CN105069294B - 一种用于认知能力值测试的计算和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于认知能力值测验的计算和分析方法，所述方法至少包括：获取测试者输入的反馈信息和采集测试者在测试过程中对刺激信息的反应信息；根据所述反馈信息获取用于评估认知能力的至少两个测试维度的测试等级；基于获取的各个测试维度的测试等级生成测试样本，结合测试样本和反应信息得到测试报告。本发明从十六个维度测试认知能力，增加了测试维度，提高了测试的准确性，并结合测试者的相关背景信息选择合适的常模群体，使测试结果更符合测试者的实际情况。

Description

一种用于认知能力值测试的计算和分析方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种用于认知能力值测试的计算和分析方法。

背景技术

认知能力（cognitive ability）是指人脑加工、储存和提取信息的能力，即人们对事物的构成、性能与他物的关系、发展的动力、发展方向以及基本规律的把握能力。它是人们成功的完成活动最重要的心理条件。

认知能力评估中则把认知界定为第一种涵义，认知是通过动作和语言活动及行为来表现。认知具有以下特点：遗传和环境相互作用的结果、具有关键期、成熟和学习的结果、自然认知和社会认知同步发展。例如对儿童认知能力的评估，不仅要了解其认知发展是否处于正常的发展顺序，而且要了解其认知能力的品质是否达到了应有的水平。认知领域包含大量与智力相关的能力和技能，它们与注意力、辨别力、模仿、空间关系、时间关系、因果关系、推理、分类、排序、序列和问题解决有关。

在现有测试认知能力的方法中存在一些问题。首先，在测试过程中，没有结合测验者的基本信息、性格、特点、年龄等对认知能力进行综合评价，从而出现测验的结果与测试者的实际情况符合程度较低的情况。其次，目前的认知能力测试仅仅是通过测试者完成测试题的情况来评估的，而没有考虑到将测试者在测试过程中的一些直观可见的身体反应纳入分析认知能力的范畴，如眼球的运动、注视时间和面部表情等。再次，目前对认知能力的测试评价的维度较少，如瑞文标准推理测验，其测试的维度包括知觉、图形组合、推理、关系和抽象思维五个维度。由于认知能力则具有多个维度的表现形式，个体与个体之间的差异各不相同，若用较少的维度来评价认知能力可能存在准确度不高的问题。

因此，如何准确、科学的测试认知能力成为了测试领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种用于认知能力值测试的计算和分析方法，所述方法至少包括：获取测试者输入的反馈信息和采集测试者在测试过程中对刺激信息的反应信息；根据所述反馈信息获取用于评估认知能力的至少两个测试维度的测试等级；基于获取的各个测试维度的测试等级生成测试样本，结合测试样本和反应信息得到测试报告。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：对评估认知能力的各个测试维度设置相应的测试模块，并按照定序指标对测试模块中不同的测试选项预先设置不同的分值。

根据一种优选的实施方式，获取测试维度的测试等级的方法具体包括：记录测试者选择的测试选项，并获取该测试选项对应的分值；根据测试模块中每个测试选项的分值得到对应测试维度的分值；并根据测试维度的分值在维度等级数据库中查找与该分值对应的测试等级。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：预设一个从测试样本到常模样本的映射函数，通过所述映射函数将测试样本映射在常模样本中并生成映射样本。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：根据预设相似度匹配函数在常模样本中查找与映射样本相近的匹配样本，根据所述匹配样本在常模样本数据库中获取与其对应的样本特征。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：在常模总体中查找匹配样本时，提取测试者的背景信息，并基于所述背景信息从常模总体中的至少两个常模群体中选取一个与其相符合的常模群体。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：对至少包括眼动信息和/或面部信息的反应信息进行分析和/或在反应报告数据库中匹配得到反应报告；结合所述样本特征和所述反应报告在测试报告数据库中获取与其最接近的测试报告。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：在得到测试报告后，将映射样本存储到常模样本中，将反应信息及其对应的反应报告存储到反应报告数据库中。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：进一步采集测试者在测试过程中的实际生理参数，并记录实际生理参数与标准生理参数不一致的时刻，用于辅助评估认知能力。

根据一种优选的实施方式，所述方法包括：以文字、语音或图形中的至少一种方式呈现刺激信息。

本发明的有益效果在于：

1、本发明从十六个维度测试认知能力，增加了测试维度，提高了测试的准确性，并且更符合测试者的自身情况。

2、采用数学映射和匹配的方法得到测试报告，使结果更加科学、准确。

3、本发明结合测试者的相关背景信息，如年龄、职业、教育背景、学历等，以此选择合适的常模群体，使测试结果更合理。

附图说明

图1是本发明的方法处理流程图；

图2是本发明的测试维度获取测试等级的步骤流程图；和

图3是用于执行本发明方法的设备的结构示意图。

附图标记列表

10：记录模块 20：控制模块 30：数据分析模块

40：反应信息采集装置 50：刺激信息提供装置

60：生理信息采集装置 70：数据库 701：反应报告数据库

702：常模样本数据库 703：测试报告数据库

704：维度等级数据库

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明中的“定距指标”是指对统计客体绝对差异所作的测量，即对在不同程度上反应认知能力的选项设置不同的分值。例如：对代表认知能力最好的选项设置5分，对代表认知能力最差的选项设置1分。

