بخشی از مقاله
چکیده:
اختلالات اضطرابی شایع ترین علت مراجعه به کلینیکهای تخصصی است. اگر بتوان پاسخ افراد به استرس را تغییر داد، میتوان اضطراب را تا حد زیادی کنترل کرد. بارزترین اثر استرس بر روی سیستم گردش خون و مخصوصا از طریق تعریق ظاهر میشود. بنابراین از هدایت الکتریکی پوست - - GSRکه وابسته به سطح استرس است، استفاده کردیم و برای کاهش خطا و افزایش دقت درکنار این پارامتر، ضربان قلب فرد را نیز اندازه گرفتیم. هنگامی که فرد در مقابل آموزش آرامسازی و بیوفیدبک قرارگیرد، باتوجه به تغییراتی که در مدارGSR میبیند، میتواند استرس خود را کاهش دهد. در این مقاله کنترل استرس با استفاده از یادگیری تقویتی به موازات بیوفیدبک را پیشنهاد میدهیم که ازلحاظ محاسباتی بهینه تر از روشهای دیگراست.
هدف این است که با فیدبک گرفتن از سیگنالهای زیستی بدن انسان - بیوفیدبک - در کنار پخش عکس وآهنگ میزان استرس را با استفاده از یادگیری تقویتی کنترل کنیم. نقش یادگیری تقویتی در حقیقت این است که به جای همان روانشناس در کلینیکها، متناسب با شرایط درمانگر، استرس فرد را با پخش عکس و آهنگ کاهش دهد. بنابراین در این تحقیق روشی برای کنترل سطح استرس فرد به کمک یادگیری تقویتی برای بهبود صحت تشخیص، به شیوهای آسان، با تشخیص سریع، هزینهی کم و سبک جدید، ارائه و ارزیابی شده است.
.1 مقدمه:
شمار زیادی از مراکز درمانی کشورهای جهان، برای برطرف کردن اختلالات استرس به سوی بیوفیدبک روی آوردند و این مراکز همواره به دنبال روشهای کارآمد برای تشخیص استرس و کنترل آن به شیوهای بهینه هستند. از دیرباز برای تشخیص استرس و برطرف کردن آن شیوههای گوناگونی را در نظر میگرفتند، از جمله این شیوهها این است که با ثبت گرفتن از سیگنالهای مغزی و استخراج ویژگیها و تحلیل این سیگنالها به میزان استرس فرد پی برده میشود. [1] همچنین در زمینهی پردازش تصویر با ثبت گرفتن از قطرمردمک چشم1 و ارتباط قطرمردمک چشم با میزان استرس[2] وهمچنین حرکات پرشی چشم[3] 2 میتوان به استرس فرد پی برد.
تصویربرداری حرارتی 3 یکی دیگر از روش-های پی بردن به استرس است که در این روش از چهرهی فرد طی مراحل مختلفی با دوربینهای مادون قرمز حساس، تصویر گرفته میشود و اگر به سوژه در طی تصویربرداری استرسی وارد شود، به علت افزایش میزان جریان خون اطراف چشم به صورت نقاط گرم ظاهر میشود، در صورتی که در افراد آرام این نقاط به صورت سرد نمایان میشوند. [4] تمامی مواردی که گفته شد نیازمند تخصص برای تشخیص استرس است، به عنوان مثال در ثبت سیگنالهای مغزی سوژه، باید بدانیم هر حالت از امواج مغزی مربوط به چه وضعیتی است، مثلا فرد در خواب، در حالت استرس و یا ... است.
اولین بار درسال 1895 توسط لومبروسو از فشارخون و نرخ ضربان قلب برای تشخیص استرس استفاده شده و بعدها در سال 1921 جان لارسون، نرخ تنفس را به روند اضافه کرد و در سال 1939 هدایت الکتریکی پوست [6,5]4 - GSR - نیز توسط لئوناردکیلر اضافه شد و امروزه سیگنالهای نرخ ضربان قلب، هدایت الکتریکی پوست، حجم خون و نرخ تنفس قابل اندازهگیری هستند. [7] در تمامی این روشها، ثبت آسان و هزینه کم حائز اهمیت است. براین اساس ثبت سیگنال هدایت الکتریکی پوست و نرخ ضربان قلب بهترین گزینه در هنگام استرس است، زیرا در هنگام استرس ضربان قلب بالا رفته[8] و فرد شروع به تعریق میکند.
