基于近紅外光譜的駕駛員疲勞態(tài)腦功能連接特性分析.pdf

1、隨著電控技術(shù)、數(shù)據(jù)云端技術(shù)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的輔助駕駛系統(tǒng)配置到汽車上。而輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是從操控性及便捷性來(lái)考慮，并未考慮駕駛員在調(diào)控輔助駕駛系統(tǒng)中額外的精神消耗，并且輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否能夠緩解駕駛疲勞尚未可知。本研究旨在建立駕駛員的腦網(wǎng)絡(luò)模型，利用該模型的各類參數(shù)定量的評(píng)估駕駛員的疲勞水平。
　　本研究中應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)駕駛員前額葉（判斷、認(rèn)知）、頂葉（運(yùn)動(dòng)區(qū)）及枕葉（視覺區(qū)）的血氧濃度變化。建立基

2、于小波相干性及相位相干性的駕駛員腦功能網(wǎng)絡(luò)模型，及基于功能連接、效應(yīng)連接與有向圖論的腦網(wǎng)絡(luò)模型。腦網(wǎng)絡(luò)模型中，近紅外通道簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)，通過功能連接強(qiáng)度、效應(yīng)連接耦合強(qiáng)度及耦合方向來(lái)定義節(jié)點(diǎn)間的邊，并基于有向圖論模型計(jì)算各類評(píng)價(jià)參數(shù)。
　　本研究分別設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性:
　　(1)采用10通道近紅外設(shè)備檢測(cè)14名駕駛員前額葉及頂葉的血氧濃度信號(hào)。數(shù)據(jù)預(yù)處理后，計(jì)算各通道間的小波相干性及相位相干性，建立腦功能連接模型。本實(shí)

3、驗(yàn)僅提取了功能連接強(qiáng)度這一參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，駕駛員第Ⅲ、Ⅳ頻率段的功能連接強(qiáng)度出現(xiàn)顯著的降低。同時(shí)，虛擬車輛行駛參數(shù)（車速標(biāo)準(zhǔn)差、橫向位移標(biāo)準(zhǔn)差、誤壓黃線頻率）出現(xiàn)較為顯著的變化，顯示了駕駛員在疲勞狀態(tài)下對(duì)車輛的操控能力下降。驗(yàn)證了腦功能網(wǎng)絡(luò)模型能夠有效地評(píng)估駕駛疲勞。
　　(2)利用42通道近紅外設(shè)備采集12名駕駛員在執(zhí)行警惕操作任務(wù)時(shí)前額葉、運(yùn)動(dòng)區(qū)及視覺區(qū)的血氧濃度信號(hào)。計(jì)算了各通道間的小波相位相干性值、效

4、應(yīng)耦合強(qiáng)度、耦合方向等參數(shù)并基于此建立了基于有向圖論的腦網(wǎng)絡(luò)模型。提取了模型中集群系數(shù)、最短路徑長(zhǎng)度、局部效率、全局效率及耦合相似度的參數(shù)來(lái)評(píng)估駕駛疲勞。研究表明，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行集群系數(shù)顯著降低，說明腦網(wǎng)絡(luò)模塊化程度降低;最短路徑長(zhǎng)度顯著升高而全局效率顯著降低說明精神疲勞會(huì)引起腦網(wǎng)絡(luò)中信息傳遞效率降低。同樣應(yīng)用了客觀行為參數(shù)來(lái)驗(yàn)證模型的有效性，眨眼周期及眨眼頻率等均與近紅外參數(shù)存在顯著的相關(guān)性。
　　綜上所述，本文中建立的腦功能連