WO2024242582A1 - Method for tracking and correcting a user's psychoemotional states - Google Patents
Method for tracking and correcting a user's psychoemotional states Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024242582A1 WO2024242582A1 PCT/RU2023/000167 RU2023000167W WO2024242582A1 WO 2024242582 A1 WO2024242582 A1 WO 2024242582A1 RU 2023000167 W RU2023000167 W RU 2023000167W WO 2024242582 A1 WO2024242582 A1 WO 2024242582A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- alpha
- user
- seconds
- states
- individual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/16—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
- A61B5/372—Analysis of electroencephalograms
- A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
- A61B5/375—Electroencephalography [EEG] using biofeedback
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
- G16H20/70—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mental therapies, e.g. psychological therapy or autogenous training
Definitions
- This technical solution relates to the field of computer technology, in particular, to a method for tracking the psycho-emotional states of the user and their correction.
- a solution selected as the closest analogue, WO2022169376A1 is known from the prior art.
- This invention discloses a hardware and software complex for improving the user's cognitive functions, comprising: a computing device configured to display information and containing a client application; a neurocomputer interface containing a neuroamplifier; a software interface configured to control the operating modes of the neuroamplifier, namely configured to: connect to the neuroamplifier and activate commands for obtaining electrode resistances and/or for removing and recording data from an electroencephalogram of the brain (EEG); a server contained in the software interface and including: a communication module with the neurocomputer interface; a software interface core; an EEG signal classification module; a module for sending data to the client application.
- EEG electroencephalogram of the brain
- the proposed technical solution is aimed at eliminating the shortcomings of the current level of technology and differs from known solutions in that the proposed method ensures high-quality and accurate tracking of the user's psycho-emotional states.
- This solution uses an algorithm for cleaning the EEG signal from myographic (muscle) artifacts, which allows using this system (method) outside laboratory conditions.
- the technical problem that the claimed solution is aimed at solving is the creation of a method for tracking the psycho-emotional states of the user and correcting them. Additional embodiments of the present invention are presented in the dependent claims of the invention. The technical result consists of precise and high-quality tracking of the user’s psycho-emotional states, as well as the ability to correct them.
- the claimed result is achieved by implementing a method for tracking the user's psycho-emotional states and correcting them, which includes the following stages: a portable neural interface, in the mode of taking data from the electroencephalogram of the brain (EEG), polls the user's brain; the collected EEG data of the user are transmitted via a Bluetooth communication channel to a computing device for further processing; the computing device receives EEG data from the neuroamplifier, after which it filters and preprocesses them; the filtered and preprocessed data are classified, while for calculating psycho-emotional and psychophysiological states, and their further detection and correction, an individual calibration mechanism is used, which includes: a cycle: 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 40 seconds of calm wakefulness; In this case, during the calibration process for calculating psycho-emotional and psychophysiological states, the following values are calculated: the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF); the value of Alpha rhythm peak suppression; individual Alpha range boundaries; calculation of the
- filtering and pre-processing of data is carried out using a fourth-order Butterworth filter, which is used for basic filtering of incoming data; by using the fast Fourier transform (FFT), the power spectral density (PSD) of the main rhythms of the brain is calculated - Delta, Theta, Alpha, Beta; by using power and amplitude filtering, myographic artifacts are eliminated and the useful physiological EEG signal is isolated.
- FFT fast Fourier transform
- PSD power spectral density
- the following values are calculated: the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF), defined as the greatest power in the range of Alpha rhythm measurements at a certain frequency; the value of the Alpha rhythm peak suppression, defined as the difference in power between the absolute peak in the Alpha range during the calibration stages with open and closed eyes; the individual Alpha range boundaries are defined as the first value for the high-frequency alpha range, and the last value for the low-frequency alpha range, where the difference in power with open and closed eyes will be positive.
- iAPF individual Alpha rhythm peak
- the individual Alpha range boundaries are defined as the first value for the high-frequency alpha range, and the last value for the low-frequency alpha range, where the difference in power with open and closed eyes will be positive.
- the value of the frequency of the individual peak of the Alpha rhythm is determined as the frequency value in the range of Alpha rhythm measurements from 7 to 13 Hz, at which the power is greatest.
- the values of the rhythm power and their ratios are accumulated in a cyclic buffer with a size of 5 seconds, until a total of 30 seconds of artifact-free values are accumulated, and the root mean square averaging method is used as the averaging method.
- all measurement results are saved in a local database and after the end of the session, together with the raw EEG data, are sent to a remote web platform to track statistics and progress.
- a portable neurointerface in the mode of taking data from the electroencephalogram of the brain brain (EEG), conducts surveys of the user's brain at a frequency of 250 Hz, for each of the electrodes with a set of 8 readings.
- EEG electroencephalogram of the brain brain
- This technical solution is intended for individual use and is created to analyze the user’s psycho-emotional state, as well as to correct (alleviate) negative conditions (with regular use).
- the method for tracking the psycho-emotional states of the user and their correction is implemented by means of the following technical elements: a neurocomputer interface (can be implemented in various form factors) containing a neuroamplifier; a computing device that provides reception, filtering, analysis and processing of data coming from the neuroamplifier; a cloud web platform, as well as a local database (all measurement results after the end of the session, together with raw EEG data, are sent to a remote web platform to track statistics and progress).
- a neurocomputer interface can be implemented in various form factors
- a computing device that provides reception, filtering, analysis and processing of data coming from the neuroamplifier
- a cloud web platform as well as a local database (all measurement results after the end of the session, together with raw EEG data, are sent to a remote web platform to track statistics and progress).
- the target electrodes are leads T3, T4, 01, 02, with a reference electrode on the forehead.
- the sampling frequency is 250 Hz.
- the device must be turned on with the button and the Bluetooth module must be paired, according to the user manual, with the target device (computing device), then put on the head, ensuring that the reference electrode touches the skin of the forehead, and the impedance values of the target electrodes in the application interface are less than 1 MOhm (megaohm). After this, it is possible to switch to the EEG signal measurement mode.
- a module responsible for displaying and entering user information on a computing device.
- Modules communicate with each other via the C API.
- a search for a neurointerface ready for connection via Bluetooth is performed upon request. If such a neurointerface is found, an indication of the quality of the electrode placement is displayed. If the quality is satisfactory and the resistance values for each electrode are less than 1000 kOhm, it becomes possible to switch the device to the EEG recording mode.
- the neurointerface conducts surveys at a frequency of 250 Hz for each of the electrodes; when 8 readings are collected, they are packed into a BLE packet and sent via the Bluetooth communication channel to the computing device.
- the kernel module implements buffering functionality, with data output for processing every 0.1 sec. After receiving EEG data from the buffer, filtering and transformation algorithms are applied to them:
- FFT fast Fourier transform
- PSD power spectral density
- Classification of psycho-emotional states is possible after passing an individual calibration, which takes 2 minutes.
- the user is asked to sit quietly and go through a cycle: 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 40 seconds of calm wakefulness.
- the following parameters are measured: Artifact-free values of the Alpha, Beta, Theta rhythm powers, the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF), individual Alpha range boundaries, Alpha rhythm subrange powers. Measurements are made with a sliding window of 5 seconds, with subsequent averaging - separately for the calibration stage with closed eyes, separately for the stage with open eyes.