本发明中的“定序指标”指对统计客体顺序差异所作的测量数字型变量，通过数值或符号来某个事物的程度，如表示认知能力中的反应维度，可以有低级、中级和高级这三个取值，分别用1、2、3来表示。定序也可以采取其他方式，如以进度条形式来代表程度。

本发明中的“定比指标”是指对统计客体的绝对差异和顺序差异所作的测量数字型变量。如对反应时间设置慢、较慢、中等、较快、快，慢设置10分、较慢设置30分、中等设置50分、较快设置70分、快设置90分。

本发明中的“测试维度”是指用于评价认知能力的一个角度。例如：知觉是一个测试维度、推理是一个测试维度、理解是一个测试维度、注意力是一个测试维度。

本发明中的“常模总体”是指常模群体的母体。如进行一项大学生的心理测试，常模群体是北京大学的学生、清华大学的学生、复旦大学的学生、哈佛大学的学生，常模总体是所有的大学生。

本发明中的“常模群体”是指由具有某种共同特征的人所组成的一个群体，或者该群体的一个样本。如小学生常模群体、中学生常模群体。常模群体中的样本越多，测试结果的准确度越高。

本发明中的“常模样本”是指通过取样的方式选取有代表性的样本来代表常模群体，也可代表常模总体，这个用来代表常模总体的样本就称为常模样本。

本发明的测试维度至少包括：辨认、思考、推理、判断、创造、问题解决、注意、记忆、知觉、想象、思维、反应、语言、元认知、理解、抽象等十六个维度。

图3是用于执行本发明方法的设备的结构示意图。该设备例如可以基于如PC机这样的计算机、如IPAD这样的平板电脑和如IPHONE这样的智能手机。该设备也可以是如大规模集成电路专业的专用定制设备。

如图3所示，用于执行本发明方法的设备例如可包括记录模块10、刺激信息提供装置50、反应信息采集装置40和数据分析模块30。记录模块10和反应信息采集装置40均与数据分析模块30直接逻辑相连。刺激信息提供装置50经由控制模块20连接至数据分析模块30。

记录模块10用于记录测试者输入反馈信息。而反馈信息包括测试者选择的测试选项，例如通过上、下、左、右按键进行的操作等。记录模块10进一步记录测试者对刺激信息的反应时间。刺激信息即各个测试模块中的测试内容。本发明可以通过文字、语音或图形中的至少一种方式呈现刺激信息。刺激信息由刺激信息提供装置50提供。刺激信息提供装置50例如为LED显示器、平板电脑、麦克风、耳机等。刺激信息包括视觉刺激信息、触觉刺激信息和听觉刺激信息。刺激信息提供装置50和控制模块20连接。刺激信息提供装置50可接收控制模块输出的控制信息，以提供相应的刺激信息。

反应信息采集模块40用于采集反应信息。反应信息例如可包括眼动信息和面部信息。眼动信息可通过眼动仪获取。面部信息可通过红外摄像装置获取。其中眼动信息具体可包括眼球的运动轨迹、眼睛对某点的注视时间等。面部信息具体可包括眉毛、嘴唇、鼻子等在面对刺激信息时产生的自然反应。

用于执行本发明方法的设备还包括与数据分析模块30直接相连的生理信息采集装置60。生理信息采集装置60用于在测试的过程中采集测试者的生理信息。生理信息可包括脉搏信息、血压信息和心跳信息。为了分析，生理信息采集装置60也连接至数据分析模块。

记录模块10、反应信息采集装置40和生理信息采集装置60可将采集到的反馈信息、反应信息和生理信息反馈至数据分析模块30，由数据分析模块30进行分析并结合数据库中的反应报告数据库701、测试报告数据库703、常模样本数据库702和维度等级数据库704，以便得到测试者的测试报告。其中，常模样本数据库702中可存储有常模总体、常模群体和常模样本，而维度等级数据库704中可存储测试维度分数及其对应的测试等级。

本发明提供一种用于认知能力测试的计算和分析方法，其至少包括：获取测试者输入的反馈信息和采集测试者在测试过程中对刺激信息的反应信息。根据所述反馈信息获取用于评估认知能力的至少两个测试维度的测试等级。基于获取的各个测试维度的测试等级生成测试样本，结合测试样本和反应信息得到测试报告。

