大影响。采集信号过程中，人体脑前额应与采集脑电的支臂进行接触，工作人员将参考电极夹于耳垂处，从而有效采集相关的脑电信号。不同于其他采集设备，BrainLink 设备只需要手机APP或者一台电脑便可以完成信号的收集，操作简单，且可以测量多种脑电波数据信息。同时，设备中的ThinkGear芯片可以完成心跳、呼吸以及肌肉等各种噪声的有效过滤，并完成多方的比较研究。Brainlink设备属于可穿戴产品，只需要一个节点便可以通过接口获得外界输出的参数信息与脑波信号，不需要使用额外的导电膏等材料。数据分析时应采用eSense}算法，并将信息的处理结果反馈至使用者，其中Attention eSense代表着测试者的注意力集中程度与做事情的感兴趣程度；Medition eSense代表了测试者的思维放松程度。本次系统设计中主要研究集中度参数，其范围在0至100内，当0至20时，则代表佩戴者注意力不集中，处于心烦的状态；当数值为20至40时，佩戴者的注意力轻度不集中，存在少许分心；当数值在40至60时，佩戴者处于一般集中状态；当数值在60至80时，佩戴者注意力很集中；当数值在80至100时，佩戴者注意力保持高度集中状态。 4 结束语 随着新课改的实行，对学生的综合素质水平提出了更高的要求，以往教育中教师仅通过学生的面部表情估计其学习情况，无法实时了解学生的注意力情况，降低了教学效果。随着教育信息技术的快速发展，穿戴设备也取得了较大进步，可以促进学生高效学习，使其更快适应这个快速发展的社会。本文针对此，对当前的脑电波注意力训练系统进行了深度分析，确保教师可以通过学生的注意力情况采取针对性的训练措施，有效提升其学习成绩。参考文献 [1] 李雪飞，许朝进. 脑电生物反馈对正常小学生注意力的影响[J].软件导刊（教 育技术），2015（04）. [2] 龚志武，吴迪，陈阳键，苏宏，黄淑敏，陈木朝，吴杰锋，焦建利.新媒体 联盟2015地平线报告高等教育版[J].NMC地平线项目，现代远程教育研究，2015（02）. [3] 王慧娟，袁全波，艾菁.一种基于BCI技术的智能设备控制方法[J].北华航 天工业学院学报，2015（01）.

关于脑电波控制飞行器的研究现状概述

关于脑电波控制飞行器的研究现状概述 【摘要】本文对新兴的脑电波控制技术在飞行器操作方面的应用作了描述，包括其概况、工作原理和过程中存在的问题，并对将来的发展概况和相关领域的关系作了分析和展望。 【关键词】脑电波控制技术无线传输飞行器 脑电波控制技术，是通过脑电波传感器探测大脑头皮电流变化和血液的流动信息，然后根据脑电波的不同特点来操控物体移动[1]。目前已应用在医疗设备、机器人以及玩具上。尤其是为残疾人开发专用的可以不用手脚来操作的轮椅、汽车、电脑、玩具等，将给他们带来极大便利。作为深入研究的脑电波控制飞行器也出现了多种形式，有平板式的、有立体式的、还有蜘蛛形式等等。但是其系统工作原理是基本一致的[2]。 1 系统工作原理 被控的飞行器上有可接受上下左右方向飞行的信号接收端口，这些端口通过无线方式接受来自控制软件发出的命令[3]。而这些命令的产生来自人的大脑想法。当控制者想让飞行器往上飞的时候，这种想法会使得大脑的活动产生一种脑电波[4]，这种脑电波通过戴在控制者头上的附有感应器的头套捕捉到，然后通过逻辑程序产生信号，这个信号通过无线发送到达飞行器上的向上飞行接收端口，启动向上飞行的执行器，然后向上飞行[5]。所以看到的是控制者利用脑电波操纵飞行器在虚拟和真实世界中改变动作控制者在测试时完全不需要移动身体，只要戴上附有感应器的头套，望着电脑屏幕，就可以凭意念，自如控制飞行器。 2 存在问题 （1）理论上在生物学领域，当控制者产生向上飞行的意念的时候，一定有一个脑电波信号会强烈地突出，逻辑编程就是要的这个信号[6]。但是实际中我们知道大脑的活动有深层的潜意识和浅层的显意识，而这些活动能够产生的脑电波是不一样的，具体差别和捕捉方式有待进一步的研究。 （2）由于人脑属于生物个体，在一定时间内，重复多次的时候，同样的意念，却产生不了相同的脑电波，也就是说相同的意念，却产生不了相同的飞行动作。这在实验中可以看到，第一次实验的时候操作着可以很轻松地快速完成所规定的动作，等到第二遍做同样的动作的时候我们看到操作者嘴唇发紫，脸色发青，但是仍然没有能使飞行器。这是因为脑力消耗大，短时间内供血不足，不能使大脑产生足够能量的脑波。 （3）由于意念的深浅不一，人的同样的意念产生不了相同的脑波。另一方面大脑的供血机制也会使得相同的意念也产生不了相同的脑波，所以实际的操作

