一種基于精確力量控制和觸覺反饋及難度自適應的注意力訓練方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及神經調控技術領域，尤其涉及一種新型的基于觸力覺反饋的神經調控方法。
【背景技術】
[0002]集中注意力的能力深刻的影響著我們的生活，我們的學習能力，社會能力，甚至情緒都受到注意力的影響。現有的提高注意力的訓練方法都是基于視覺和聽覺的訓練方法。如給訓練者聽特定的音樂或者施加特定頻率光的刺激，通過長時間的激勵，可以影響訓練者的腦電信號，從而達到提高注意力的效果。還有一種類型是讓訓練者完成一些基于視覺和聽覺的訓練任務(測試)，在完成任務(測試)的過程中，需要集中注意力，從而提高人對于注意力自我控制的能力。
[0003]現有的基于視覺和聽覺的訓練方法，主要是針對存在注意力障礙的人群和老年人，對普通人群或者需要精細操作的特殊人群而言，難度較低，即使訓練者處在注意力完全不集中的狀態，也能完成訓練，難以調動起訓練者的積極性，在訓練過程中，如果訓練者的積極性不高或配合程度不夠，就會影響訓練效果，因此需要一種能夠針對訓練者特點進行難度調整，適合不同層次水平的人群，并能夠充分調動訓練者積極性的訓練方法來提高訓練的效果。
[0004]人類有多種感覺通道，除了視覺、聽覺通道外還有觸覺和力覺通道，觸力覺被稱為各種感覺之母，是人類與外界交流的重要通道之一。溫度、硬度、形狀、表面紋理等信息，都必須通過觸摸來感知。人的神經系統和皮膚之間有著十分重要和密切的聯系，所以可以通過觸覺通道影響人的認知能力。在目前神經調控方法中，還沒有利用人天然具有的力觸覺能力(包括力觸覺信號感受能力和運動/力控制能力)的訓練手段，人具有的手腦互動的機制被閑置。

【發明內容】

[0005]基于上述理由，本發明公開了一種基于力觸覺通道的注意力訓練方法，可以充分調動訓練者的主動性，從而提尚訓練的效率。
[0006]本發明完整的技術方案為:
[0007]一種基于觸覺反饋和精確力量控制的注意力訓練方法，其特征在于，該方法通過注意力訓練設備實現，所述的注意力訓練設備包括第一力反饋設備phantom和第二力反饋設備phantom和安裝有控制系統的計算機，所述的第一力反饋設備phantom和第二力反饋設備phantom分別和計算機連接，操作者通過一只手操作第一力反饋設備phantom并將操作信息傳輸給計算機，計算機中的控制系統對所述操作信息進行處理并選擇是否發出指令并傳送給第二力反饋設備phantom，第二力反饋設備phantom根據指令通過震動給操作者的另一只手提供提示信息；
[0008]所述的注意力訓練方法利用所述的注意力訓練設備通過完成具有多個任務(測試)的訓練完成注意力訓練，每一任務(測試)中，控制系統生成3個形狀相同的幾何圖形，所述的3個形狀相同的幾何圖形中心重合，包括兩個尺寸固定并且尺寸不同的幾何圖形，以及一個尺寸可變的幾何圖形，所述的尺寸可變的幾何圖形的尺寸通過與計算機連接的第一力反饋設備phantom控制，第一力反饋設備phantom在訓練過程中模擬一面法線豎直向上的水平虛擬墻，操作者操作第一力反饋設備phantom向下壓，向下壓的距離越深，提供的反饋力越大，操作者通過控制第一力反饋設備phantom上下移動的距離和按壓力的大小來調整尺寸可變的幾何圖形的尺寸，當所述的尺寸可變的幾何圖形落入兩個尺寸固定的幾何圖形之間時，控制系統發出指令并傳送給第二力反饋設備phantom，第二力反饋設備phantom根據指令通過震動給操作者的另一只手提供提示信息，當所述的尺寸可變的幾何圖形落入兩個尺寸固定的幾何圖形之間并保持規定時間后，該任務(測試)完成。