- the Alpha, Beta, Theta rhythms of the brain are measured, including the A1 and A2 subranges, and the baseline level characteristic of the given user is calculated (Baseline).
- Baseline calculation when calculating Baseline, the values of rhythm power and their ratios are accumulated in a cyclic buffer with a size of 5 seconds, until a total of 30 seconds of artifact-free values are accumulated, the mean square averaging method is used as the averaging method. The 75th percentile of the resulting numerical series is taken as the Baseline value.
- the following values are displayed in the user interface: the iAPF value and a description of the values.
- This technical solution allows the user to monitor their condition in real time in monitoring mode.
- the following metrics are available to the user on the display device: - Cognitive Score (cognitive load level in percent) - values in real time or as a graph for a period of up to 60 minutes.
- the application Based on the detected states, the application displays notifications with recommendations for undergoing biofeedback training (different for different negative states).
- the training helps users relieve stress and experience deep relaxation, suitable for users who find it difficult to relax.
- the training allows the user to gradually learn to concentrate and not be distracted by external stimuli, suitable for users who easily relax, but relaxation is easily knocked down.
- the trainings have a similar structure: they consist of three levels, with each level becoming more difficult to complete, and each level requires a total of 100 points. At the end of each training, the user is shown the result in the interface - the maximum number of points scored by the user during the training.
- the module contains a receiving buffer for data coming via the Bluetooth channel to ensure a constant delay of 4 ms (for a sampling frequency of 250 Hz) when outputting data to the state classification modules.
- the module also contains filters for clearing the signal from interference and a module for calculating Band Powers (power spectral density values). After signal cleaning and calculating the powers, the data is sent to the state classification modules for further processing and output to the display device.
- Mind Tracker BCI An additional advantage of the system for detecting psycho-emotional states and correcting them (Mind Tracker BCI) is its flexible architecture: it can be integrated with various interfaces and various signal classifiers.
- the value of the individual peak of the Alpha rhythm is defined as the greatest power in the range of Alpha rhythm measurements at a certain frequency (in a particular embodiment of the described method, the value of the frequency of the individual peak of the Alpha rhythm (iAPF) is defined as the frequency value in the range of Alpha rhythm measurements from 7 to 13 Hz, at which the power is greatest);
- the magnitude of the suppression of the Alpha rhythm peak is defined as the difference in power between the absolute peak in the Alpha range during the calibration stages with open and closed eyes;
- the power spectral density (PSD) of the ranges of the main rhythms of the brain, as well as their subranges, are measured using a sliding window of 5 seconds.
- FS (a + 0) / p, where a is the power in the Alpha rhythm range, 0 is the power in the Theta rhythm range, and the power in the Beta rhythm range.
- Alpha Gravity Index (GS) A2/A1, where A2 is the power in the Alpha rhythm sub-range from the iAPF value to the upper limit, and A1 is the power in the Alpha rhythm sub-range from the iAPF value to the lower limit.
- Concentration index B/A, where B is the power in the Beta rhythm subrange, and A is the power in the Alpha rhythm subrange
- the metric values with decoding are displayed to the user for monitoring.
- iAPF Cognitive Score graph (scale from 0 to 100%), indication of psycho-emotional states.
- iAPF - values from 7 to 13 Hz
- Cognitive Score - a graph of involvement in the presented task (productivity graph): for users with low (iAPF ⁇ 10) it is calculated based on the fatigue index, with correction factors; for users with high alpha frequency (iAPF>10) it is calculated based on the Alpha Gravity Index (GS), with correction factors.
- Indication of psycho-emotional states is implemented in the form of indicators: Relaxation, Involvement, Mild fatigue, Moderate fatigue, Chronic fatigue, Anxiety, Stress. State indicators become active as soon as the system algorithm determines them.
- the algorithm recognizes each state individually, based on the values of the indices described above.
- the mechanics are based on auditory feedback, which depends on maintaining the level of its Alpha peak, determined at the calibration stage (the amount of Alpha rhythm suppression). When maintaining relaxation, the sounds of nature are clearly expressed, but when falling, extraneous sounds of artificial origin are mixed in (for example, the sounds of a highway, a construction site, etc.)
- All measurement results are sent and saved to a local Postgress SQL database and after the end of the session, together with the raw EEG data, are sent to a remote web platform, which allows you to track statistics and progress when reusing the system.
- the proposed technical solution allows tracking metrics and states “at the moment”, as well as session-wise - keeping statistics by days, weeks, months.
- recommendations are displayed on the display device to help get rid of such states (recommendations for planning the “work/rest” mode, or recommendations for completing training).
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Psychology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Hospice & Palliative Care (AREA)
- Developmental Disabilities (AREA)
- Child & Adolescent Psychology (AREA)
- Social Psychology (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
СПОСОБ ДЛЯ ОТСЛЕЖИВАНИЯ ПСИХОЭМОЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ И ИХ КОРРЕКЦИИMETHOD FOR TRACKING THE USER'S PSYCHOEMOTIONAL STATES AND THEIR CORRECTION
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ AREA OF TECHNOLOGY
Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности, к способу для отслеживания психоэмоциональных состояний пользователя и их коррекции. This technical solution relates to the field of computer technology, in particular, to a method for tracking the psycho-emotional states of the user and their correction.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ LEVEL OF TECHNOLOGY
Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, WO2022169376A1 . Данное изобретение раскрывает программноаппаратный комплекс для улучшения когнитивных функций пользователя, содержащее: вычислительное устройство, выполненное с возможностью отображения информации и содержащее клиентское приложение; нейрокомпьютерный интерфейс, содержащий нейроусилитель; программный интерфейс, выполненный с возможностью осуществления управления режимами работы нейроусилителя, а именно выполненный с возможностью: подключения к нейроусилителю и активации команд на получение сопротивлений электродов и/или для снятия и записи данных электроэнцефалограммы головного мозга (ЭЭГ); сервер, содержащийся в составе программного интерфейса и включающий в себя: модуль связи с нейрокомпьютерным интерфейсом; ядро программного интерфейса; модуль классификации сигналов ЭЭГ; модуль отправки данных клиентскому приложению. A solution selected as the closest analogue, WO2022169376A1, is known from the prior art. This invention discloses a hardware and software complex for improving the user's cognitive functions, comprising: a computing device configured to display information and containing a client application; a neurocomputer interface containing a neuroamplifier; a software interface configured to control the operating modes of the neuroamplifier, namely configured to: connect to the neuroamplifier and activate commands for obtaining electrode resistances and/or for removing and recording data from an electroencephalogram of the brain (EEG); a server contained in the software interface and including: a communication module with the neurocomputer interface; a software interface core; an EEG signal classification module; a module for sending data to the client application.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных решений тем, что предложенный способ обеспечивает качественное и точное отслеживание психоэмоциональных состояний пользователя. В данном решении применяется алгоритм очистки ЭЭГ-сигнала от миографиеских (мышечных) артефактов, что позволяет применять данную систему (способ) вне лабораторных условий. The proposed technical solution is aimed at eliminating the shortcomings of the current level of technology and differs from known solutions in that the proposed method ensures high-quality and accurate tracking of the user's psycho-emotional states. This solution uses an algorithm for cleaning the EEG signal from myographic (muscle) artifacts, which allows using this system (method) outside laboratory conditions.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ ESSENCE OF THE INVENTION
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание способа для отслеживания психоэмоциональных состояний пользователя и их коррекции. Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах изобретения. Технический результат заключается в точном и качественном отслеживании психоэмоциональных состояний пользователя, а также в возможности их коррекции. The technical problem that the claimed solution is aimed at solving is the creation of a method for tracking the psycho-emotional states of the user and correcting them. Additional embodiments of the present invention are presented in the dependent claims of the invention. The technical result consists of precise and high-quality tracking of the user’s psycho-emotional states, as well as the ability to correct them.
