基于心率變異性的心理壓力識別研究.pdf

1、由于社會節(jié)奏的加快和生活壓力的增加，心理壓力逐漸成為影響人體身心健康與生活質(zhì)量的重要因素，自動檢測和衡量心理壓力有利于個人及時掌握自身的壓力狀態(tài)并進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，避免長期心理壓力對身心和生活帶來不良影響。同時，伴隨著可穿戴設(shè)備監(jiān)測心臟活動的普及，獲取心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）用于自動識別心理壓力成為可能。
　　目前利用HRV信號自動識別心理壓力研究的主要難點(diǎn)在于：第一，由于沒有公開檢測心理壓力

2、的HRV數(shù)據(jù)集，需要設(shè)計(jì)壓力誘發(fā)實(shí)驗(yàn)采集心電數(shù)據(jù)，并科學(xué)的判定數(shù)據(jù)的壓力標(biāo)簽；第二，心電信號干擾噪聲去除向來是心電信號采集領(lǐng)域的難點(diǎn)；第三，識別壓力的HRV特征集沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且特征的識別貢獻(xiàn)度沒有較為準(zhǔn)確的衡量；最后，不同的分類器具有各自的特性，需要選擇合適的分類器建立基于HRV特征的心理壓力識別模型，以保證利用HRV識別心理壓力的準(zhǔn)確性。
　　本文以電子游戲-“節(jié)奏大師”作為壓力誘發(fā)源，根據(jù)游戲的低、中、高難度，被試者客觀游

3、戲參數(shù)（如擊中，丟失，完美擊中等）以及被試者面部表情和自我評估綜合設(shè)置壓力標(biāo)簽，同時同步記錄被試者的心電信號。心電信號經(jīng)小波分析可準(zhǔn)確識別R波位置，并獲得HRV的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　在特征提取中，本文將HRV的時域分析、頻域分析和非線性分析方法結(jié)合，構(gòu)建HRV的表達(dá)特征，其中以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提取時域特征，LB周期圖法提取頻域特征，通過該方法克服HRV信號非均勻采樣造成的頻譜失真，同時發(fā)現(xiàn)非線性分析的散點(diǎn)圖緊密度與心理壓力程度存在一定關(guān)系，

4、并依此提取出相關(guān)的非線性特征。
　　在分類模型構(gòu)建中本文采用隨機(jī)森林建立基于HRV的心理壓力識別模型，并以隨機(jī)森林的特征評估特性對HRV特征在心理壓力識別中的貢獻(xiàn)度進(jìn)行排序分析。最后以K最近鄰,邏輯回歸的壓力模型作為對比，評估本文提出的隨機(jī)森林壓力模型的識別性能。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明通過HRV可以識別出心理壓力狀態(tài)的變化，尤其在壓力較大時表現(xiàn)敏感。同時通過三種分類模型的對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用HRV識別心理壓力狀態(tài)時，隨機(jī)森林模型整