大脑思维和记忆的原理

大脑思维和记忆的原理 记忆的真相 传统认为，记忆力等于是头脑存取资料的过程，对学习、思考，以及记忆而言扮演着 核心角色。其实，我更愿意将记忆力看成是建构记忆的行为，而不是如何将资料“想”或 是“找”出来的线索。很多人常常谈到自己记忆不好，就好像心脏不好或是膝盖不好一样，可以吃药或是做康复等就可以改善记忆的“症状”。大家要知道记忆并不是人体的器官， 而是抽象的过程，如何强化这个过程正是我们追求的。 记忆状态 一旦记忆被创造出来就得储存，虽然我们对头脑具体记忆区的了解还是少得可怜。抽 象的记忆状态memory stage可以分成三种：感官记忆sensory stor-age、短期记忆 short-term memory、长期记忆long-term memory。 感官记忆 我们知道人有五种感官：视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉，通过这些感官所产生的印 象或记忆是最初的记忆存盘，需要通过短期或长期记忆的存盘处理才会被记住，否则稍纵 即逝很快就忘了。 短期记忆 短期记忆一次能记忆资料的数量有限，除非不断重复，否则几分钟后会被其他资料取 代而忘记。所以资料如果能不断重复，短期记忆就能持续。短期记忆并非万能，一般而言 能记住7项左右的事物。刚刚各位做了头脑体操，如果能顺利复述超过8个以上，代表短 期记忆的能力不错。若是记不了几行也先别丧气，好的记忆策略及方法可以改善短期记忆 的表现。例如记忆长串数字如电话号码时，采用分段记忆比较容易记住。 短期记忆有点类似暂存记忆working memory，如果所需处理的资料够重要的话就得转化成长期记忆。? 餐厅领班小陈一般不需写点菜单，就能记住客人点的菜。今天靠窗的客人点了两杯不 加冰的橙汁、一份意大利面、一份五分熟的牛排，外加一杯拿铁咖啡，这表示他的短期记 忆不错还记得短期记忆能记住多少资料吗?。就在走回厨房下单时，手机忽然响了，接听 之下才知道是恭喜他通过餐饮服务从业人员的优等考试，他兴冲冲地挂了电话，却忘了客 人点的是什么咖啡。 各位有没有见过马戏团或杂耍团里，两手同时抛接五六个彩球的小丑?只见小丑先抛 一个彩球在空中、再加一个球、再加一个球，直到五六个彩球依序在空中翻滚，只见小丑 不慌不忙地一接一抛，不时还扮扮鬼脸赢得观众的笑声和掌声。这几个一起一落的彩球就 像我们短期记忆的资料，技术好经验丰富的人可以像小丑般游刃有余地操作、运用，不过