Заявленный результат достигается за счет осуществления способа для отслеживания психоэмоциональных состояний пользователя и их коррекции, который включает в себя этапы, на которых: портативный нейроинтерфейс, в режиме снятия данных электроэнцефалограммы головного мозга (ЭЭГ), проводит опросы головного мозга пользователя; собранные ЭЭГ-данные пользователя передаются по каналу связи Bluetooth на вычислительное устройство для дальнейшей обработки; вычислительное устройство получает ЭЭГ-данные с нейроусилителя, после чего фильтрует и предобрабатывает их; отфильтрованные и предобработанные данные классифицируются, при этом для вычисления психоэмоциональных и психофизиологических состояний, и дальнейшей их детекции и коррекции используется механизм индивидуальной калибровки, который включает в себя: цикл: 20 секунд закрытых глаз, 20 секунд открытых глаз, 20 секунд закрытых глаз, 20 секунд открытых глаз, 40 секунд спокойного бодрствования; при этом при процессе калибровки для вычисления психоэмоциональных и психофизиологических состояний вычисляются следующие значения: величина индивидуального пика Альфа-ритма (iAPF); величина супрессии пика Альфа-ритма; индивидуальные границы Альфа-диапазона; расчет базового уровня индекса когнитивной усталости, индекса концентрации, индекса «альфа-гравити», характерного для данного пользователя (Baseline); после проведения калибровки и вычисления индивидуального базового уровня, значения метрик с расшифровкой отображаются пользователю для мониторинга; на основе детектируемых состояний, пользователю отображаются уведомления с рекомендациями по прохождению тренингов с биологической обратной связью. The claimed result is achieved by implementing a method for tracking the user's psycho-emotional states and correcting them, which includes the following stages: a portable neural interface, in the mode of taking data from the electroencephalogram of the brain (EEG), polls the user's brain; the collected EEG data of the user are transmitted via a Bluetooth communication channel to a computing device for further processing; the computing device receives EEG data from the neuroamplifier, after which it filters and preprocesses them; the filtered and preprocessed data are classified, while for calculating psycho-emotional and psychophysiological states, and their further detection and correction, an individual calibration mechanism is used, which includes: a cycle: 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 40 seconds of calm wakefulness; In this case, during the calibration process for calculating psycho-emotional and psychophysiological states, the following values are calculated: the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF); the value of Alpha rhythm peak suppression; individual Alpha range boundaries; calculation of the baseline level of the cognitive fatigue index, concentration index, alpha gravity index, characteristic of a given user (Baseline); after calibration and calculation of the individual baseline, the metric values with decoding are displayed to the user for monitoring; based on the detected states, the user is displayed notifications with recommendations for undergoing training with biofeedback.
В частном варианте реализации описываемого способа, фильтрация и предобработка данных осуществляется посредством фильтра Баттерворта четвертого порядка, который используется для базовой фильтрации поступающих данных; посредством применения быстрого преобразования Фурье (FFT), осуществляется вычисления спектральной плотности мощности (PSD) основных ритмов головного мозга - Дельта, Тета, Альфа, Бета; посредством применения мощностной и амплитудной фильтрации, реализуется избавление от миографических артефактов и выделения полезного физиологического ЭЭГ-сигнала. In a particular embodiment of the described method, filtering and pre-processing of data is carried out using a fourth-order Butterworth filter, which is used for basic filtering of incoming data; by using the fast Fourier transform (FFT), the power spectral density (PSD) of the main rhythms of the brain is calculated - Delta, Theta, Alpha, Beta; by using power and amplitude filtering, myographic artifacts are eliminated and the useful physiological EEG signal is isolated.
В другом частном варианте реализации описываемого способа, при процессе калибровки для вычисления психоэмоциональных и психофизиологических состояний вычисляются следующие значения: величина индивидуального пика Альфа-ритма (iAPF), определяется как наибольшая мощность в диапазоне измерений Альфа-ритма на определенной частоте; величина супрессии пика Альфа-ритма, определяется как разница в мощности между абсолютным пиком в Альфа-диапазоне при этапах калибровки с открытыми и закрытыми глазами; индивидуальные границы Альфа-диапазона определяются как первое значение для высокочастотного альфа-диапазона, и последнее значение для низкочастотного альфа-диапазона, где разница мощностей при открытых и при закрытых глазах будет положительна. In another particular embodiment of the described method, during the calibration process for calculating psycho-emotional and psychophysiological states, the following values are calculated: the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF), defined as the greatest power in the range of Alpha rhythm measurements at a certain frequency; the value of the Alpha rhythm peak suppression, defined as the difference in power between the absolute peak in the Alpha range during the calibration stages with open and closed eyes; the individual Alpha range boundaries are defined as the first value for the high-frequency alpha range, and the last value for the low-frequency alpha range, where the difference in power with open and closed eyes will be positive.
В частном варианте реализации описываемого способа, величина частоты индивидуального пика Альфа-ритма (iAPF), определяется как значение частоты в диапазоне измерений Альфа-ритма от 7 до 13 Гц, при котором мощность наибольшая. In a particular embodiment of the described method, the value of the frequency of the individual peak of the Alpha rhythm (iAPF) is determined as the frequency value in the range of Alpha rhythm measurements from 7 to 13 Hz, at which the power is greatest.
В частном варианте реализации описываемого способа, при расчете Baseline происходит накопление значений мощности ритмов и их соотношений в цикличном буфере размерностью 5 секунд, до накопления суммарно 30 секунд безартефактных значений, причем в качестве метода усреднения используется метод среднеквадратичного усреднения. In a particular embodiment of the described method, when calculating Baseline, the values of the rhythm power and their ratios are accumulated in a cyclic buffer with a size of 5 seconds, until a total of 30 seconds of artifact-free values are accumulated, and the root mean square averaging method is used as the averaging method.
В другом частном варианте реализации описываемого способа, все результаты измерений сохраняются в локальную базу данных и после окончания сессии вместе с сырыми ЭЭГ данным, отправляются на удаленную web-платформу для отслеживания статистики и прогресса. In another particular embodiment of the described method, all measurement results are saved in a local database and after the end of the session, together with the raw EEG data, are sent to a remote web platform to track statistics and progress.