图1为本发明的方法处理流程图。如图1所示，本发明的计算和分析方法包括以下步骤：

S01：获取反馈信息和包括眼动信息和面部信息的反应信息。进一步，获取测试者在测试过程中的实际生理信息，并记录实际生理参数与标准生理参数不一致的时刻，用于辅助评估认知能力。

S02：根据获取的反馈信息获取各个测试维度的测试等级。

具体的，对评估认知能力的各个测试维度设置相应的测试模块，并按照定序指标对测试模块中不同的测试选项设置不同的分值。计算定序指标常用的方法有总和法、平均法、个值法、对比法、模糊综合法、多元统计分析合成法、特殊组合法和熵值法等。上述方法均属于现有技术，在此不赘述。

根据一种优选的实施方式，本发明还采用了定距指标和定比指标。具体的，对于定距指标可采用平均数、标准差、t检验、F检验等统计方法。

在完成初选的指标体系后，为进一步保证测试的科学性和准确性，本发明还对初选的指标体系进行完善化处理。即检验指标体系中指标的必要性和完整性。

必要性是指构成指标体系的所有指标从全局考虑是否都是必不可少的，有无冗余指标。可用相关系数法来进行检验。当r_ij≥N时，删除x_i和x_j中权数小的指标；当r_ij≤N，保留x_i和x_j。其中r_ij为指标i和j的相关系数，N为根据实际问题确定一个相关系数的临界值。

完整性是指指标体系是否已全面地、毫无遗漏地反应了最初设定的测量目标。理论上指标体系应该反映测量目标对象的总体价值，且是最小的有效指标字迹，即最小完备集。可用熵度量，其中，L_i为具有相关关系的指标二元组序对个数，称为外延长度；M²-M是全部指标二元关系最大可能数目，即最大可能外延长度。

图2是本发明的测试维度获取测试等级的步骤流程图。参见图2，获取测试维度的测试等级的方法具体包括：

S021：记录测试者选择的测试选项，并获取该测试选项对应的分值。在测试者对各个测试维度的测试模块进行测试的过程中，测试者选择一个测试选项后，记录模块记录测试者选择的测试选项并查找该测试选项对应的分值。

S022：根据测试模块中每个测试选项的分值得到对应测试维度的分值；在测试者完成一个测试维度对应的测试模块后，通过测试者选择的测试选项的分值得到该测试维度的总分值。

S023：并根据测试维度的分值在维度等级数据库中查找与该分值对应的测试等级。测试维度的分值不同，其对应的测试等级不同。如在测试理解这一测试维度时，其分值是50分，在维度等级数据库中查找理解维度下50分对应的测试等级。

S03：根据测试等级生成测试样本。在完成所有的测试维度后，将在S02步骤得到的每个测试维度的测试等级进行结合后生成测试样本。

S04：通过映射函数将测试样本映射到常模样本中并生成映射样本。由于测试样本和常模样本的表达方式有所不同，因此需将测试样本经过简单的预处理后转换成能和常模样本中的样本匹配的形式。具体映射方式如下：X_1×n×R_n×n=Y_1×n，其中X_1×n为测试样本，Y_1×n为映射样本，R_n×n为映射函数，即n阶方阵，n为测试维度的个数。测试样本和映射样本实质上是一样的，其区别仅在于表达方式不同。

S05：通过相似度匹配函数在常模样本中查找与映射样本匹配的匹配样本。得到映射样本后，需在常模样本中查找与其匹配的样本，这一步通过相似度函数来完成，相似度函数用于样本之间的相似程度，相似度的值越小，说明样本之间的相似度越小，差异越大。本发明采用向量空间余弦相似度，具体公式如下：

其中Z为常模样本中的样本。在对常模样本中的每个样本进行匹配后，得到相似度值最高的样本为匹配样本。

在进行相似度函数查找匹配样本之前，提取测试者的背景信息，并基于所述背景信息从常模总体中的至少两个常模群体中选取一个与其相符合的常模群体。在测试者进行测试之前，测试者需输入自身的背景信息，包括年龄、性别、教育程度、职业、爱好、娱乐方式等。常模总体中包括通过不同分类方式划分的常模群体，选择和测试者合适的常模群体能进一步提高测试的准确性。

S06：根据匹配样本获取对应的样本特征。在常模样本数据库中存储有每个样本及其对应的样本特征，通过匹配到的匹配样本获取其对应的样本特征。

S07：根据样本特征、反应信息和生理信息得到测试报告。具体的，对包括眼动信息和/或面部信息的反应信息进行分析和/或在反应报告数据库中匹配得到反应报告；将实际生理信息和标准生理信息进行对比分析得到生理报告，结合样本特征、反应报告和生理报告在测试报告数据库中获取最接近的测试报告。进一步的，在得到测试报告后，将映射样本存储到常模样本中，将反应信息及其对应的反应报告存储到反应报告数据库中。