[0009]優選的，所述的3個形狀相同的幾何圖形為中心重合的圓形、三角形、四邊形或其他幾何形狀中的一種。
[0010]優選的，所述的訓練方法包括多個任務(測試)，完成每個任務(測試)后，通過根據操作者的指令或自動進入下一任務(測試)。
[0011]優選的，所述的訓練方法具有難度自適應調整的功能，即任務(測試)難度會根據操作者的水平自動變化，每完成一個任務(測試)，計算機會記錄下來該任務(測試)所花的時間，當完成任務(測試)所花時間超過設定的閾值時，下一任務(測試)的難度會降低，相反則難度上升。
[0012]優選的，所述的難度自適應調整的功能，設定一個最大閾值，如果本次操作所花費的時間超過此最大閾值，結束此次任務(測試)，直接降低難度跳入下一次任務(測試)。
[0013]優選的，訓練結束時，計算機會記錄下來每次任務(測試)的難度和所花時間，并生成數據文檔。
[0014]優選的，所述的注意力訓練設備包括視覺和聽覺阻斷裝置。
[0015]本發明所公開的訓練方法的優點為:
[0016]1.結合人的生理特點，基于精確力量控制和觸覺反饋的一種力觸覺通道的訓練方法。這種訓練方法必須要被試者充分融入到訓練環境中，而不是被動的接受，提高了訓練者融入訓練的程度，因此有效的提高了注意力的訓練效果和效率。
[0017]2.可以根據訓練者的水平自動調整訓練難度。因此適用于不同層次水平的人群，不僅適用于存在注意力障礙人群的訓練方法，還適用普通人群或者需要精細操作的特殊人群。
[0018]3.訓練中通過震動反饋，可以適用于當人處在失速或者過載狀態時，視聽覺通道暫時失效的特殊場合。
[0019]4.任務(測試)操作簡單，相比于之前的訓練方法更容易學習。
[0020]5.訓練方法智能，自動化程度高，可以根據操作者的指令或自動進入下一任務(測試)，并具有數據記錄功能，訓練者可以根據整理的數據自動調整訓練進度。
【具體實施方式】
[0021]下面結合【具體實施方式】對本發明進行進一步說明:
[0022]訓練系統的硬件設備包括兩個力反饋設備phantom，一臺安裝有控制系統的計算機。兩臺力反饋設備Phantom，一臺通過震動給人的一只手提供提示信息，人通過另一只手操作另一臺完成訓練任務(測試)，整個訓練由100個相同類型的任務(測試)組成。任務(測試)過程中，屏幕上會顯示3個同心圓，其中兩個同心圓的半徑固定，這兩個固定半徑的同心圓組成一個同心圓環。第三個同心圓的半徑是變化的，其半徑由右手操作的phantom控制。Phantom在訓練過程中模擬一面法線豎直向上的水平虛擬墻，人用右手操作phantom向下壓時，phantom通過給手提供力反饋的方式模擬手按壓墻的效果，手向下壓的越深，phantom提供的反饋力越大。訓練中人通過右手控制phantom上下移動的距離和按壓力的大小來調整第三個同心圓的半徑，任務(測試)的目標是使第三個同心圓落入同心圓環之間，并且保持3秒以上，當保持3秒以后，自動跳轉到下一任務(測試)。當第三個圓落入同心圓環內時，左手的phantom會震動，產生提示信息，訓練過程中人視覺和聽覺通道是被阻斷的，即閉上雙眼同時帶上耳罩。整個訓練過程的難度具有自適應調整的功能，即任務(測試)難度會根據訓練者的水平自動變化。每完成一個任務(測試)，計算機會記錄下來這次任務(測試)所花的時間。當完成任務(測試)所花時間超過設定的閾值時，下個任務(測試)的難度會降低，相反難度上升。同時，還會設定一個最大閾值，如果本次任務(測試)所花費的時間超過此最大閾值，結束此次任務(測試)，直接降低難度跳入下一任務(測試)。整個訓練由100個任務(測試)組成，訓練結束時，計算機會記錄下來每個任務(測試)的難度和所花時間，并生成數據文檔。