В частном варианте реализации описываемого способа, портативный нейроинтерфейс, в режиме снятия данных электроэнцефалограммы головного мозга (ЭЭГ), проводит опросы головного мозга пользователя с частотой 250 Гц, по каждому из электродов при наборе 8 отсчетов. In a particular embodiment of the described method, a portable neurointerface, in the mode of taking data from the electroencephalogram of the brain brain (EEG), conducts surveys of the user's brain at a frequency of 250 Hz, for each of the electrodes with a set of 8 readings.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения. In the following detailed description of the embodiment of the invention, numerous implementation details are set forth in order to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention may be used with or without these implementation details. In other instances, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the features of the present invention.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов. In addition, it will be clear from the above description that the invention is not limited to the embodiment shown. Numerous possible modifications, changes, variations and substitutions, preserving the essence and form of the present invention, will be obvious to those skilled in the art.
Настоящее техническое решение предназначено для индивидуального использования и создано для анализа психоэмоционального состояния пользователя, а также коррекции (облегчения) негативных состояний (при регулярном использовании). This technical solution is intended for individual use and is created to analyze the user’s psycho-emotional state, as well as to correct (alleviate) negative conditions (with regular use).
Способ для отслеживания психоэмоциональных состояний пользователя и их коррекции реализовывается посредством следующих технических элементов: нейрокомпьютерный интерфейс (может быть реализован в различных формфакторах), содержащий нейроусилитель; вычислительное устройство, обеспечивающее прием, фильтрацию, анализ и обработку данных, поступающих от нейроусилителя; облачную веб-платформу, а также локальную базу данных (все результаты измерений после окончания сессии вместе с сырыми ЭЭГ данным, отправляются на удаленную web-платформу для отслеживания статистики и прогресса). The method for tracking the psycho-emotional states of the user and their correction is implemented by means of the following technical elements: a neurocomputer interface (can be implemented in various form factors) containing a neuroamplifier; a computing device that provides reception, filtering, analysis and processing of data coming from the neuroamplifier; a cloud web platform, as well as a local database (all measurement results after the end of the session, together with raw EEG data, are sent to a remote web platform to track statistics and progress).
В качестве основного принципа работы устройства для регистрации ЭЭГ- сигнала (нейрокомпьютерного интерфейса), лежит принцип измерения разницы потенциалов между целевым электродом и референтным электродом, с определенной частотой дискретизации, каждый цикл измерений (данные со всех электродов), собирается в отдельный отсчет и по накоплении 8 отсчетов упаковывается в BLE-пакет для передачи на целевое устройство для дальнейшей фильтрации, обработки и классификации. The main operating principle of the device for recording the EEG signal (neurocomputer interface) is the principle of measuring the potential difference between the target electrode and the reference electrode, with a certain sampling frequency, each measurement cycle (data from all electrodes) is collected into a separate reading and after 8 readings have accumulated packed into a BLE packet for transmission to the target device for further filtering, processing and classification.
Точность измерений достигается благодаря системе фильтрации внешних помех - режекторные фильтры для отсечения внешних наводок на частотах 50/60 Гц, основной фильтр на базе фильтра Баттерворта 4го порядка для очистки ЭЭГ- сигнала от шумов, а также за счет применения парадигм, связанных с индивидуальной частотой альфа-пика (iAPF) для выбора более точной механики отслеживания психоэмоциональных состояний у различных пользователей. The accuracy of measurements is achieved thanks to a system of filtering external interference - rejection filters for cutting off external interference at frequencies of 50/60 Hz, a main filter based on a 4th-order Butterworth filter for cleaning the EEG signal from noise, as well as through the use of paradigms associated with the individual alpha peak frequency (iAPF) for selecting more accurate mechanics for tracking psycho-emotional states in different users.
В одной из реализаций устройства для регистрации ЭЭГ-сигнала целевыми электродами являются отведения ТЗ, Т4, 01 , 02, с референтным электродом на лбу. Частота дискретизации составляет 250 Гц. Для начала работы устройство необходимо включить кнопкой и провести процедуру сопряжения модуля Bluetooth, согласно руководству пользователя, с целевым устройством (вычислительным устройством), далее надеть на голову, следя чтобы референтный электрод касался кожи лба, а значения импендансов целевых электродов в интерфейсе приложения были менее 1 МОм (мегаом). После этого возможен переход в режим измерения сигнала ЭЭГ. In one implementation of the device for recording the EEG signal, the target electrodes are leads T3, T4, 01, 02, with a reference electrode on the forehead. The sampling frequency is 250 Hz. To start working, the device must be turned on with the button and the Bluetooth module must be paired, according to the user manual, with the target device (computing device), then put on the head, ensuring that the reference electrode touches the skin of the forehead, and the impedance values of the target electrodes in the application interface are less than 1 MOhm (megaohm). After this, it is possible to switch to the EEG signal measurement mode.
В другой реализации устройства для регистрации ЭЭГ-сигнала целевыми электродами являются отведения СЗ, С4, А1 , А2, с референтным электродом в расположении CZ (на макушке). Частота дискретизации составляет 250 Гц. Для начала работы устройство необходимо включить кнопкой и провести процедуру сопряжения модуля Bluetooth, согласно руководству пользователя, с целевым устройством - отдельно для нейроусилителя, и отдельно для стереогарнитуры. Далее надеть на голову, следя чтобы все электроды прилегали и значения импендансов целевых электродов были менее 1 МОм. После этого возможен переход в режим измерения сигнала ЭЭГ. В процессе работы с устройством возможно использование стереогарнитуры по прямому назначению - для прослушивания музыки, совершения аудио-звонков, параллельно с измерением ЭЭГ-сигнала. In another implementation of the device for recording the EEG signal, the target electrodes are leads C3, C4, A1, A2, with the reference electrode in the CZ location (on the crown). The sampling frequency is 250 Hz. To start working, the device must be turned on with the button and the Bluetooth module must be paired, according to the user manual, with the target device - separately for the neuroamplifier and separately for the stereo headset. Then put it on the head, making sure that all the electrodes fit and the impedance values of the target electrodes are less than 1 MOhm. After this, it is possible to switch to the EEG signal measurement mode. In the process of working with the device, it is possible to use the stereo headset for its intended purpose - for listening to music, making audio calls, in parallel with measuring the EEG signal.
Нейроинтерфейсы поддерживают следующие режимы работы: измерение сопротивлений - для определения качества прилегания электродов, отправку значений заряда встроенного аккумулятора, съем ЭЭГ-сигнала. Устройства не предусматривают какой-либо аппаратной фильтрации - обработка производится на стороне вычислительного устройства (Mind Tracker ВО). Вычислительное устройство - аппаратно-программное устройство, обеспечивающее пользователю получение информации/данных и/или выполнение требуемого алгоритма работы и/или взаимодействие с локальными или глобальными сетями (системами) связи и информационными системами (например, мобильное устройство, ноутбук и др.). The neurointerfaces support the following modes of operation: resistance measurement - to determine the quality of electrode adhesion, sending the values of the built-in battery charge, and EEG signal acquisition. The devices do not provide any hardware filtering - processing is performed on the side of the computing device (Mind Tracker VO). A computing device is a hardware and software device that enables the user to obtain information/data and/or perform the required operating algorithm and/or interact with local or global communication networks (systems) and information systems (for example, a mobile device, laptop, etc.).
