مقاله کمّی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال های سایکوفیزیولوژی
مقاله کمّی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال های سایکوفیزیولوژی
فرمت فایل دانلودی: .rarفرمت فایل اصلی: doc
تعداد صفحات: 138
حجم فایل: 2012
قیمت: 20000 تومان
بخشی از متن:
دانلود مقاله کمّی سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال های سایکوفیزیولوژی
نوع فایل: word
فرمت فایل: doc
قابل ویرایش
تعداد صفحات : 138 صفحه
قسمتی از متن :
1- 1- تاریخچه علم سایکوفیزیولوژی
سایکوفیزیولوژی هنوز یک شاخه علمی جوان است. بررسی¬های تاریخی در یک قرن گذشته نشان می¬دهد تحقیقاتی که در آن با تغییر فاکتورهای روانی به اندازه¬گیری یک یا چند واکنش فیزیولوژیکی می¬پرداخته¬اند از سال 1878 تا 1954 توسط افراد مختلفی صورت می¬گرفته و پس از آن نیز تحت عنوان سایکوفیزیولوژی انجام پذیرفته است. اولین نشریه علمی که به سایکوفیزیولوژی اختصاص یافت در سال 1955 انتشار یافت. مجمع محققان سایکوفیزیولوژیکی نیز 5 سال بعد از آن تأسیس شد و اولین مجله علمی سایکوفیزیولوژی نیز حدود 25 سال قبل چاپ شده است. (Ax، 1964)
اگرچه سایکوفیزیولوژی با قوانین رسمی آن بیش از 50 سال سابقه ندارد اما توجه و علاقه به درک تعاملات روحی روانی و رخدادهای فیزیولوژیکی را می¬توان در فیلسوفان و دانشمندان مصر و یونان قدیم یافت. فیلسوف یونانی، هراکلیتوس (600 قبل از میلاد) از ذهن به عنوان فضایی که مرزهای آن هیچگاه شناخته نمی¬شود یاد می¬کند. افلاطون (400 قبل از میلاد) معتقد بود که استعدادهای فکری در سر، احساسات در نخاع و به صورت غیرمستقیم در قلب و غرایز در زیر دیافراگم قرار دارند که کبد را تحت تأثیر قرار می¬دهند. همچنین وی معتقد بود که روح و جسم به طور اساسی با یکدیگر متفاوت هستند و در نتیجه مشاهده پاسخ¬های فیزیولوژیکی هیچگونه
زمینه¬ای برای استنتاجات حالات روحی ایجاد نمی¬کند. در قرن دوم پس از میلاد جالینوس (200-130م) فعالیت¬های سایکوفیزیولوژیکی را به صورت قواعدی فرمول¬بندی نمود که تا قرن هیجدهم، این قوانین حاکم بود. بر اساس تشریح حیوانات و مشاهدات وی از بدن انسان، جالینوس فرض کرد که اخلاط انسان می¬تواند نمایشگر احساسات، حرکات و افکار و آسیب¬های جسمی و روحی بر اساس اختلالات موجود در آنها باشد. نقش ارگان¬های بدن تولید و پردازش این اخلاط می¬باشد و اعصاب را به عنوان ابزاری برای تفکر و عمل می¬شناخت. عقاید جالینوس چنان در تفکر غربی نفوذ کرده بود که تقریباً برای 1500 سال بدون رقیب بود.
در قرن شانزدهم فرنل (1558- 1497) اولین کتاب فیزیولوژی را چاپ نمود. هرچند که دسته¬بندی¬های فرنل در مشاهدات تجربی شدیداً تحت تأثیر تئوری جالینوس بود، در آن برخی حرکات خودکار را ذکر نموده است که امروزه آنها را رفلکس می¬دانیم. این نقطه سرآغازی برای انحراف از دیدگاه متداول و جداسازی نحوه کنترل حرکات بدن بود. فراگیری آناتومی انسانی در این بازه زمانی آغازی بر کشف خطاهای جالینوس در توصیفاتش بود و راه را برای تحقیق بر روی تئوری فیزیولوژی و نحوه شناسایی بیماری¬ها باز نمود. در این قرن دو حادثه دیگر رخداد که اثر عمیقی در نوع استنتاجات سایکوفیزیولوژی داشت.