【主權項】
1.一種基于觸覺反饋和精確力量控制的注意力訓練方法，其特征在于，該方法通過注意力訓練設備實現，所述的注意力訓練設備包括第一力反饋設備phantom和第二力反饋設備phantom和安裝有控制系統的計算機，所述的第一力反饋設備phantom和第二力反饋設備phantom分別和計算機連接，操作者通過一只手操作第一力反饋設備phantom并將操作信息傳輸給計算機，計算機中的控制系統對所述操作信息進行處理并選擇是否發出指令并傳送給第二力反饋設備phantom，第二力反饋設備phantom根據指令通過震動給操作者的另一只手提供提示信息； 所述的注意力訓練方法利用所述的注意力訓練設備通過完成階段性的任務完成注意力訓練，每一階段的任務中，控制系統生成3個形狀相同的幾何圖形，所述的3個形狀相同的幾何圖形中心重合，包括兩個尺寸固定并且尺寸不同的幾何圖形，以及一個尺寸可變的幾何圖形，所述的尺寸可變的幾何圖形的尺寸通過與計算機連接的第一力反饋設備phantom控制，第一力反饋設備phantom在訓練過程中模擬一面法線豎直向上的水平虛擬墻，操作者操作第一力反饋設備phantom向下壓，向下壓的距離越深，提供的反饋力越大，操作者通過控制第一力反饋設備phantom上下移動的距離來調整尺寸可變的幾何圖形的尺寸，當所述的尺寸可變的幾何圖形落入兩個尺寸固定的幾何圖形之間時，控制系統發出指令并傳送給第二力反饋設備phantom，第二力反饋設備phantom根據指令通過震動給操作者的另一只手提供提示信息，當所述的尺寸可變的幾何圖形落入兩個尺寸固定的幾何圖形之間并保持規定時間后，該階段任務完成。
2.—種根據權利要求1所述的注意力訓練方法，其特征在于，所述的3個形狀相同的幾何圖形為中心重合的圓形、三角形、四邊形或其他幾何形狀中的一種。
3.—種根據權利要求1或2所述的注意力訓練方法，其特征在于，所述的訓練方法包括多個任務(測試)，每個任務(測試)完成，通過根據操作者的指令或自動進入下一階段任務。
4.一種根據權利要求3所述的注意力訓練方法，其特征在于，所述的訓練方法具有難度自適應調整的功能，即任務難度會根據操作者的水平自動變化，每完成一個階段的任務，計算機會記錄下來該階段任務所花的時間，當完成任務所花時間超過設定的閾值時，下一階段任務的難度會降低，相反則難度上升。
5.—種根據權利要求4所述的注意力訓練方法，其特征在于，所述的難度自適應調整的功能，設定一個最大閾值，如果本次操作所花費的時間超過此最大閾值，結束此次任務，直接降低難度跳入下一次任務。
6.一種根據權利要求5所述的注意力訓練方法，其特征在于，訓練結束時，計算機會記錄下來每次任務的難度和所花時間，并生成數據文檔。
7.—種根據權利要求1所述的注意力訓練方法，其特征在于，所述的注意力訓練設備包括視覺和聽覺阻斷裝置。
【專利摘要】本發明公開了一種基于精確力量控制和觸覺反饋及難度自適應的注意力訓練方法，采用定制的訓練設備，通過訓練者輸入——系統處理——震動反饋訓練者的形式完成多個任務(測試)的訓練過程。該方法結合人的生理特點，要求被試者充分融入訓練環境中，而非被動接受，操作方法簡單，因此有效的提高了注意力的訓練效果和效率。同時具有難度自適應調整和訓練數據保存功能，不僅適用于存在注意力障礙人群，也適用于普通人群或者需要精細操作的特殊人群。
【IPC分類】A61M21-00
【公開號】CN104524681
【申請號】CN201510002347
【發明人】王黨校, 楊瀟瀟, 張玉茹, 徐牧, 楊高峰
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月5日