CN109350825A

CN109350825A - 一种基于期望误差原理的电刺激警醒方法

Info

Publication number: CN109350825A
Application number: CN201811252089.5A
Authority: CN
Inventors: 程振波; 高晶莹; 唐文庆; 王康; 娄公辉
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-02-19

Abstract

一种基于期望误差原理的电刺激警醒方法，包括以下步骤：1)实施刺激的主体佩戴皮肤电刺激警醒器，并通过开关按钮启动皮肤电刺激警醒器；2)刺激过程中，刺激点位是否放电根据0到1之间均匀分布的随机数与0.5之间的大小关系确定；3)刺激过程中，刺激强度值通过单片机内程序移动位点对应的电阻进行调节，其大小为符合高斯分布的随机数；4)刺激过程中，两个刺激的间隔时间通过单片机内程序按照指数分布随机取值；5)刺激结束可通过关闭按钮来切断点位的供电实施。本发明能避免连续给予刺激带来的适应性问题。

Description

一种基于期望误差原理的电刺激警醒方法

技术领域

本发明涉及电刺激领域。更具体地，本发明涉及用于接触皮肤提供电刺激从而实现警醒的方法和用于皮肤电刺激以达到唤醒功能的装置。

技术背景

在高速公路汽车驾驶、矿业开采和机床操作等工作中，疲惫犯困是引起事故的一个重要因素。根据“国内安全生产事故统计分析”的数据结果表明，事故发生的首要原因之一就是操作人员疲惫犯困引起的注意力缺失。因此，警醒处于疲惫犯困状态的操作人员，减少事故的发生对安全生产具有重要的作用。

当操作人员意识到自己处于疲惫犯困状态时，往往会给予身体直接的刺激s，比如涂抹清凉油、吃刺激性食物等，期望解除疲劳，达到警醒的效果。由于刺激s是接受刺激的人自身发起的，那么实施刺激的人对刺激产生痛感的估计值与刺激实际产生的痛感的实际值大致相等，从而存在难唤醒的困难。此外，如果连续给予强刺激，容易产生心理适应性，导致哪怕提高刺激的强度也难以起到警醒作用。例如，第一次咀嚼辣椒会刺激味蕾，从而起到一定的警醒作用。若经常咀嚼辣椒，味觉会逐步适应此刺激，因此越往后其唤醒作用越低。

发明内容

鉴于以上所述现有警醒方法存在缺点，本发明的目的在于提供一种通过电极刺激皮肤实现警醒的皮肤电刺激警醒器，解决在主动实施刺激时存在的难唤醒和易适应的问题。

为实现上述目的，所述皮肤电刺激警醒器通过刺激点位、强度和刺激的时间间隔这三个参数的调整来自动实施刺激，一种基于期望误差原理的电刺激警醒方法，具体包括以下步骤：

1)实施刺激的主体佩戴皮肤电刺激警醒器，并通过开关按钮启动皮肤电刺激警醒器；

2)刺激过程中，刺激点位i(i＝1,2,…,n。n为皮肤电刺激点位的个数)是否放电根据以下步骤实施：

2.1)在0到1范围内生成的一个均匀分布的随机数d_i；产生随机数d_i的步骤如下：

2.1.1)选取x₀为单片机时钟的当前时间，并取整；

2.1.2)lamda等于5的5次方；

2.1.3)M等于2的35次方减去31；

2.1.4)x1等于lamda乘以x0再对M取模；

2.1.5)di等于x1除以M。

2.2)如果d_i大于等于0.5，那么通过单片机内程序控制位点对应的电阻大小，使得刺激点位i处于接通状态；

2.3)如果d_i小于0.5，那么通过单片机内程序控制位点对应的电阻大小，使得刺激点位i处于断开状态；

3)如果刺激点位i接通，刺激强度按照以下步骤实施：

刺激强度值通过单片机内程序移动位点i对应的电阻进行调节，每次给予的刺激强度值k_i服从高斯分布。k_i值按以下步骤产生：

3.1)根据步骤2.1.2)到2.1.5)分别生成两个数U和V；

3.2)计算

4)如果刺激点位i接通，两个刺激的间隔时间按照以下步骤实施：

两个刺激的间隔时间t_i通过单片机内程序按照指数分布随机取值。t_i值按以下步骤产生：

4.1)根据步骤2.1.2)到2.1.5)生成数U，lamda等于5；

4.2)t_i等于ln(1-U)/(-lamda)；

5)在开关按钮打开后，经过时间T后单片机将断开电路，从而结束所有点位的放电。

所述皮肤可以位于手腕的皮肤。可替代地，也可位于脚腕部分的皮肤。

所述步骤2.1.2)到2.1.5)也可根据其它方法得到0和1之间均匀分布的随机数。随机数d_i的作用是让实施刺激的主体不能准确预测每次使用刺激位点的位置。

所述步骤2)中控制刺激点位激活状态的方法也可每次激活其中的部分电极。

所述步骤3.1.1)到3.1.2)也可根据其它算法得到服从高斯分布的随机数。随机数k_i的作用是让实施刺激的主体不能准确预测刺激电极产生的刺激强度。

所述步骤3.1)中控制刺激点位放电强度可设为3档，即低强度、中强度和高强度，各强度通过电极释放脉冲的幅度进行调制。

所述步骤4.1.1)到4.1.2)也可根据其它算法得到服从指数分布的随机数。随机数t_i的作用是让实施刺激的主体不能准确预测连续两个刺激的时间间隔。

所诉的步骤5)也可通过手动关闭按钮切断点位的供电。

以上给予刺激的方法使得实施刺激的主体难以对刺激位置、刺激强度和刺激的间隔进行有效预测。由于给予皮肤上的电刺激保持了一定强度和频率，从而起到警醒的作用。此外，刺激位置、强度和时间间隔这些参数具有不可预测性，可以避免警醒的适应性。