در 1600، ویلیام گیلبرد تفاوت بین الکتریسیته و مغناطیس را دریافت و در کتاب خود «Magnete» استدلال می¬کند که مشاهدات تجربی و آزمایشات باید جای حدسیات احتمالی و فرضیه¬های دانشمندان فیزیولوژی را بگیرد. به علاوه گالیله (1642-1564) به این بحث پرداخت که حکیمان خداشناس و فیلسوفان هیچ حقی برای کنترل تحقیقات و فرضیه¬های علمی ندارند و فقط مشاهدات و آزمایشات و نتایج حاصل از آنهاست که می¬تواند حقایق فیزیکی را بیان کند. گالیله همچنین از محدودیت¬های داده¬های حسی مطلع بود و با توجه به اینکه احتمال خطا و تفسیر غلط وجود داشت، اعتقاد داشت که ریاضیات به تنهایی نمی¬تواند یک نوع از قطعیت و اطمینان را ایجاد کند. فرانسیس بیکن (1626-1561) در قدم بعدی یک روش علمی را انتخاب نمود و آن اضافه کردن استقرا در مشاهدات و افزودن تحقیق در استنتاج است.
فرمول¬بندی بیکن و کارهای بعدی وی بر روی منطق استنتاج علمی موجب ایجاد یک ترتیب آشنا در استنتاجات علمی شد:
1- تدوین فرضیه¬های مختلف
2- تدوین یک آزمایش با خروجی¬های احتمالی مختلف
3- اجرای آزمایش و بدست آوردن نتایج آشکار
4- اجرای مراحل برای تصحیح احتمالات باقی مانده
این طرح در علوم فیزیکی به سرعت پذیرفته شد ولی فلاسفه و حکیمان وجود انسان را از رخدادهای طبیعی جهان جدا می¬دانستند و به آرامی به فراگیری فیزیولوژی و رفتار انسانی پرداختند.
رساله دکترای ویلیام هاروی (1657-1578) اولین گام مهم برای استفاده از این جزئیات در استنتاجات عملکرد فیزیولوژیکی بود. در این رساله مبانی نظریه جالینوس در مورد حرکت خون در شریان¬ها و وریدها که آنها را مستقل از هم می¬داند زیر سؤال رفته است و هاروی نشان می¬دهد که نقش قلب در پمپاژ خون، باعث گردش پیوسته آن به صورت یکطرفه در این سیستم است. از آن زمان به بعد نقش تحقیق و بررسی مبانی فیزیولوژیکی و آناتومیکی شدت گرفت و ارگان¬های انسان از لحاظ عملکرد و تشابه آن به سیستم¬های الکتریکی، مکانیکی، هیدرولیکی از جهات مختلف ارزیابی شد. در این میان نحوة فعالیت¬های اصلی روحی و روانی نیز یکی از موضوعات مورد علاقه برای بررسی بود.
گرچه تحولات عظیم علمی پس از رنسانس به وقوع پیوست اما شواهدی از بررسی¬های سایکوفیزیولوژیکی قبل از آن نیز وجود دارد. در نوشته¬های اراسیستراتوس، جالینوس و ابن سینا نیز تجربیات سایکوفیزیولوژیکی قابل توجهی ملاحظه می¬شود. اراسیستراتوس، پزشک زمان اسکندر، اولین شخصی بود که سایکوفیزیولوژی را به طور کلینیکی تجربه نمود. وی از طریق مشاهده علائم مشخصی مانند «لکنت زبان، تعریق ناگهانی و ضربان نامنظم قلب» در شخص، پی به ارتباط عاشقانة وی برد. از جالینوس نیز گزارشی از وضعیت مشابه وجود دارد که در آن شخص هنگام شنیدن نام معشوقه خود دچار ضربان نامنظم قلب می¬شد. همین روش (مشاهده تغییرات ضربان قلب) نیز در قرن دهم توسط ابوعلی سینا برای تعیین ارتباط شخص با فرد مورد علاقه¬اش بکار گرفته شد. (Cacioppo، 2000)