Вычислительное устройство может состоять из: устройств ввода/вывода информации (аудио, графической, текстовой, видео и др.); датчиков (положения, ориентации, освещенности, акселерометров, приближения и др.); коммуникационных модулей (периферийные устройства); ядра персонального устройства (средств вычислительной техники (микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство), графические ускорители, средства обработки звуковых потоков). A computing device may consist of: information input/output devices (audio, graphic, text, video, etc.); sensors (position, orientation, illumination, accelerometers, proximity, etc.); communication modules (peripheral devices); the core of a personal device (computing equipment (microprocessor, read-only memory, random access memory), graphic accelerators, audio stream processing equipment).
Вычислительное устройство осуществляет необходимую обработку данных с использованием трех основных модулей: The computing device performs the necessary data processing using three main modules:
- Ядро, отвечающее за управление устройствами, прием сигнала, преобразование, фильтрацию и отсылку в модуль интерфейса, модуль локальной базы данных и отсылку на удаленный сервер web-платформы; - The core responsible for device management, signal reception, conversion, filtering and sending to the interface module, the local database module and sending to the remote web platform server;
- Интерфейс, модуль, отвечающий за отображение и ввод пользовательской информации на вычислительном устройстве. - Interface, a module responsible for displaying and entering user information on a computing device.
- Локальная база данных, модуль, хранящий данные сеанса и отправляющий их на удаленный сервер web-платформы для хранения и анализа. - Local database, a module that stores session data and sends it to a remote web platform server for storage and analysis.
Модули связываются между собой посредством С API. Modules communicate with each other via the C API.
После запуска устройств, по запросу осуществляется поиск нейроинтерфейса, готового к подключению по каналу Bluetooth. В случае если такой нейроинтерфейс был найден, осуществляется отображение индикации с качеством наложения электродов. Если качество удовлетворительное и показатели сопротивлений по каждому электроду менее 1000 кОм, появляется возможность переключения устройства в режим снятия ЭЭГ. After the devices are launched, a search for a neurointerface ready for connection via Bluetooth is performed upon request. If such a neurointerface is found, an indication of the quality of the electrode placement is displayed. If the quality is satisfactory and the resistance values for each electrode are less than 1000 kOhm, it becomes possible to switch the device to the EEG recording mode.
В режиме снятия ЭЭГ нейроинтерфейс проводит опросы с частотой 250 Гц, по каждому из электродов, при наборе 8 отсчетов, они упаковываются в BLE пакет и отсылаются по каналу связи Bluetooth на вычислительное устройство. In the EEG recording mode, the neurointerface conducts surveys at a frequency of 250 Hz for each of the electrodes; when 8 readings are collected, they are packed into a BLE packet and sent via the Bluetooth communication channel to the computing device.
Для устранения плавающих задержек при передаче данных по протоколу BLE в модуле ядра реализован функционал буферизации, с выводом данных в обработку каждые 0,1 сек. После получения ЭЭГ-данных из буфера, к ним применяются алгоритмы фильтрации и преобразования: To eliminate floating delays when transmitting data via the BLE protocol, the kernel module implements buffering functionality, with data output for processing every 0.1 sec. After receiving EEG data from the buffer, filtering and transformation algorithms are applied to them:
- фильтр Баттерворта четвертого порядка; - fourth order Butterworth filter;
- быстрое преобразование Фурье (FFT) для получения значений частоты и амплитуды сигнала; - fast Fourier transform (FFT) to obtain the frequency and amplitude values of the signal;
- вычисление спектральной плотности мощности (PSD) основных ритмов головного мозга - Тета, Альфа, Бета, включая поддиапазоны. - calculation of the power spectral density (PSD) of the main rhythms of the brain - Theta, Alpha, Beta, including sub-ranges.
Все дальнейшие измерения проводятся после дополнительной мощностной и амплитудной фильтрации миографических артефактов для выделения полезного физиологического ЭЭГ-сигнала. Фильтрация проводится скользящим окном, шириной 0.8 сек. В расчеты берутся только безартефактные значения. All further measurements are carried out after additional power and amplitude filtration of myographic artifacts to isolate the useful physiological EEG signal. Filtration is carried out by a sliding window, 0.8 sec wide. Only artifact-free values are taken into calculations.
Классификация психоэмоциональных состояний возможна после прохождения индивидуальной калибровки, занимающей 2 минуты. В процессе калибровки пользователю предлагается сесть спокойно и пройти цикл: 20 секунд закрытых глаз, 20 секунд открытых глаз, 20 секунд закрытых глаз, 20 секунд открытых глаз, 40 секунд спокойного бодрствования. Classification of psycho-emotional states is possible after passing an individual calibration, which takes 2 minutes. During the calibration process, the user is asked to sit quietly and go through a cycle: 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 20 seconds of closed eyes, 20 seconds of open eyes, 40 seconds of calm wakefulness.
В процессе калибровки измеряются следующие параметры: Безартефактные значения мощностей Альфа, Бета, Тета ритмов, величина индивидуального пика Альфа-ритма (iAPF), индивидуальные границы Альфа-диапазона, мощности поддиапазонов Альфа-ритма. Измерения производятся скользящим окном 5 секунд, с последующим усреднением - отдельно для этапа калибровки с закрытыми глазами, отдельно для этапа с открытыми глазами. During the calibration process, the following parameters are measured: Artifact-free values of the Alpha, Beta, Theta rhythm powers, the value of the individual Alpha rhythm peak (iAPF), individual Alpha range boundaries, Alpha rhythm subrange powers. Measurements are made with a sliding window of 5 seconds, with subsequent averaging - separately for the calibration stage with closed eyes, separately for the stage with open eyes.
В последние 40 секунд происходит измерение Альфа-, Бета-, Тета-ритмов головного мозга, включая поддиапазоны А1 и А2, производится расчет базового уровня, характерного для данного пользователя (Baseline). In the last 40 seconds, the Alpha, Beta, Theta rhythms of the brain are measured, including the A1 and A2 subranges, and the baseline level characteristic of the given user is calculated (Baseline).
Расчет Baseline: при расчете Baseline происходит накопление значений мощности ритмов и их соотношений в цикличном буфере размерностью 5 секунд, до накопления суммарно 30 секунд безартефактных значений, в качестве метода усреднения используется метод среднеквадратичного усреднения. В качестве значения Baseline значения, берется 75 процентиль полученного числового ряда. Baseline calculation: when calculating Baseline, the values of rhythm power and their ratios are accumulated in a cyclic buffer with a size of 5 seconds, until a total of 30 seconds of artifact-free values are accumulated, the mean square averaging method is used as the averaging method. The 75th percentile of the resulting numerical series is taken as the Baseline value.
После расчета Baseline в интерфейс пользователя выводятся следующие значения: величина iAPF, и расшифровка значений. After calculating Baseline, the following values are displayed in the user interface: the iAPF value and a description of the values.