所述步骤还包括程序代码部分的计算机程序产品，程序运行在可编程装置上时执行如上所述的方法。

本发明具有以下实用效果：电击刺激的幅度在人类可承受且会被刺痛的范围内，可以轻易警醒处于昏睡状态和注意力分散状态的佩戴者；通过刺激位置、刺激强度和刺激的时间间隔这些参数的不可预测性来形成预测值与真实值之间的误差。根据期望误差理论，当人类对刺激的预测值与其真实值之间存在差值时，会诱发大脑中多巴胺神经递质的释放，从而避免连续给予刺激带来的适应性问题。

本发明的优点是：避免连续给予刺激带来的适应性问题。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是实施本发明方法的皮肤电刺激警醒器的电路图，图中

1、蓝牙单片机

2、锂聚合电池

3、开关S

4、放大器

5、二极管FR

6、可变电阻R

V1～V8为八个放电电极(刺激位点)

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

本发明所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应属于本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本发明中的参数给予的具体值仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，应当同样视为本发明可实施的范畴。

本发明根据图1提供一种通过皮肤电刺激警醒器来达到唤醒的方法，所述皮肤电刺激警醒器通过刺激点位、强度和频率参数的调整来自动实施刺激，具体包括以下步骤：

2)刺激过程中，刺激点位i(i＝1,2,…,n。n为皮肤电刺激警醒器的个数)是否放电根据以下步骤实施：

2.1.1)选取x₀为单片机时钟的当前时间，并取整；

2.1.2)lamda等于5的5次方；

2.1.3)M等于2的35次方减去31；

2.1.4)x1等于lamda乘以x0再对M取模；

2.1.5)di等于x1除以M。

2.3)如果d_i小于0.5，那么通过单片机内程序控制位点对应的电阻大小，使得刺激点位i处于断开状态。

3)如果刺激点位i接通，刺激强度按照以下步骤实施：

3.1)刺激强度值通过单片机内程序移动位点i对应的电阻进行调节，每次给予的刺激强度值k_i服从高斯分布。k_i值按以下步骤产生：

3.1.1)根据步骤2.1.2)到2.1.5)分别生成两个数U和V；

3.1.2)计算

4.1)两个刺激的间隔时间t_i通过单片机内程序按照指数分布随机取值。t_i值按以下步骤产生：

4.1.1)根据步骤2.1.2)到2.1.5)生成数U，lamda等于5；

4.1.2)t_i等于ln(1-U)/(-lamda)。

所诉的步骤5)也可通过手动关闭按钮切断点位的供电。

图2中单片机八个引脚连接电路中对应的八个电极，控制对应的电极产生电流。图中FR为检测电刺激警醒器工作状态的指示灯，可表征电路运行状况。

本发明的皮肤电刺激警醒器，具有以下有益效果：电击刺激的幅度在人类可承受且会被刺痛的范围内，可以轻易警醒处于昏睡状态和注意力分散状态的佩戴者；通过刺激位置、刺激强度和刺激的时间间隔这些参数的不可预测性来形成预测值与真实值之间的误差。根据期望误差理论，当人类对刺激的预测值与其真实值之间存在差值时，会诱发大脑中多巴胺神经递质的释放，从而避免连续给予刺激带来的适应性问题。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.一种基于期望误差原理的电刺激警醒方法，包括如下步骤：

2)刺激过程中，刺激点位是否放电根据0到1之间均匀分布的随机数与0.5之间的大小关系确定；如果该随机数大于0.5则接通该刺激点位，否则不接通；刺激过程中刺激点位i是否放电根据以下步骤实施，i＝1,2,…,n；n为皮肤电刺激警醒器的个数：

2.1.1)选取x₀为单片机时钟的当前时间，并取整；

2.1.2)lamda等于5的5次方；

2.1.3)M等于2的35次方减去31；

2.1.4)x1等于lamda乘以x0再对M取模；

2.1.5)di等于x1除以M；

3)刺激过程中，刺激强度值通过单片机内程序移动位点对应的电阻进行调节，其大小为符合高斯分布的随机数；如果刺激点位i接通，刺激强度值通过单片机内程序移动位点i对应的电阻进行调节，每次给予的刺激强度值k_i服从高斯分布；k_i值按以下步骤产生：

3.1)根据权利要求2)的步骤2.1.1)到2.1.5)分别生成两个数U和V；

3.2)计算

4)刺激过程中，两个刺激的间隔时间通过单片机内程序按照指数分布随机取值；如果刺激点位i接通，两个刺激的间隔时间t_i通过单片机内程序按照指数分布随机取值，按照以下步骤实施：

4.1)根据权利要求2)的步骤2.1.1)到2.1.5)生成数U，lamda等于5；

4.2)t_i等于ln(1-U)/(-lamda)；

5)刺激结束，通过关闭按钮来切断点位的供电实施。