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原文传递基于近红外光谱技术的驾驶员注意力分散态脑功能连接特性分析

论文题名：	基于近红外光谱技术的驾驶员注意力分散态脑功能连接特性分析
关键词：	汽车驾驶员;注意力分散状态;脑信号;近红外光谱
摘要：	驾驶汽车已然成为人们日常生活中必不可少的一项活动和技能，与此同时，道路交通事故也演变为愈加严峻的社会问题，其中驾驶员注意力分散在交通事故起因中占有很大的比重。随着各种车载信息系统的开发和应用，驾驶员的驾驶工作量似乎慢慢被减少以确保安全，但同时也为驾驶员带来了各类的注意力分散源，影响驾驶安全性，目前鲜有对车载信息系统之于驾驶员注意力资源影响的研究。本文旨在从驾驶员的脑连接角度出发，构建正常驾驶和注意力分散驾驶状态大脑连接模型，建立驾驶员脑连接指标和驾驶行为参数的联系，用以评估驾驶员的注意力分散状态和程度，为车内人机交互系统的设计和改进提供参考。　　本文采用功能性近红外光谱脑血氧信号检测技术，测量驾驶员前额皮质区域、感觉运动皮质区域和枕叶皮质区域的脑血氧信号。采集到的原始信号经检测和去除运动伪影、滑动平均和巴特沃斯带通滤波处理以提高信噪比，通过小波变换提取出氧合血红蛋白信号的相位时频域信息。根据相位信息，在6个不同的生理来源波段进行以小波相位相干性为指标的脑功能连接分析和以耦合强度、耦合方向为指标的效应连接分析，并通过相关系数方法探究驾驶员注意力分散状态的脑连接特性和驾驶行为参数的联系。　　本文设计了模拟驾驶实验来构建驾驶员注意力分散态脑功能连接模型。12名受试者在模拟驾驶器上依次执行静息、直行驾驶任务、直行驾驶附加听觉计算任务和直行驾驶附加视觉警惕操作任务，利用42通道近红外光谱设备采集被试脑血氧信号，记录驾驶速度、是否偏离车道等数据，对信号进行功能连接处理分析。结果发现，附加次级任务驾驶的速度标准差和驾驶错误数量上升;不同的次级驾驶任务干扰下驾驶员脑功能连接特性具有不同的反应，共性的是出现显著性变化的功能连接都与左右运动皮质区域有关，尤其在第Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ波段;功能连接的改变量与驾驶速度标准差的变化量呈现负相关关系，与驾驶错误的变化量呈现正相关关系。　　此外，本文设计了模拟驾驶实验来构建驾驶员注意力分散态脑效应连接模型。20名受试者在模拟驾驶器上依次执行直行驾驶任务、直行驾驶附加与乘客交流任务和直行驾驶附加导航输入地址任务，利用14通道近红外光谱设备脑血氧信号，对信号进行效应连接处理分析。结果显示，注意力分散状态下，驾驶表现恶化，运动皮质区域在第Ⅲ和第Ⅳ波段对前额皮质区域的激活作用大大增强，耦合强度的改变量与驾驶速度标准差的变化量负相关。　　以上结果表明，与感觉运动皮质区域有关的功能连接和效应连接的显著变化或许能成为驾驶员注意力分散状态和程度判定的特征性指标;驾驶员的大脑在被次级任务干扰时可能会牺牲横向调整车辆的能力，以确保纵向驾驶的相对稳定性。本文为评估驾驶员注意力分散状态和程度提供了新的模型和方法，可进一步用于驾驶员驾驶能力的评估和车内人机交互系统的设计。
作者：	徐功铖
专业：	车辆工程
导师：	霍孟友;李增勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文