Настоящее техническое решение позволяет пользователю наблюдать за своим состоянием в реальном времени в режиме мониторинга. На устройстве отображения пользователю доступны метрики: - Cognitive Score (уровень когнитивной загрузки в процентах) - значения в реальном времени или в виде графика за период до 60 минут. This technical solution allows the user to monitor their condition in real time in monitoring mode. The following metrics are available to the user on the display device: - Cognitive Score (cognitive load level in percent) - values in real time or as a graph for a period of up to 60 minutes.
- Индикация психоэмоциональных состояний: в данный момент состояния отображаются в виде индикаторов: Расслабление, Вовлеченность, Легкая усталость, Усталость средней степени, Хроническая усталость, Тревожность, Стресс. Состояния становятся активными, как только алгоритм приложения их определяет. - Indication of psycho-emotional states: at the moment, the states are displayed as indicators: Relaxation, Involvement, Mild fatigue, Moderate fatigue, Chronic fatigue, Anxiety, Stress. The states become active as soon as the application algorithm detects them.
На основе детектируемых состояний приложение выводит уведомления с рекомендациями по прохождению БОС-тренингов (различные для различных негативных состояний). Based on the detected states, the application displays notifications with recommendations for undergoing biofeedback training (different for different negative states).
Примеры БОС-тренингов: Examples of biofeedback trainings:
- Снятие стресса - тренинг предлагается пользователю при обнаружении таких состояний как усталость и стресс. - Stress relief - training is offered to the user when conditions such as fatigue and stress are detected.
Тренинг помогает пользователям снять стресс и ощутить глубокое расслабление, подходит пользователям, которым сложно расслабится. The training helps users relieve stress and experience deep relaxation, suitable for users who find it difficult to relax.
- Расслабление разума - тренинг предлагается пользователю при обнаружении таких состояний как усталость и тревожность. Тренинг позволяет пользователю постепенно научиться концентрироваться и не отвлекаться на внешние раздражители, подходит пользователям, которым легко расслабится, но расслабление легко сбить. - Relaxation of the mind - training is offered to the user when such conditions as fatigue and anxiety are detected. The training allows the user to gradually learn to concentrate and not be distracted by external stimuli, suitable for users who easily relax, but relaxation is easily knocked down.
Тренинги имеют схожую структуру: состоят из трех уровней, с каждым уровнем сложность прохождения возрастает, в каждом уровне надо набрать 100 баллов. В конце каждого тренинга пользователю в интерфейс выводится результат - максимальное количество баллов, набранное пользователем за тренинг. The trainings have a similar structure: they consist of three levels, with each level becoming more difficult to complete, and each level requires a total of 100 points. At the end of each training, the user is shown the result in the interface - the maximum number of points scored by the user during the training.
Алгоритм взаимодействия модулей системы детекции психоэмоциональных состояний и их коррекции (Mind Tracker BCI): Algorithm for interaction of modules of the system for detecting psycho-emotional states and their correction (Mind Tracker BCI):
- Интерфейс пользователя выступает клиентом, позволяет устанавливать связь и осуществлять управление режимами работы нейроусилителя. Отображает информацию пользователю. - The user interface acts as a client, allows for communication and control of the neuroamplifier's operating modes. Displays information to the user.
- Ядро получает ЭЭГ-данные напрямую с нейроусилителя, фильтрует и предобрабатывает их, для базовой фильтрации поступающих данных используется фильтр Баттерворта четвертого порядка и быстрое преобразование Фурье (FFT) для получения значений спектральной плотности мощности далее отфильтрованные и предобработанные данные поступают в модули классификации для вычисления психоэмоциональных и психофизиологических состояний. Готовые метрики передаются пользователю для отображения. Отправляет ЭЭГ-данные в локальную БД для хранения. Ядро представляет из себя набор компонентов, обеспечивающих функционирование и связь между модулями интерфейса, такими как: - The core receives EEG data directly from the neuroamplifier, filters and preprocesses them, for basic filtering of incoming data a fourth-order Butterworth filter and a fast Fourier transform (FFT) are used to obtain values of the spectral power density, then the filtered and preprocessed data are sent to the classification modules to calculate psycho-emotional and psychophysiological states. Finished metrics are transferred to the user for display. Sends EEG data to a local DB for storage. The core is a set of components that ensure the functioning and communication between interface modules, such as:
1. Модуль классификации сигналов ЭЭГ. 1. EEG signal classification module.
В модуле содержится приемный буфер для данных, приходящих по каналу Bluetooth, для обеспечения константной задержки в 4 мс (для частоты дискретизации 250 Гц) при выводе данных в модули классификации состояний. Таже в модуле присутствуют фильтры для очистки сигнала от помех и модуль для вычисления Band Powers (значений спектральной плотности мощности), после очистки сигнала и вычисления мощностей, данные поступают в модули классификации состояний для дальнейшей обработки и вывода на устройство отображения. The module contains a receiving buffer for data coming via the Bluetooth channel to ensure a constant delay of 4 ms (for a sampling frequency of 250 Hz) when outputting data to the state classification modules. The module also contains filters for clearing the signal from interference and a module for calculating Band Powers (power spectral density values). After signal cleaning and calculating the powers, the data is sent to the state classification modules for further processing and output to the display device.
2. Модуль связи с нейрокомпьютерным интерфейсом. 2. Communication module with neurocomputer interface.
В данном модуле содержится логика управления подключением к нейроусилителю по каналу связи Bluetooth, также модуль отвечает за пересылку команд для переключения режимов работы нейроусилителя (режим измерения импенданса, режим снятия данных) This module contains the logic for controlling the connection to the neuroamplifier via the Bluetooth communication channel. The module is also responsible for sending commands to switch the operating modes of the neuroamplifier (impedance measurement mode, data acquisition mode)
3. Модуль отправки данных пользователю. 3. Module for sending data to the user.
В данном модуле содержится логика внутреннего С API для связи между модулем классификации, модулем связи с нейрокомпьютерным интерефейсом и клиентским приложением. Модуль является набором API методов, позволяющим выдавать и принимать данных, получать команды из интерфейса приложения в понятном для пользователя виде. This module contains the logic of the internal C API for communication between the classification module, the neurocomputer interface communication module, and the client application. The module is a set of API methods that allow you to issue and receive data, receive commands from the application interface in a form understandable to the user.
4. Локальная база данных, модуль, хранящий данные сеанса и отправляющий их на удаленный сервер web-платформы для дальнейшего хранения и анализа. 4. Local database, a module that stores session data and sends it to a remote web platform server for further storage and analysis.
В данном модуле содержится локальная база SQL Lite для записи ЭЭГ- данных и метрик, полученных от модулей классификации, при отсутствии связи с удаленным сервером web-платформы. Хранимые данные содержат: RAW EEG Data в формате HDF5, данные разметки событий с привязкой ко времени, данные классифицированных состояний с привязкой ко времени, метаданные сессии, включая модель нейроусилителя, количество каналов, абсолютное время начала и конца сессии. Также в модуле содержится функционал доотсылки данных при обрыве соединения с сетью Internet. Учитывая “плавающую” задержку в приеме данных по беспроводному протоколу, интерфейс использует буфер для сбора данных, тем самым позволяя добиться равномерной задержки при передаче ЭЭГ данных для классификации и дальнейшей передаче их в интерфейс приложения. This module contains a local SQL Lite database for recording EEG data and metrics received from classification modules when there is no connection to the remote web platform server. The stored data includes: RAW EEG Data in HDF5 format, time-based event markup data, time-based classified state data, session metadata, including the neuroamplifier model, number of channels, absolute start and end times of the session. The module also contains the functionality for resending data when the Internet connection is lost. Taking into account the “floating” delay in receiving data via the wireless protocol, the interface uses a buffer for data collection, thereby allowing for a uniform delay in transmitting EEG data for classification and further transmission to the application interface.