در این تحقیق بعد از ثبت سیگنال هدایت الکتریکی پوست به وسیلهی دستگاهی که ساخته بودیم و پیبردن به میزان سطح استرس، آرامش یا حالت فعال فرد، هدفمان این است که به کمک یادگیری تقویتی و بیوفیدبک سطح استرس فرد را کنترل کنیم در این راستا در محیط نرمافزار متلب، بر اساس استراتژی که توسط یادگیری تقویتی مشخص می شود عکس و آهنگ پخش میکنیم و این کار به کمک یادگیری تقویتی بارها و بارها انجام میشود تا فرد به حالت آرامش و حالت مطلوب برسد. در طی این عملیات فرد نیز باید تلاش کند که با تمرکز بر روی عکس و آهنگ پخش شده، میزان استرس خود را کاهش دهد.
.2 ساخت دستگاه برای ثبت سیگنال فیزیولوژیکی:
همانطور که گفته شد در این تحقیق برای تشخیص میزان استرس از دو پارامتر هدایت الکتریکی پوست به صورت کمی و تعداد ضربان قلب به صورت کیفی جهت کاهش خطا در ثبت استرس استفاده میکنیم که ثبت هر کدام از این سیگنالها نیازمند مدار خاصی میباشد. بنابراین برای هر کدام از پارامتر های ذکر شده، مدار مربوط به آن را ساختیم. این مدارات بسیار ساده و کم هزینه میباشند که این نکته حائز اهمیت است. توجه داشته باشیم که دمای محیط نیز بر روی ثبت اثر گذار بوده و ثبت باید در دمای اتاق - 25℃ - صورت گیرد.
.1-2 مدار تشخیص استرس:
مدار شکل - 1 - سطح استرس را با توجه به میزان هدایت الکتریکی پوست تشخیص میدهد و داده ها را بر حسب ولتاژ توسط ارتباط سریال به کامپیوتر ارسال میکند، علاوه بر این میتواند این سطح استرس را توسطLED هایی که بر روی آن تعبیه شدهاند، نمایش دهد. بیاموزد. در واقع یادگیری تقویتی، یادگیری آنچه باید انجام بگیرد است، اینکه چگونه موقعیتها را به عملها نگاشت کنیم تا بتوانیم پاداش عددی را بیشینه کنیم10]،.[9 برای رسیدن به این مقصود روشهای سعی و خطا همراه با الگوریتمهای متنوعی وجود دارد که یکی از این الگوریتمها، الگوریتم Q-Learning است که در سال 1989 توسط واتکینز ارائه گردیده است. این الگوریتم در سادهترین شکل به صورت شکل 1 بیان میشود.
.2-2 مدار ضربان سنج:
مدار ضربان سنج - شکل - 2 داری دو سنسور گیرنده و فرستنده مادون قرمز میباشد که با قرار گرفتن انگشت بین آنها، به ازای هر ضربان LEDتعبیه شده بر روی آن چشمک میزند.
شکل :2 مدار ضربان سنج
خروجیهای دو مدار فوق شامل: -1سطح استرس فرد و -2 میزان ضربان قلب از طریق ارتباط سریال به نرم افزار متلب فرستاده میشود و به عنوان حالتها در مسئله یادگیری تقویتی مورد استفاده قرار میگیرد.
.3 یادگیری تقویتی
یادگیری تقویتی مسئلهای است که در آن، عامل میبایست رفتار خود را از طریق سعی و خطا در محیط پویای اطرافش فرض کنید حالت ها و عمل ها به صورت زیر تعریف شوند: در هر تکرار با اعمال عمل در حالت حالت محیط تغییر می کند و به حالت + میرود ود این حالت پاداش لحظهای را دریافت می نماید که مقدار این پاداش عددی بسته به هدف تعیین شده در مسئله متفاوت میباشد. مسئله مهم این میباشد که به دنبال ماکزیمم کردن این پاداشهای دریافتی در دراز مدت میباشیم. در یادگیری تقویتی پنج پارامتر مهم وجود دارد که در این مقاله به صورت زیر تعریف میشوند.
.1-3 حالت یا وضعیت : - state -
در اینجا حالت همان سطح ولتاژ خروجی مدار استرس سنج است. این سطح ولتاژ متناسب با شرایط افراد، متفاوت است.
