【摘要】：駕駛?cè)说钠隈{駛是發(fā)生交通事故的一大原因,是產(chǎn)生特大交通事故的主要原因。駕駛疲勞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)長時間的精神做功導(dǎo)致能量消耗而造成的;同時駕駛行為的單調(diào)、枯燥、頻繁重復(fù)性也極容易引發(fā)中樞性抑制,出現(xiàn)駕駛疲勞。因此,對駕駛員在駕駛過程中大腦疲勞及其神經(jīng)機(jī)制的研究是一項(xiàng)重要課題,可為研究疲勞駕駛提供一種客觀而有效的指標(biāo),并能為研究其對應(yīng)的對抗措施提供一定的理論依據(jù)。本文通過設(shè)計(jì)模擬駕駛實(shí)驗(yàn)采集被試的腦電信號(electroencephalogram,EEG),利用功率譜分析方法、樣本熵分析方法以及復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)理論研究被試在模擬駕駛過程中不同時間段不同節(jié)律下腦電信號的變化和大腦網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變,并依此探討長時間的模擬駕駛?cè)蝿?wù)誘發(fā)大腦疲勞的神經(jīng)機(jī)制。本文主要研究內(nèi)容有以下幾點(diǎn):1、開發(fā)了用于警覺度監(jiān)測的模擬駕駛系統(tǒng)V1.0,并設(shè)計(jì)簡單、枯燥且盡可能逼真的采集EEG信號的模擬駕駛實(shí)驗(yàn)任務(wù)。2、研究被試在模擬駕駛過程中T0-T6階段不同節(jié)律下腦電信號的功率譜和樣本熵的變化情況及其神經(jīng)機(jī)制。在模擬駕駛過程中,總體上,delta節(jié)律和theta節(jié)律的相對功率譜在駕駛過程中的中后段或者后段的中央?yún)^(qū)、中央頂區(qū)、頂區(qū)、頂枕區(qū)顯著升高。而對于樣本熵,所有節(jié)律下大部分導(dǎo)聯(lián)呈下降趨勢,在駕駛過程的后半段開始顯著下降,在額中央?yún)^(qū)、中央?yún)^(qū)、中央頂區(qū)和頂區(qū)尤為顯著。表明了,隨著模擬駕駛時間的增加,大腦疲勞程度會加深,腦電信號的相對功率譜會增加;腦電信號的復(fù)雜度降低,在額中央?yún)^(qū)、中央?yún)^(qū)、中央頂區(qū)和頂區(qū)活動減弱。3、基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)。利用Pearson相關(guān)度量不同腦區(qū)之間的功能連接,選取一系列閾值確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的邊連接,最終構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)。4、系統(tǒng)分析了腦功能網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)特征量:平均路徑長度、平均聚類系數(shù)、全局效率、局部效率和度中心度在駕駛疲勞過程中的變化規(guī)律并分析其神經(jīng)機(jī)制。結(jié)果表明,隨著疲勞程度的加深,alpha、delta和theta節(jié)律的平均聚類系數(shù)、全局效率和局部效率增大,平均路徑長度變短;各節(jié)點(diǎn)度中心度有上升趨勢,alpha、theta節(jié)律在大腦右側(cè)大部分導(dǎo)聯(lián)顯著增大,delta節(jié)律大部分導(dǎo)聯(lián)顯著增大�？梢缘贸鼋Y(jié)論,大腦在疲勞過程中的規(guī)律性變化是由大腦不同區(qū)域之間的同步化效應(yīng)所導(dǎo)致。大腦在疲勞狀態(tài)時,必須激活更多的功能連接來提高大腦皮層信息處理和傳遞的效率,使大腦能夠順利完成模擬駕駛?cè)蝿?wù),從而導(dǎo)致大腦所需要的能量供應(yīng)不足,直至發(fā)生困倦、警覺度下降。
【學(xué)位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7;U491.254
【圖文】：