В качестве дополнительно преимущества системы детекции психоэмоциональных состояний и их коррекции (Mind Tracker BCI) можно выделить его гибкую архитектуру: может быть интегрирован с различными интерфейсами и различными классификаторами сигналов. An additional advantage of the system for detecting psycho-emotional states and correcting them (Mind Tracker BCI) is its flexible architecture: it can be integrated with various interfaces and various signal classifiers.
Фильтрация и предобработка данных в ядре (включает в себя): Filtering and preprocessing of data in the core (includes):
Применение фильтра Баттерворта четвертого порядка, который используется для базовой фильтрации поступающих данных; Application of the fourth order Butterworth filter, which is used for basic filtering of incoming data;
Применение быстрого преобразования Фурье (FFT), которое используется для вычисления спектральной плотности мощности (PSD) основных ритмов головного мозга - Дельта, Тета, Альфа, Бета; Application of the Fast Fourier Transform (FFT), which is used to calculate the power spectral density (PSD) of the main brain rhythms - Delta, Theta, Alpha, Beta;
Фильтрация проводится скользящим окном, шириной 0.8 сек. В дальнейшие расчеты берутся только безартефактные значения. Filtering is performed by a sliding window, 0.8 sec wide. Only artifact-free values are taken into further calculations.
В процессе калибровки для вычисления психоэмоциональных и психофизиологических состояний вычисляются следующие значения: During the calibration process, the following values are calculated to calculate psycho-emotional and psychophysiological states:
• величина индивидуального пика Апьфа-ритма (iAPF), определяется как наибольшая мощность в диапазоне измерений Альфа-ритма на определенной частоте (в частном варианте реализации описываемого способа, величина частоты индивидуального пика Альфа-ритма (iAPF), определяется как значение частоты в диапазоне измерений Апьфа-ритма от 7 до 13 Гц, при котором мощность наибольшая); • the value of the individual peak of the Alpha rhythm (iAPF) is defined as the greatest power in the range of Alpha rhythm measurements at a certain frequency (in a particular embodiment of the described method, the value of the frequency of the individual peak of the Alpha rhythm (iAPF) is defined as the frequency value in the range of Alpha rhythm measurements from 7 to 13 Hz, at which the power is greatest);
• величина супрессии пика Апьфа-ритма, определяется как разница в мощности между абсолютным пиком в Альфа-диапазоне при этапах калибровки с открытыми и закрытыми глазами; • the magnitude of the suppression of the Alpha rhythm peak is defined as the difference in power between the absolute peak in the Alpha range during the calibration stages with open and closed eyes;
• индивидуальные границы Апьфа-диапазона определяются как первое значение (для высокочастотного альфа-диапазона), и последнее значение (для низкочастотного альфа-диапазона), где разница мощностей при открытых и при закрытых глазах будет положительна; • individual boundaries of the Alpha range are defined as the first value (for the high-frequency alpha range) and the last value (for the low-frequency alpha range), where the difference in power with open and closed eyes will be positive;
• расчет базового уровня индекса когнитивной усталости, индекса концентрации, индекса «альфа-гравити», характерного для данного пользователя (Baseline). Спектральная плотность мощностей (PSD) диапазонов основных ритмов головного мозга, а также их поддиапазонов измерения производятся скользящим окном 5 секунд. • calculation of the baseline level of the cognitive fatigue index, concentration index, and alpha-gravity index, characteristic of a given user (Baseline). The power spectral density (PSD) of the ranges of the main rhythms of the brain, as well as their subranges, are measured using a sliding window of 5 seconds.
Для расчёта основных индексов, применяются следующие формулы: To calculate the main indices, the following formulas are used:
Индекс когнитивной усталости (FS) = ( а + 0) / р, где а мощность в диапазоне Альфа-ритма, 0 мощность в диапазоне Тета-ритма, мощность в диапазоне Бета- ритма. Index of cognitive fatigue (FS) = (a + 0) / p, where a is the power in the Alpha rhythm range, 0 is the power in the Theta rhythm range, and the power in the Beta rhythm range.
Индекс «Альфа-гравити» (GS) = А2/А1 , где А2 мощность в поддиапазоне Альфа-ритма от значения iAPF до верхней границы, а А1 мощность в поддиапазоне Альфа-ритма от значения iAPF до нижней границы. Alpha Gravity Index (GS) = A2/A1, where A2 is the power in the Alpha rhythm sub-range from the iAPF value to the upper limit, and A1 is the power in the Alpha rhythm sub-range from the iAPF value to the lower limit.
Индекс концентрации = В/A, где В мощность в поддиапазоне Бета-ритма, а А мощность в поддиапазоне Альфа-ритма Concentration index = B/A, where B is the power in the Beta rhythm subrange, and A is the power in the Alpha rhythm subrange
После проведения калибровки и вычисления индивидуального базового уровня значений метрик с расшифровкой отображаются пользователю для мониторинга. After calibration and calculation of the individual baseline level, the metric values with decoding are displayed to the user for monitoring.
Выводятся значения: iAPF, график Cognitive Score (шкала от 0 до 100%), индикация психоэмоциональных состояний. iAPF - значения от 7 до 13 Гц The following values are displayed: iAPF, Cognitive Score graph (scale from 0 to 100%), indication of psycho-emotional states. iAPF - values from 7 to 13 Hz
Cognitive Score - график вовлеченности в предъявленную задачу (график продуктивности): для пользователей с низкой (iAPF<10) рассчитывается на основе индекса утомления, с поправочными коэффициентами; для пользователей с высокой альфа-частотой (iAPF>10) рассчитывается на основе индекса «Альфа-гравити» (GS), с поправочными коэффициентами. Cognitive Score - a graph of involvement in the presented task (productivity graph): for users with low (iAPF<10) it is calculated based on the fatigue index, with correction factors; for users with high alpha frequency (iAPF>10) it is calculated based on the Alpha Gravity Index (GS), with correction factors.
Индикация психоэмоциональных состояний реализована в виде индикаторов: Расслабление, Вовлеченность, Легкая усталость, Усталость средней степени, Хроническая усталость, Тревожность, Стресс. Индикаторы состояние становятся активными, как только алгоритм системы их определяет. Indication of psycho-emotional states is implemented in the form of indicators: Relaxation, Involvement, Mild fatigue, Moderate fatigue, Chronic fatigue, Anxiety, Stress. State indicators become active as soon as the system algorithm determines them.
Алгоритм распознает каждое состояние индивидуально, на основе значений индексов, описанных выше. The algorithm recognizes each state individually, based on the values of the indices described above.
