КОМП’ЮТЕРИЗОВАНА СИСТЕМА ВПЛИВУ НА СТАН КОРИСТУВАЧА З ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИМ ЗВОРОТНИМ ЗВ’ЯЗКОМ

 

ПІД- СЕКЦІЯ 4. Інноваційні технології.

Шабатура М.Ю., аспірант каф. ЕОМ

Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів, Україна

 

КОМП’ЮТЕРИЗОВАНА СИСТЕМА ВПЛИВУ НА СТАН КОРИСТУВАЧА З ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИМ ЗВОРОТНИМ ЗВ’ЯЗКОМ

 


Аналіз особливостей впливу аудіо-потоків на стан користувача 

Спеціальні фізіологічні дослідження об’єктивно виявили вплив аудіо-потоку на різні системи людини [1]. З’ясовано, що сприйняття аудіо-потоку здатне прискорити серцеві скорочення, підвищити темп респірації [2]. Було виявлено підсилюючий вплив аудіо подразників на пульс, дихання залежно від висоти, сили тембру і звуку.

У даний час в клінічних дослідженнях виявляються можливості використання аудіотерапії при лікуванні хворих з різними захворюваннями. Так, в Німеччині, в університетській клініці Мюнхена до медикаментозного лікування хворих із захворюваннями шлунково-кишкового тракту додали щоденні прослуховування творів Бетховена і Моцарта. У Франції в Національному інституті переливання крові під час операцій звучить аудіо-потік, підібраний у відповідності з його фізіологічним впливом на організм та індивідуальними особливостями людини і характером захворювання. У ряді лікарень Голландії практикується аудіотерапія при лікуванні захворювань серцево-судинної системи.  В університетах США (MIT, Southern Methodist University, Saint Louis University) вивчення аудіо-впливу на стан студентів перед здачею іспитів та перед вирішення лабораторних, практичних завдань, дозволило виявити, що певним чином підібрані аудіо-потоки знімають стрес та депресію у студентів.

Аналіз особливостей впливу відео-потоків на стан користувача 

Візуальний вплив на психо-фізіологічний стан користувача є багатостороннім, різноманітним, досить ефектним та ефективним. Світло - це потік електромагнітного випромінювання у видимому для людського ока діапазоні довжин хвиль, складові частини якого (в залежності від довжини хвилі) сприймаються людиною у вигляді кольорової гами. Кожен колір надає свій специфічний вплив на стан користувача, як психоемоційний так і фізіологічний.

Довгохвильова частина видимого світла (червоний, рожевий, жовтий) надає симпатико-тонічний вплив, короткохвильова частина (блакитний, синій, фіолетовий) - парасимпатичний вплив. Зелена частина світла – синхронізує та узгоджує симпатико-тонічний та парасимпатичний впливи.

Кожен колір оптичного спектру здійснює певний вплив на психоемоційний і фізіологічний стан людини. Червоний, рожевий та жовтий спричиняють збудливу дію; зелений, блакитний, синій та фіолетовий – седативну [6]. Створене на екрані комп’ютера зображення, яке динамічно змінюється, використовується для завдання дихального ритму з метою синхронізації його з ритмом роботи серця. Опція керування процесом дихання у режимі інтелектуального зворотного зв'язку може бути використана для нормалізації психо-фізіологічного стану користувача після фізичних і психічних навантажень, у стресових ситуаціях, при появі ознак втоми, а також для підвищення працездатності та розслаблення.

Метод аудіовізуальної стимуляції бінауральними ритмами

Прилади, засновані на принципах аудіовізуальної стимуляції з використанням біологічного зворотного зв'язку впливають на кору головного мозку за допомогою мерехтливого світла й ритмічного звуку, викликаючи при цьому зміну біоритму.  В основі методу лежить ефект бінауральних ритмів.

Бінауральний ритм сприймається як такти на частоті, створеній завдяки різниці частот, які сприймаються правим і лівим вухом користувача. Ця активність передається в кору мозку, де її можна зафіксувати за допомогою електроенцефалограми (ЕЕГ). Бінауральне ритми присутні і на низьких частотах (< 30Гц), що відповідає спектру ЕЕГ.