همانطور که گفته شد سایکوفیزیولوژی به عنوان یک علم جداگانه دارای تاریخچه بسیار کوتاهی است. ظهور رسمی این علم در دهه 1950 و زمانی بود که گروهی که اکثراً از روانشناسان بودند تحت رهبری Davis جلسات غیر رسمی تشکیل دادند. در سال 1960 این گروه جمعیت محققین سایکوفیزیولوژیکی را تشکیل دادند و Darrow به عنوان اولین رئیس آن انتخاب شد. ارتباطات تحقیقاتی این گروه از سال 1955 با انتشار خبرنامه¬ای توسط Albert Ax در مورد تحقیقات و ابزارهای سایکوفیزیولوژی آغاز شده بود. در سال 1964 این خبرنامه به مجله سایکوفیزیولوژی با سردبیری Ax به نشریه رسمی جمعیت تبدیل شد. دو موضوع در اولین شماره آن قابل توجه است: «سایکوفیزیولوژی، دیروز، امروز و فردا» نوشته Darrow و «اهداف و روش-های سایکوفیزیولوژی» نوشته Ax. در 5 عنوان از 8 مقاله موجود در آن توجه ویژه¬ای به واکنش الکتریکی پوست به عنوان ابزار اندازه¬گیری و تحقیق شده است و هیچیک از مقالات به فعالیت مغز نمی¬پردازد. در مقابل، در شماره اخیر این نشریه در مجموع 13 مقاله ارائه شده، 9 مقاله به بررسی فعالیت مغزی می¬پردازد در حالیکه هیچ مقاله¬ای در مورد فعالیت الکتریکی پوست در آن دیده
نمی¬شود. این تغییر در اندازه¬گیری¬های سایکوفیزیولوژیکی به علت علاقه به شناسایی فعالیت¬های درکی و همچنین پیشرفت چشمگیر در ابزارهای ثبت فعالیت مغزی و وجود نرم افزارهای مختلف برای تحلیل آنها می¬باشد.
1-2- اصول و مبانی سایکوفیزیولوژی
آناتومی، فیزیولوژی و روانشناسی همه شاخه¬هایی از علوم هستند که وظیفه بررسی سیستم¬های بدن را بر عهده دارند و به روشن کردن ساختار و عملکرد اجزاء و سیستم های انسانی مرتبط با محیط اطراف می¬پردازند.
آناتومی علم ساختار بدن است و نحوه ارتباط بین اجزاء مختلف بدن را بیان می¬کند. فیزیولوژی به مطالعه فعالیت و نحوه عملکرد قسمت¬های مختلف بدن می¬پردازد. در هر دو علم، یک قسمت از بدن در سطوح مختلف سازمان بدن مورد بررسی قرار می¬گیرد. این سطوح شامل مولکول، سلول، بافت، اندام و سیستم بدن است. در نتیجه آناتومی و فیزیولوژی به طور پیچیده¬ای به هم وابسته هستند.
مراجع
Akselrod S, Gordon D, Ubel FA, Shannon DC, Barger MA, Cohen RJ,"Power spectrum analysis of heart rate fluctuation", a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular control.Science 213, PP. 220-222, 1981.
Blanco S, Figliola A, Quiroga R. Q, Rosso O. A and Serrano E.,"Time–frequency analysis of electroencephalogram series (III):wavelet packets and information cost function". Phys. Rev. E 57:932–40, 1998.
Chan G. S., Middleton P. M, Lovell N. H and Celler B. G,"Extraction of photoplethysmographic waveform variability by lowpass filtering", Proceedings of the IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference Shanghai, China, September, 2005.
Cheang P. Y and Smith P. R," An Overview of Non-contact Photoplethysmography", ELECTRONIC SYSTEMS AND CONTROL DIVISION RESEARCH, Department of Electronic and Electrical Engineering, Loughborough University, LE11 3TU, UK, 2003.
Coifman R. R and Wickerhauser M. V, "Entropy-based Algorithms for best basis selection," IEEE Trans. on Inf. Theory, vol. 38, pp. 713-718, 1992.
Darrow C. W,"Psychophysiology, yesterday, today and tomorrow", Psychophysiology, 1 , pp. 4-7, 1964.
Darrow C. W,"Sensory, secretory and electrical changes in the skin following bodily excitation", J. of Experimental Psychology, 10, pp. 197-226, 1927.