大脑(记忆)运作原理

为什么要采纳这样的学习方法呢？ 一般人学习之所以低效，是因为不了解自己的大脑怎么运作。一旦你开始了解自己的大脑是怎么运作的，很快的，你就会发现学习是有套路的，而且你可以利用这套方法，大幅拉升自己的学习初速度。 在这里我先告诉各位五个结论： ?大脑并不擅长思考，而且大脑的思考是很缓慢的 ?多数的思考，并不是真的思考，而是调用过去记忆所组成的结果?人是利用已知的事务理解新的事物，但「理解」其实是「记忆」?没有重复的练习，不可能精通任何脑力活 ?题海战术以及填鸭教育，有时是必须的 1. 大脑并不善于思考 在这社会上我们最常嘲讽的一个现象：「大多数人是不用脑子思考的」。其实这真是事实！ 你仔细想想，其实大脑真是用来思考的吗？如果你叫大脑随便做一则演算，其实大脑的演算，往往是比我们现在所发明的计算机来说，效率是极其低的。做个7 * 8的数学还行，但要是改个177*288的快速演算。就瞬间就当机了。 蜡烛、火柴、图钉 在这里，我举一个「大脑其实不善于思考」的例子。 一个空屋子里有一支蜡烛，一些火柴，和一盒图钉。目标是让点燃的蜡烛离地五英尺高，你已经尝试把蜡烛底部沾上蜡液，但还是沾不到墙上，怎样才不用手扶，让点燃的蜡烛离地五英尺高？ 这一个题目，正常一般人在看到题目后，很少能在20 分钟内给出解决答案。 但是如果你把这个题目「具象化」，也就是真的生出这些设备，放在眼前。 你就会发现这道题目的答案其实并不难。你只要把图钉倒出来，把盒子用图钉钉在墙壁上，再把蜡烛黏在盒子里，就完成了这个任务。

大脑的「思考」特性 这个例子解释了「思考」的几个特性。 ?首先，大脑的思考是很缓慢的。 ?接着，思考是很费力的。大脑很难凭空想像出这个场景并运算出解答。甚至可能「完全答不出来」。 ?但是如果把大脑接上视觉系统与触觉系统。因为视觉系统与触觉系统进行了可靠的回传，大脑实质上是调用了其他地区可用的资源做了运算。就能迅速得出答案。 那么，既然思考那么费力。我们平时是怎么样不费工夫的做出日常生活中的各样决策？ 习惯 答案是：习惯。 「习惯」就是「我们做过某件事的记忆回路」，大脑调用「过去的记忆」，让身体自动做出判断。 所以，在这里，我们要引出今天要介绍的第二条认知学事实： 大部分人做的决策，其实真不是基于大脑所做的思考，他们是「记忆」组成的结果 2. 多数的思考，并不是真的思考，而是调用过去记忆所组成的结果 大脑的运作原理是这样的： 接收到环境刺激=> 然后把决策放到工作记忆上=> 熟练之后烧到长期记忆中（事实性知识、过程性知识）。 ?工作记忆就是我们当前正在意识、思考的「工作区域」。 ?（以计算机比喻，就是电脑的内存。容量小，资料存在时间短，重开机就不见了。） ?长期记忆就是我们长久以来储存的事实性知识、经验。

睡眠不好如何调理 十二妙招有助提升睡眠质量

睡眠不好如何调理十二妙招有助提升睡眠质量 每个人一生当中至少有三分之一的时间处在睡眠状态，睡眠的好坏会影响着身体的健康。随着现在人的生活压力不断增大，很多人都被失眠所困扰，尤其是中老年人身体机能 下降更容易引起睡眠质量较差。那么我们到底怎么才能调理好睡眠呢?下面这十二个妙招让你提高睡眠质量。 睡眠不好如何调理 1、别在意充足睡眠需要8个小时的规定 想必每个人都听过充足的睡眠需要满足八个小时，其实不然，这个也只是个大概的平 均数，徘徊在八小时左右的睡眠时间都能够使得身体机能运行到最佳状态。但是我们经常 会发现，很多睡眠时间只有五六个小时的病人，非常常见。但是一定要注意，不管多少睡 眠时间，只要能够让自己保持一天充足的精力，并且没有损害身体，这样的睡眠就是好的。 2、别勉强自己入睡 很多人强迫自己入睡，尤其是失眠的时候，但是，你要清楚睡眠有一个生物过程，是 不能强迫入睡的。很多时候，短期的强迫自己入眠，从长远来看会导致增强失眠的程度。 所以，我们好好休息一下，而不是强迫自己入眠。所以，教授建议可以参与一些使你放松 的活动，而不是那些你满心希望可以帮助你入睡的活动。 3、别睡回笼觉 当你没有失眠症状的时侯，不要为了把睡眠补回来而早早上床睡觉或者醒来后赖在床 上不起来。因为这样做会扰乱你的睡眠规律，导致更大的挫败感。 4、培养健康的睡眠习惯 有关研究显示，如果睡眠质量不好，可以通过很多种方式来建立自己的睡眠需要，比 如说避免小睡、白天经常的锻炼身体，晚上睡觉的时候要关灯等。 5、睡前不想烦心事 我们倾向于把白天的烦心事带到床上。如果你白天经历了一些不愉快的事，他很可能 会影响到你的睡眠。我的很多病人，白天经历了工作和家庭方面的烦恼事后并没有即使得 到解决，就给他们的睡眠造成了影响。 当然，刚开始时，你的担忧可能不是那么明显。多数情况下，病人报告说在他们尝试 入睡时，总会想一些琐事。当他们主动思考时，就会发现那些白天遇到的未解决的大事就 会像放电影一样呈现出来。