2.1 實(shí)驗(yàn)方案2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器如圖2-1所示，用于警覺度監(jiān)測的模擬駕駛系統(tǒng)V1.0是利用Unity3D游戲開發(fā)引擎制作的一個模擬駕駛系統(tǒng)，是本實(shí)驗(yàn)室專門為模擬駕駛系列實(shí)驗(yàn)而搭建的實(shí)驗(yàn)平臺。該系統(tǒng)內(nèi)嵌三個駕駛?cè)蝿?wù)分別為：（1）判斷對面來車；（2）簡單加減計(jì)算題判斷；（3）校正車輛自動偏移。系統(tǒng)以沙漠為背景，為被試創(chuàng)造一個枯燥的駕駛環(huán)境使其更容易產(chǎn)生困倦。該系統(tǒng)還搭配了羅技G29方向盤，該方向盤采用雙馬達(dá)力反饋技術(shù)，逼真模擬力反饋效果，整個系統(tǒng)力求最大化模擬真實(shí)駕駛環(huán)境。本次實(shí)驗(yàn)采用該系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺，實(shí)驗(yàn)中僅開啟校正車輛自動偏移任務(wù)，被試在駕駛過程中需注意，當(dāng)車輛發(fā)生自動偏移時，被試需要及時通過調(diào)整方向盤使車輛位置始終保持在當(dāng)前行駛方向的左側(cè)車道上。圖2-1 用于警覺度監(jiān)測的模擬駕駛系統(tǒng)V1.0本次實(shí)驗(yàn)使用Neuroscan 64導(dǎo)聯(lián)腦電儀作為腦電信號采集裝置，根據(jù)國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)10-20 系統(tǒng)安放電極位置

圖2-2 62導(dǎo)電極位置圖表2-1 EEG各導(dǎo)聯(lián)名稱英文名稱 電極代Pre-frontal Fp1、Fpz、Fp2、Frontal F7、F5、F3、F1、Fz、Frontal-central FC5、FC3、FC1、FCzCentral C5、C3、C1、Cz、Central-parietal CP5、CP3、CP1、CPzParietal P7、P5、P3、P1、Pz、Parietal-occipital PO7、PO5、PO3、POzOccipital O1、Oz、Temporal FT7、FT8、T7、T，光線柔和，且不受外界噪聲干擾。實(shí)驗(yàn)總時長為7態(tài)（T0階段），中間60分鐘模擬駕駛狀態(tài)（在后續(xù)數(shù)，實(shí)驗(yàn)詳細(xì)過程如圖2-3所示。本實(shí)驗(yàn)已告知被試實(shí)驗(yàn)

利用ARburg譜估計(jì)的方法，采用滑動窗的方式，計(jì)算所有被試不同節(jié)律下T0-T6共計(jì)7個階段的功率譜，然后針對每個窗取平均，最終得到每個被試不同節(jié)律下不同階段的相對平均功率譜。圖3-1為所有被試60導(dǎo)聯(lián)的T0-T6不同階段下各節(jié)律相對平均功率譜變化的腦地形圖，表3-1是所有被試在不同腦區(qū)不同節(jié)律下T0分別與T1、T2、T3、T4、T5、T6之間的相對平均功率譜做單因素方差分析后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。隨著模擬駕駛時間的增加，由圖3-1、表3-1可知，delta節(jié)律，大部分腦區(qū)相對平均功率譜單調(diào)遞增，其中在中央?yún)^(qū)的T6階段、中央頂區(qū)和頂區(qū)的T4-T6階段、頂枕區(qū)的T2-T6階段、枕區(qū)的T5-T6階段具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（ANOVA，p<0.05）；theta節(jié)律的平均相對功率譜有上升趨勢，在中央?yún)^(qū)、中央頂區(qū)、頂區(qū)的T6階段和頂枕區(qū)的T5-T6階段顯著升高；alpha節(jié)律的相對功率譜有升高趨勢

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本文編號：2746490