Davidson N. S, Goldner S, McCloskey D. I,"Respiratory modulation of baroreceptor and chemoreceptor reflexes affecting heart rate and cardiac vagal efferent nerve activity", J Physiol 259, PP. 523-530, 1976.
Donoho D. L and Johnstone I.M, "Ideal de-noising in an orthonormal basis chosen from a library of bases," C.R.A.S. Paris, Ser. I, t. 319, pp. 1317-1322,1998.
Eckberg D. L,"Human sinus arrhythmia as an index of vagal cardiac outflow. J Appl Physiol 54, PP. 961-966, 1983.
Edelberg R,"Electrical activity of the skin: Its measurement ans uses in psychophysiology", In N. S. Greenfield & R. A. Sterenbach (Eds.), Handbook of Psychophysiology, pp. 367-418, 1972.
Edelberg R,"Electrodermal recovery rate, goal-orientation and aversion. Psychophysiology", 9, pp. 512-520, 1972.
Esteller R, Vachtsevanos G, Echauz J and Litt B,"A Comparison Of Fractal Dimension Algorithm Using Synthetic And Experimental Data", Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Orlando, FL, May 30 - Jun. 2, 1999
Ewing D. J,"Cardiac autonomic neuropathy, in diabetes and heart disease", Jarrett RJ, Ed. NY, Elsevier, p.122 , 1984.
Fusheng Y, Qingyu T,"Approximate entropy and its application in biosignal analysis. [In:] Nonlinear biomedical signal", processing.Vol II: Dynamic analysis and modeling (ed. Metin Akay), New York: IEEE Press and John Wiley & Sons, Inc. pp. 72-91.; 2001.
Ganiero E, Risk M, Sobh J. F, Wamirez A and Saul J. P,"Heart Rate Variability Analysis Using Wavelet Transform",Computeirs in Cardiology,IEEE,1996.
Gu Y. Y and Zhang Y. T,"Reducing the Influence of Contacting Force Applied on Photoplethysmographic Sensor on Heart Rate Variability Estimation", Proc. of 25th Annu. Conf. IEEE EMBS, Vol. 21, pp. 2618–2620, Sep, 2003.
Hayano J, Sakakibara Y, Yamada A, Yamada M, Mukai S, Fujinami T, Yokoyama K, Watanabe Y,Takata K,"Accuracy of assessment of cardiac vagal tone by heart rate variability in normal subjects. Am J Cardiol 67, PP. 199-204, 1991.
Hayes M. J, "A nonlinear optical preamplifier for sensing applications", IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 98, no. 1, pp. 1-9, 2002.
Hilborn R. C," Chaos and Nonlinear Dynamics", Oxford university press 2000.
Hon E. H and Lee S. T,"Electronic evaluation of the fetal heart rate patterns preceding fetal death, further observations",Am J Obstet Gynecol 87, PP. 814-826, 1965.
Jennifer A and Rosalind W,"Detecting Stress During Real-World Driving Tasks Using Physiological Sensors", IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, VOL. 6, NO. 2, JUNE 2005.
Kollai M and Mizsei G,"Respiratory sinus arrhythmia is a limited measure of cardiac parasympathetic control in man. J Physiol (Lond) 424, PP. 329-342, 1990.
Lee C, Yoo S. K, et al,"Using Neural Network to Recognize Human Emotions from Heart Rate Variability and Skin Resistance", Proceedings of the 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual ConferenceShanghai, China, September, 2005.
Lerma C, Infante O, Grovas H and Jose M. V, " Poincare´ plot indexes of heart rate variability capture dynamic adaptations after haemodialysis in chronic renal failure patients",Clin Physiol & Func Im, Vol. 23, pp. 72–80, 2003.
Madwed J. B, Aibrecht P, Mark R. G, Cohen R. J,"Low-frequency oscillation in arterial pressure on heart rate: a simple computer model. Am J Physiol 256, PP. 1573-1579, 1989.
MÄKIKALLIO T,"ANALYSIS OF HEART RATE DYNAMICS BY METHODS DERIVED FROM NONLINEAR MATHEMATICS",1998.
Malik M, Chairman M,"Heart rate variability Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use", European Heart Journal, Vol. 17, pp. 354–381, 1996.