脑电波采集及无线传输

脑电波采集及无线传输 摘要 无线可穿戴干电极脑电帽与驾驶员警觉度监测系统，即要求设计开发针对驾驶员的便携式无线可穿戴干电极脑电帽，保证在驾驶状态下，能便捷、稳定、长时间地采集驾驶员的脑电信号，最终为航天、航空和汽车等领域提供精确的警觉度实时监测和预警技术。本课题是脑电信号无线传输子系统。它要求设计实现低功耗、高可靠性、高稳定性嵌入式多通道高分辨率脑电信号处理与传输电路，将前端放大电路输出的信号进行 A/D 转换后，进行信号处理，然后进行无线传输，分别输出到主机（数据训练阶段）和嵌入式移动终端（实时预警阶段）。 本系统将ADC 的转换结果先输出到CPLD 中暂存，再输出到MCU 中。在分析了系统设计指标并确定关键技术之后，开始设计嵌入式系统框架。在本系统中，MCU 输出ADC的时钟输入以及其他控制信号，由此控制ADC 进行数据采集与转换；ADC将转换后的串行数据输出到CPLD中暂存；CPLD将从ADC得到的串行数据转换成并行数据后，通过 4-1 多路复用器发送到 MCU；最后，MCU 将数据输送到蓝牙模块，通过它将数据无线发出。 关键词：脑电波，嵌入式系统，ARM，CPLD,信号采集，无线传输 第一章系统技术指标与性能要求 在系统设计之前，必须明确系统的技术指标与性能要求，这些信息决定了系统方案的选择和软硬件的设计开发。因此，为满足无线可穿戴干电极脑电帽与驾驶员警觉度监测系统的设计要求，本课题设计之初，对整个系统的结构进行了仔细的分析，并分别与前端脑电信号放大子系统、后端嵌入式移动终端的负责人进行了讨论和研究，对常用芯片的性能进行了调研 1.1 系统技术指标 本系统的设计指标如表 1-1 所示，由于在目前技术下，前端信号放大电路可以输出 8通道单端信号，因此这里采样通道数目必须与之保持一致。

(最新整理)全脑快速记忆法原理

(完整)全脑快速记忆法原理 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)全脑快速记忆法原理）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)全脑快速记忆法原理的全部内容。

全脑快速记忆法原理 第一节：开动大脑 一、记忆的原理与基本方法 （一）神奇的大脑 1、大脑的记忆潜能无限 2、左右脑的区别，记忆能力和信息处理能力 3、想象力测试，想象小刀切苹果的实验 4、记忆能力差异的根源：就是是否能正确、充分地使用左右脑 神奇的右脑 右脑是祖先脑保留和储存通过遗传因子留给后代的全部信息 右脑是无意识脑做梦、顿悟、灵感等“无意识"心理过程,主要是右脑的功能 右脑是节能脑右脑储存的信息是左脑的100万倍，右脑信息处理机制是空间依赖的、 同时的、并行的，左脑是时间依赖的、序列的、串行的；右脑是形象 的、直觉的，左脑是逻辑的、理性的。 右脑是创造脑右脑的祖传因子，100万倍于左脑的信息量以及迅捷高效的信息处理 方式，使它具备了卓绝的创造天性. （二）记忆的魅力： 1、右脑形象记忆的魔术能力：扑克牌世界记录24秒 2、左右脑并用的神奇力量：一天记牢1000多个英语单词。 3、无敌定桩法：一本书,甚至一个人的知识体系全部记忆下来 （三）记忆的原理: 1、利用右脑的图像和想象功能; 2、利用声音，动感，颜色、嗅觉、味觉、情绪等来强化记忆效果；