Відомі, так звані «мозкові хвилі» (brainwaves) – це електромагнітні хвилі малої інтенсивності частотою від 1 до 30 Гц, які фіксуються приладами, наприклад, ЕЕГ [4]. Ці хвилі умовно діляться на чотири діапазони: бета-хвилі (14Гц - 42Гц: режим повної активності), альфа-хвилі (8Гц - 13Гц: помірне розслаблення/режим помірної активності), тета-хвилі (4Гц - 8Гц: розслаблення.) та дельта-хвилі (0.5Гц - 4Гц: глибоке розслаблення).

Fuzzy Logic модель системи впливу

Математична модель системи формування аудіовізуального впливу на психофізіологічний стан користувача розроблялась із застосуванням Fuzzy Logic апарату. У створеній моделі (рис. 1), використані такі структурні елементи: індивідуалізована база знань про стан користувача (Individual DB); блоки ідентифікації фізичного (Physical_User_Status) та психологічного (Psy_User_Status) стану користувача, а також аудіо (Audio_Impact) та візуального впливу (Visual_Impact) на стан користувача; основний блок (Maintain), який містить блок прийняття рішень (Decision-making) та блок Fuzzy правил формування залежностей та конфігурації (Fuzzy Ruls Dependencies and Sets). Вхідними параметрами моделі є поточний фізичний (Physical_User_Status) та психологічний (Psy_User_Status) стан користувача, а також політики аудіо (Audio_Impact) та візуального (Visual_Impact) впливів. Прийняття рішень, щодо впливів описані в основному блоці (Maintain) на основі методів побудови математичних моделей нечіткого логічного виведення типу моделі Мамдані, з найбільш адекватним врахуванням вимог серед існуючих моделей нечіткого логічного виведення [3,5], які необхідні для побудови системи впливу на стан користувача. Подану модель розроблено у програмно-математичному середовищі Matlab.

 

Рис.1. Fuzzy Logic модель системи формування аудіовізуального впливу на психофізіологічний стан користувача ЕОМ

 

Висновок

Розроблена методологія базується на поєднанні емпірично досліджених особливостей впливу на стан людини аудіо та відео потоків з методом аудіовізуальної стимуляції бінауральними ритмами, що в комплексі здійснюється в комп’ютерній апаратно-програмній системі, яка функціонує на основі запропонованої нечіткої логічної моделі і створює у взаємодії з користувачем інтелектуальний зворотний зв’язок.

Комп’ютерне моделювання та експериментальні дослідження підтвердили високу ефективність застосування розробленої методики в комп’ютеризованій системі, яка успішно нормалізує психо-фізіологічний стан користувача після успішної ідентифікації його стану [7].

 

Список літератури 

1.  IBM Project «Synapse»: www.ibm.com/smarterplanet/us/en/business_analytics/article/cognitive_computing.html 

2.  Cade, C. Maxwell and Nona Coxhead. «The Awakened Mind: Biofeedback and the development of higher state of awareness.» Great Britain: Element Books, 1989. 

3.  Jang, J.-S. R. and C.-T. Sun, Neuro-Fuzzy and Soft Computing: A Computational Approach to Learning and Machine Intelligence, Prentice Hall, 1997. 

4.  Schul, Bill D. «Effects of Audio Signals on Brainwaves.» Faber, VA: Monroe Institute of Applied Sciences.

5.  Zadeh, L.A. «Knowledge representation in fuzzy logic», IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, Vol. 1, pp. 89-100, 1989. 

6.  http://www.colourtherapyhealing.com/

7.  Шабатура М. Ю. “Комп’ютеризована система ідентифікації стану користувача з інтелектуальним зворотним зв’язком”, Вісник Національного університету «Львівська політехніка», Серія «Інформаційні системи та мережі» №699, ст. 281 – 292, м.Львів, 2011.