Malliani A, Pagani M, Lombardi F, Cerutti S,"Cardiovascular neural regulation explored in the frequency domain. Circulation 84, PP. 482-492, 1991.
Mendelson Y and Comtois G,"Accelerometery-based Adaptive Noise Cancellation for Remote Physiological Monitoring by a Wearable Pulse Oximeter",Biomedical Engineering, IEEE Transactions on Volume 53, Issue 3, March 2006 Page(s): 566 – 568, 2005.
Nashash H.A., Thakor J.S, "Wavelet entropy method for EEG analysis: application to global brain injury", First International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering ,Volume 2, Page(s): 348 – 351, March 2003.
Nitzanyx M, Babchenkoy A, Khanokhy B and Landauz D,"The variability of the photoplethysmographic signal-a potential method for the evaluation of the autonomic nervous system", Physiol. Meas. 19, PP. 93–102, 1998.
Pagani M, Montano N, Porta A,Malliani A, Abboud F. M, Birkett C, Somers V. K,"Relationship between spectral components of cardiovascular variabilities and direct measures of muscle sympathetic nerve activity in humans. Circulation 95, PP. 1441-1448, 1997.
Pincus S," Approximate entropy as a measure of system complexity", Proc Nat Acad Sci USA, Vol. 88, pp. 2297-301,1991.
Prokasy W. F and Raskin D. C, "Electrodermal Activity in psychological Research", New York, Academic Press, 1973.
Rosso O, Blanco S, Yordanova J, Kolev V and Figliola A,"Wavelet entropy: a new tool for analysis of short duration brain electrical signals". J. Neurosci. Methods, 105, PP. 65–75, 2001.
Seals D. R, Chase P. B,"Influence of physical training on heart rate variability and baroreflex circulatory control. J Appl Physiol 66, PP. 1886-1895, 1989.
Seong H. M, Lee J. S. et al," The Analysis of Mental Stress using Time-Frequency Distribution of Heart Rate Variability Signal",Proceedings of the 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS San Francisco, CA, USA • September 1-5, 2004.
Spielberger C. D,"State-Trait Anxiety Inventory for Adults", http://www.mindgarden.com/products/staisad.htm.
Wang F, Sagawa K and Inooka H," Time Domain Heart Rate Variability Index for Assessment of Dynamic Stress", Computers in Cardiology IEEE, Vol25, pp. 97-100, 1998.
Wan R. D and Woo L. J," Feature Extraction and Emotion Classification Using Bio-Signal", TRANSACTIONS ON ENGINEERING, COMPUTING AND TECHNOLOGY, V2, DECEMBER, 2004.
Wolf M. M, Varigos G. A, Hunt D and Sloman J. G," Sinus arrhythmia in acute myocardial infarction: two-year follow-up", Med J Aust 2, PP. 52-53, 1978.
YEH R, SHIEH J, HAN Y, WANG Y and TSENG S,"Detrended Fluctuation Analyses of Shortterm Heart Rate Variability in Surgical Intensive Care Units",BIOMEDICAL ENGINEERING APPLICATIONS, BASIS & COMMUNICATIONS, Vol. 18, pp. 67-72, April 2006.
Yordanova J, Kolev V, Rosso O. A, Sch¨urmann M, Sakowitz O. W,"Wavelet entropy analysis of eventrelated potentials indicates modalityindependent theta dominance", Neurosci. Methods, 117,PP. 99–109, 2002.
Yoshizawa1 M, Sugita N, Tanaka A and Masuda T," Assessment of Emotional Reaction Induced by Visual Stimulation Based on Cross-Correlation between Pulse Wave Transmission Time and Heart Rate in the Mayer Wave-Band", Proceedings of the 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS San Francisco, CA, USA • September, 2004.
Zhai J, Barreto A. B, Chin C and Li C,"Realization of Stress Detection using Psychophysiological Signals for Improvement of Human-Computer Interactions",IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, VOL. 5, NO. 3, JUNE 2005. `
تهامی، احسان،"پیش بینی غلظت قند خون در بیماران مبتلا به دیابت نوع یک با استفاده از روش های هوشمند"، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی پزشکی- گرایش بیوالکتریک، 1385.
پرداخت با کلیه کارتهای عضو شتاب امکان پذیر است.