• Состояния расслабления и вовлеченности идентифицируются при высоких показателях iAPF и низких значениях FS, по отношению к базовым (Baseline) показателям. • Состояния усталости легкой, средней и хронической степеней идентифицируются при более низких показателя iAPF и повышении значений FS, по отношению к базовым (Baseline) показателям. • States of relaxation and involvement are identified with high iAPF values and low FS values, relative to baseline values. • Mild, moderate and chronic fatigue states are identified by lower iAPF values and increased FS values relative to baseline values.
• Состояния тревожности и стресса, идентифицируются при низких значениях iAPF и высоких значениях индекса стресса, по отношению к базовым (Baseline) показателям. • States of anxiety and stress are identified by low iAPF values and high stress index values, in relation to baseline indicators.
В основе механики лежит аудиальная обратная связь, зависящая от поддержания уровня своего Альфа-пика, определенного на этапе калибровки (величина супрессии Альфа-ритма). При удержании расслабления звуки природы ярко выражены, но при падении к ним примешиваются посторонние звуки искусственного происхождения (например звуки шоссе, строительной площадки и и.д.) The mechanics are based on auditory feedback, which depends on maintaining the level of its Alpha peak, determined at the calibration stage (the amount of Alpha rhythm suppression). When maintaining relaxation, the sounds of nature are clearly expressed, but when falling, extraneous sounds of artificial origin are mixed in (for example, the sounds of a highway, a construction site, etc.)
Все результаты измерений (сессий), отсылаются сохраняются в локальную базу данных Postgress SQL и после окончания сессии вместе с сырыми ЭЭГ данным, отсылаются на удаленную web-платформу, что позволяет при повторном использовании системы отслеживать статистику и прогресс. All measurement results (sessions) are sent and saved to a local Postgress SQL database and after the end of the session, together with the raw EEG data, are sent to a remote web platform, which allows you to track statistics and progress when reusing the system.
Предлагаемое техническое решение позволяет отслеживать метрики и состояния «в моменте», а также сессионно - ведя статистику по дням, неделям, месяцам. The proposed technical solution allows tracking metrics and states “at the moment”, as well as session-wise - keeping statistics by days, weeks, months.
При обнаружении негативных психоэмоциональных состояний у пользователя, на устройстве отображения выводятся рекомендации, позволяющие избавится от подобных состояний (рекомендации для планирования режима «работа / отдых», или рекомендации по прохождению тренинга). When negative psycho-emotional states are detected in the user, recommendations are displayed on the display device to help get rid of such states (recommendations for planning the “work/rest” mode, or recommendations for completing training).
Дополнительно решение позволяет выстроить индивидуальную предиктивную модель и уведомляет пользователя о наиболее благоприятных периодах работы/отдыха, на основе накопленных данных. Additionally, the solution allows you to build an individual predictive model and notifies the user about the most favorable periods of work/rest, based on the accumulated data.
В данном решении применяется алгоритм очистки ЭЭГ-сигнала от миографиеских (мышечных) артефактов, что позволяет применять предложенное техническое решение вне лабораторных условий. This solution uses an algorithm for cleaning the EEG signal from myographic (muscle) artifacts, which allows the proposed technical solution to be used outside of laboratory conditions.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные, подробно описанные, эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения. Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are provided merely for the purpose of illustrating the present invention and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It will be understood that that various modifications can be made without departing from the essence of the present invention.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2023113057A RU2814781C1 (en) | 2023-05-19 | Method for tracking psychoemotional states of user and their correction | |
| RU2023113057 | 2023-05-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024242582A1 true WO2024242582A1 (en) | 2024-11-28 |
Family
ID=93590238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/000167 Ceased WO2024242582A1 (en) | 2023-05-19 | 2023-06-01 | Method for tracking and correcting a user's psychoemotional states |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024242582A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106725462A (en) * | 2017-01-12 | 2017-05-31 | 兰州大学 | Acousto-optic Sleep intervention system and method based on EEG signals |
| US20180242919A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Cerebral Diagnostics Canada Incorporated | Diagnosis of migraine via expert system |
| US20220047204A1 (en) * | 2018-09-24 | 2022-02-17 | JÓHANNSSON Magnús | Methods, Computer-Readable Media and Devices for Producing an Index |
| WO2022169376A1 (en) | 2021-02-05 | 2022-08-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейри" | Software-hardware system for improving the cognitive functions of a user |
-
2023
- 2023-06-01 WO PCT/RU2023/000167 patent/WO2024242582A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106725462A (en) * | 2017-01-12 | 2017-05-31 | 兰州大学 | Acousto-optic Sleep intervention system and method based on EEG signals |
| US20180242919A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Cerebral Diagnostics Canada Incorporated | Diagnosis of migraine via expert system |
| US20220047204A1 (en) * | 2018-09-24 | 2022-02-17 | JÓHANNSSON Magnús | Methods, Computer-Readable Media and Devices for Producing an Index |
| WO2022169376A1 (en) | 2021-02-05 | 2022-08-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейри" | Software-hardware system for improving the cognitive functions of a user |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6423487B2 (en) | System for detection of convulsions and method of operation thereof | |
| EP2421430B1 (en) | Adaptive performance trainer | |
| CN107260142B (en) | Reduction of physiological index errors using inertial frequency | |
| US11540769B2 (en) | System and method for tracking sleep dynamics using behavioral and physiological information | |
| CN104615851B (en) | A kind of Sleep-Monitoring method and terminal | |
| US20120323087A1 (en) | Affective well-being supervision system and method | |
| WO2007149553A2 (en) | Alertness/drowsiness and cognitive capacity index | |
| CN115191961B (en) | Cardiopulmonary health detection method and device, wearable equipment and storage medium | |
| US10966662B2 (en) | Motion-dependent averaging for physiological metric estimating systems and methods | |
| CN105476631A (en) | EEG (electroencephalogram) based sleep detection and sleep aid method and device | |
| KR102038151B1 (en) | wearable device and method for measuring the degree of drowsiness or concentration of the user | |
| JP2022508544A5 (en) | ||
| WO2017067010A1 (en) | Sleep evaluation display method and apparatus, and evaluation device | |
| CN110141258A (en) | Emotional state detection method, device and terminal | |
| CN117045253A (en) | AI psychological consultation method and system | |
| CN113729624A (en) | Consciousness level measuring method and computer program | |
| JP2018082931A (en) | Awakening degree processing method and awakening degree processing apparatus | |
| CN119279589A (en) | A wireless wearable high-rate emotion detection brain-computer interaction system | |
| RU2814781C1 (en) | Method for tracking psychoemotional states of user and their correction | |
| WO2024242582A1 (en) | Method for tracking and correcting a user's psychoemotional states | |
| CN210383897U (en) | A joint measuring device for muscle fatigue and prosthesis | |
| WO2017180617A1 (en) | Psychological acute stress measurement using a wireless sensor | |
| EP3961619A1 (en) | Information processing device, sound masking system, control method, and control program | |
| AU2015255261A1 (en) | Method and apparatus for detecting seizures | |
| CN112515688A (en) | Automatic attention detecting method and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23889848 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2023889848 Country of ref document: EP Effective date: 20251219 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 23889848 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |