脑电及在人体感觉评价中的应用

脑电及在人体感觉评价中的应用 脑电及在人体感觉评价中的应用 第24卷第2期苏州大学("1-科版) 2004年4月JOURNALOFSO— OCHOWUNIVERSITY(ENGIN— EERINGSCIENCEEDITION) 文章编号:10oo一1999(2004)O1,0055—03 脑电及在人体感觉评价中的应用 刘洋,陈庆官 (苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021) 摘要:由于脑电能够反映大脑的病变状况,所以目前这方面的检测在临床上的应用越来越广泛. 更重要的是能够反映人的本文经过调查研究,说明它不但可以反映人的生理状况, 心理状态.在纺 织服装中,由于舒适性等感觉指标目前很难测量,所以本文试着探讨利用脑电来评价织物风格的可 行性. 关键词:脑电;诱发;织物风格 1脑电发生原理 现在对于人体脑电产生的机制还不很完全了解.一般来说,在人体中细胞膜两侧离子分布不均匀,细胞 内外离子(如K+,N.d+,A一)的浓度存在很大差异,因而在细胞膜的两端存在很高的浓度梯度,在此浓度梯度 作用下,离子将向低浓度一侧扩散,从而形成一定的电位差.安静状态下存在于细胞膜内外两侧的电位差, 其数值随动物种类和细胞种类的不同而异,但都是内负外正,只要细胞未受到外来刺激而保持正常的新陈代 访},静息电位就稳定在某一相对稳定的水平.但是可兴奋细胞在受到足够强的刺 激时,膜在静息电位的基础 之上产生一次短暂的电位波动,并沿着细胞膜向周围扩布,使整个细胞都经历一次同样的电位变化.人体中 神经元的活动也一样,既包括本身固有的电活动(膜电位及其波动),也包括动作电位的传导(即神经冲动 的传导)及突触传递过程中产生的兴奋性或抑制性突触后电位.对于脑电波产生的原理目前较公认的论点 是突触后电位学说,即认为脑电波是皮层内神经细胞群同步活动时突触后电位的总和….人类或脊椎动物 在安静情况下,即使没有任何特定刺激,在大脑皮层上也能记录到持续节律性的电位变化,这种电位变化称 为脑电的自发活动,被描述下来即称脑电图. 2脑电的检测及与人体感觉的关系 脑电的研究包括正问题和逆问题两个方面.正问题是在已知脑内电活动源的情况下去分析头皮上的电 位;逆问题是指用从头皮观测的电位去反演脑内电活动源的信息L2j.尽管脑电的发生机制没有完全弄清楚, 但是其应用越来越广泛,而且凸显出越来越重要的价值,尤其是脑电逆问题的研究有很大的现实意义.当人 或动物受到外部刺激时,在脑内会产生相应的电位变化,并且电位值随着刺激时问和刺激形式的变化而变 化.这一点就成为临床诱发电位诊断的依据.所谓诱发电位是指对神经系统某一特定部位(包括从感受器 到大脑皮层)给予相应刺激,或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工,在该系统和脑的相应部位产生 可以检出的,与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定相的生物电反应E3j.因此临床诱发电位诊断是 检测人在受到外界的刺激时所引发的脑电变化情况,以此来分析人的脑部病变状况.在临床上,诱发刺激主 要利用躯体感觉诱发电位(SEPs),听觉诱发电位(AEPs),视觉诱发电位(VEPs),运动诱发电位(MEPs)等. 经研究表明,精神因素对脑电活动有很大影响,当注意力集中或精神紧张时,脑电中的a节律受到抑制 或消失,而在精神放松时,a节律明显增强,但精神放松到一定阶段而出现倦意时,a节律逐渐解体,同时0节 *收稿日期:2003—11—25 作者简介:刘洋(1978一).男.硕士研究生,研究方向为计算机在纺织中的应用. 56苏州大学(工科版)第2期 律增强.所以.节律就作为情绪稳定性的指标来反映人的情绪表现l.而日本的研究者经过研究也发现,a 节律在11.5,t3H时,表示人稍微有点紧张,但能集中意识;a节律在9.5,11Hz时,说明人很悠闲但能集中 意识;a节律在7.5,9Hz时,表明人能快速地集中意识.y节律表示人由于不安而呈现兴奋状态;节律表 示人处于紧张状态;8节律表明人处于深度睡眠状态.由此可见脑电能够反映人体精神状态的变化.从另 一 个角度来说,人对外界的感觉状况又是通过人体精神状态表现出来的,所以通过脑电可以获得人体对外界 的感觉信息,这一点在如今的测谎仪等应用中表现出来.现在,人们正努力通过脑电来评价人的感觉情况. 感觉通常是指人们由外界刺激而获取的信息和获得的感性认识.通常我们是用语言来表达对事物的感觉, 这种表达方式具有很大的局限性.在感觉的表达过程中,由外界刺激获取信息和向外界发出信息的能力是 十分重要的,这种能力称为感性l_5j.在日本,经过系统研究,已经专门形成了一门叫做感性工学的学科.而 国内在这方面进行的系统研究还不是很多.传统的测知人的感受或者心理活动的方法主要通过行为观察, 各类问卷来对心理活动的某些方面作出描述和量化.但这些方法大多只是根据言语反应和个体外部行为的 表现或结果去推断或解释心理活动,得到的结果有很大的局限性.而经过研究逐渐发现神经电生理的手段 可以应用于人的心理活动的定性和定量描述,通过检测神经电可以了解人的心理状况. 3脑电在评价纺织服装中的应用 服装位于人们衣,食,住,行四大基本生存条件之首,对人们的影响无时无刻不存在.它的内涵早已从遮 寒避风的范畴上升到给人以美感,以及良好的心理感受这样一个层次,从而对它的要求也越来越高.不仅要 求它在生理上能给人以舒适的感受,而且要求它在心理上能给人以愉悦的感受,后一点尤其重要.纺织品对 人体的影响在内在本质上主要表现为柔软程度,透气性,透水性;在外观上主要表现为色彩,款式等.但是有 些指标如款式,色彩对人的影响在目前的测量手段方面都是很难量化的.随着社会的发展,人们对面料的要 求也上升到更高的层次,希望它是一种人性化的物质,对人既有亲和力又无毒副作用.但是要达到这个目 标,首先就必须能够衡量这些指标参数.所以对于纺织服装业来说,必将会注重如何正确检测其对人心理的 影响.人体的感受能够通过脑电表现出来这一点,给我们测量这些指标带来了新的思路,从而可以克服感觉 很难用物理指标来表达这一缺点,也可以克服主观检测不准的局限性.利用脑电来测量人对织物的感觉,所 用的方法可以借鉴医学上脑电的检测手段,利用其中的事件相关诱发和视觉诱发的测试方法,通过分析不同 服装面料对人体脑电的影响,来判断人体的感觉情况. 3.1事件相关电位在面料中的测量 事件相关电位(ERP)是一种特殊的诱发电位,属于近场电位的一种,它反映认知过程中大脑的神经电生 理改变,因此也有人把它称作"认知电位"].利用此种原理已经制作出EtlP测谎仪.测量的时候可以基于 事件相关电位,来测试面料对人体触觉的影响情况.以前人们在测量纺织面料对人体触觉影响时所用的方 法是:将不同试样置于左前腕内侧,每隔3秒给予刺激一次,记录6个不同部位的事发相关电位曲线.经过 测试分析后发现试样本身的风格特征对P300的振幅有显着影响,但电极所放置的部位以及测定部位和试样 问的交互作用对P300的振幅无显着影响.人触摸手感柔软,丰满,肤感好的织物时,P300的振幅小于触摸 手感粗糙的砂皮时的振幅[. 第一在以前的基础之上,可以通过两种方法来测量人体对面料或服装的触觉效果.种,由于对于人体来 说,感觉最灵敏的是人体的背部,所以可以在上述方法的基础之上,以面料刺激这个部位来测量人体的脑电 情况;第二种就是不光靠面料来反复刺激人的同一部位,而是将服装样品直接穿在身上,稍微移动身体,依靠 全身与衣料的接触作为刺激,来测量人的脑电情况.