提高睡眠质量

提高睡眠质量 【主题分析】 “人的一生，有三分之一的时间是在睡眠中度过的”。这句话，你可能听得耳朵都起茧子了。但是你睡眠的质与量，是否符合健康睡眠的新标准呢？联合国卫生组织对健康睡眠的最新定义为：睡得快、睡得深。这表明你的中枢神经系统的兴奋、抑制功能协调，而且内脏没有病理信息干扰。 高中生面临繁重的课业负担，而且有沉重的升学压力，有近半数的同学出现了睡得太晚、睡不好（醒后疲劳、神志不清等，白天精力不充足、爱瞌睡等）等睡眠问题，从而严重地影响了学习效率和个人的身心健康发展。人体细胞分裂、修复、再生的高潮阶段，是在我们入睡以后完成的。减少睡眠，或是睡眠质量低，会使免疫力下降，疲劳和各种疾病也随之而来。 想过一种良性循环的生活，首先是允许我们的身体器官（看得见的或是看不见的）充分地休息。保持正常的生理过程是健康之本，也是通向成功的基础。健康的睡眠是天然的灵丹妙药。人体有不同的“生物钟”，不管你是“猫头鹰”型还是“百灵鸟”型，都应全面、密切关注你的睡眠质量。 【活动目标】 1、认识目标：认识到健康睡眠的标准，认识健康睡眠的重要性和低质量睡眠的不良后果。 2、情意目标：让学生体验自己拥有高质量睡眠的快乐和低质量睡眠的烦恼，激发学生合理安排睡眠的主动性和积极性；同时掌握形成高质量睡眠、抑制低质量睡眠的策略。 3、行为目标：让学生结合自己实际情况，合理安排睡眠。 【重点与难点】 1、重点：合理安排睡眠的策略。 2、难点：结合学生实际情况，形成自己高质量睡眠策略。 【活动方法】 角色扮演法；讲授法；讨论法；心理体验法；经验分离法；测验法等。 【活动准备】

在课前进行调查，了解学生睡眠情况，问卷如下： （1）你每天的睡眠时间，平均算来大约是多少小时？ A、小时以下 B、5~7小时 C、8小时或8小时以上 （2）一觉醒来后，你经常觉得： A、腰酸背痛，有时还伴有头疼 B、睡不醒，真希望能再睡上1个小时 C、精神焕发，精力充沛 （3）睡觉熄灯前你通常做哪些事情？ A、做习题 B、看一会儿喜爱的书籍，或是听一会儿放松的音乐 C、什么也不做，静静地躺着，等待睡意袭来 （4）关于梦中的事情，第二天你会记得多少？ A、几乎一点都不记得 B、只记个大概，而且没到中午就忘了 C、许多细节都历历在目 （5）在你特别忙的阶段，你会用减少睡眠来处理更多的事情吗？ A、经常如此 B、每次都如此 C、偶尔如此 （6）如果无法入睡，你通常会做些什么？ A、起来继续看书，学习 B、去趟卫生间，或是洗个热水澡 C、越想尽快入睡，越是没有睡意，在床上翻来覆去 （7）白天，你觉得困倦吗？ A、上午没问题，下午会感到困倦 B、一天都精神饱满 C、经常哈欠连天，睡眼惺松 （8）如果前一天你没有睡好，第二天你会觉得： A、很难集中精力，爱忘事 B、脾气焦躁 C、有腿痛或心跳加快现象 （9）你经常做哪一类的梦： A、白天发生过的事情，在梦中有类似情况出现 B、惊险刺激的，像演电影一样