这个方法的优点是可以完全模仿服装的穿着效果,而且 可以折射出透气透水性对人体的影响,反应出服装对人的综合性影响.但是也不可避免地带来肌电干扰等 问题,这个问题可以通过软件将其影响尽量减少. 3.2利用视觉诱发进行外观测量 医学上视觉诱发的种类可分为:闪光视觉诱发电位,模式视觉诱发电位.闪光视觉诱发是用弥散性的非 模式光源作为刺激源,这种方法由于波形和潜伏期的正常值变异过大,以及在视觉通路受损的时候电位仍然 正常,所以一般只应用于简单地了解从视网膜到视觉皮层的视觉通路的完整性;模式诱发可呈现二维空间, 有棋盘格,条栅等图形,由于模式刺激有清晰的轮廓和锐利的边缘,这都使得刺激更加有效.模式诱发的方 第24卷刘洋,陈庆官:脑电及在人体感觉评价中的应用57 式可分为闪光模式,模式"给"和"撤''的闪光刺激照度不恒定的模式以及翻转模式.翻转模式的特点是在刺 激过程中保持模式图像持续不消失,由于其可重复性高,且波形易分析,所以在临床上一般采用这种方法作 为视觉诱发方式[.其测试结构如附图所示. 附图脑电视觉诱发测量示慝图 以前主要是利用电视机作为刺激源,它的优点是使用方便,而且能提供多种模式,一按开关就可以呈现 不同大小的刺激源,不同对比度和颜色.现在我们可以利用这种原理,不同的模式, 将不同颜色的面料或者 不同款式的服装作为刺激源,通过它的图片或者实物的不断隐现或者翻转来代替电视图像的翻转,由此测量 不同色彩,不同款式服装对脑电变化的影响. 虽然脑电能够客观地表达人的感觉效果,但是现在利用脑电来量化人的感觉也有一些难度,比如现有的 脑电测试仪器过于庞大,难以进行广泛的测量,如果能够研制出便携式的脑电测试仪,就可以随时测量人体 的脑电情况,能更广泛地利用脑电来研究人的感觉情况.相信今后在这方面的研究肯定会越来越多. 参考文献 [I]伍国锋,张文渊.脑电波产生的神经生理机制,临床脑电学杂志,2000,9(3):188—190, [2]黄承清,等,脑电物理头模型数据采集系统的研究,电子技术应用,2003,(4):30— 32. [3]潘映福.临床诱发电位学[M].北京;人民卫生出版社,2004:4. [4]袁全,等.噪声和音乐对脑电功率谱的影响.航天医学与医学工程,2000,13(6):401 —404. [5]潘志娟,等.人体生理反应与纺织品感觉评价.苏州大学(工科版),2001,21(3):12— 17 [6]潘映福.临床诱发电位学[M].北京:人民卫生出版社,2000:581. EEGandtheApplicationofEEGintheSensationEvaluation LIUYang,CHENQing—guan (CollegeofMaterialEngineeringofsuchowUniversity,St~zhou215021,China) Abstract:EEGcanreflectthepathologicalchangesofthebrain,SOithasbeenwidelyusedintheclinic.Nowithas beenworkedoverthatthemoreimportantisEEGisthereflectionofman'Spsychology.Itisdifficulttoevaluatethecorn— fortableoffabricandfashions.ThewaytoassessthefabrichandlebyusingEEGisbeingstudie d. KeyWords:EEG;evokedpotentials;fabrichandle