实施例1

本实施例是在测试者为小学生并且测试者视觉、听觉能力正常的情况下，对测试者的认知能力进行测试并得到测试报告，具体过程如下：

S1：在进行测试之前，测试者带上对讲耳机，对讲耳机一方面用于指导测试者如何完成测试，避免小学生存在不认识的词汇，不理解测试题的情况。另一方面用于呈现听觉刺激信息，并且记录测试者根据听觉刺激信息作出声音的反应。同时生理信息采集装置中的脉搏测量仪、血压测量仪、心跳测量仪与测试者连接。以便实时的测量测试者的生理信息。

S2：测试者通过自身的帐号和密码登陆进入测试页面。在进入测试之前，界面显示需测试者输入的个人信息，包括姓名、年龄、性别、教育程度、父母职业、身高、体重等相关信息。或者测试者可根据实际情况选择性的填写个人信息，但个人信息填写的越完整，有利于提高测试的准确度。在测设者完成个人信息的输入后，进入测试界面，同时记录模块10记录测试者输入的个人信息并将其存储到数据库中，以便测试者再次进行测试。

S3：在进入测试界面后，首先会出现一个用于解释当前测试模块和测试提示的图形或文本框。如测试记忆能力，出现“记忆能力是指信息加工过程中，信息的临时存储/处理/转换/调动的能力”的解释文字，以及“分别点击选择反应、图形匹配、语音回路、中央处理器、视空板按钮进行测试”的测试提示。从界面中，测试者可了解当前测试模块具体包括的部分。测试者选择其中一个按钮进入测试页面，如选择图形匹配。

S4：在测试者进入图形匹配的测试页面后，界面以文字或图形的方式提供操作提示。并提供练习题以供测试者练习，以便测试者熟悉操作规则，避免测试者不熟悉操作规则出现操作失误，更加有利于准确的测试测试者的认知能力值。测试者可选择性的选择是否进行练习，若测试者不选择练习环节，点击开始按钮直接进入测试环节。

S5：测试者通过反馈信息输入装置对提供的刺激信息输入反馈信息，反馈信息输入装置优选特制的反应设备。一般的心理测试软件是通过计算机的鼠标或数字键盘来实现选择或反应按键的功能。但是其存在的不足是反应的准性、灵敏度和一致性不够，不能够真实客观的每个反应测试者的认知能力。因此，本发明中采用由特殊的铜质材料制成的反应设备，统一间隙距离和灵敏度，这样克服了有不同鼠标、不同键盘所造成的准确性和灵敏度不一致的问题。并且，反应设备不仅包括数字输入，还包括图像输入，这样有助于更准确的测试测试者的认知能力。

S6：测试者按照界面提供的信息进行测试。在测试的过程中，眼动仪或视觉跟踪器用于采集测试者对刺激信息进行反应时眼球的注视点轨迹图、眼动时间、眼跳方向的平均速度、注视时间、眼跳距离（幅度）、瞳孔的大小和眨眼次数等参数。通过跟踪眼睛的运动轨迹来分析人脑对信息的处理过程和加工方式上的差异。具体的，眼动仪测量测试者的眼睛相对于环境中单一固定平面的注视线。测量结果以贯标或十字准星显示，叠加在来自远置场景摄像头采集的测试者视野的视频资源的图像上。眼睛位置坐标与测试者正在观看的平面上的指定区域相关联。

同时，红外摄像装置采集测试者的面部表情、面部肌肉运动和肢体动作，测试者对刺激信息的第一反应往往是细微的、不引人注意的，但是这些信息却是分析测试者认知能力的重要辅助参数。通过这些参数能进一步分析测试者在测试过程中的情绪是否稳定、真实反应。例如咬嘴唇表示紧张、害怕或担忧，搔头表示迷惑，眉毛上扬表示惊讶或者不相信，皱眉表示沉思或遇到困难。测试者的面部表情、面部肌肉运动和肢体动作是下意识的，很难由测试者的主观控制而改变，因此其很少具有欺骗性，能更好的反应测试者的相关信息。同时，由于测试者的这些下意识的动作变化较快，因此也可采用高频摄像机采集测试者的面部表情。其中，面部表情包括微表情，微表情是一种被抑制的快速的不易察觉的面部表情，持续时间一般仅为1/25至1/5秒，他能更真实的反应测试者的心理情绪。

在测试完成后，反应信息采集装置采集将采集的反应信息输出至数据分析模块，由数据分析模块对其进行分析。或者根据采集的反应信息在反应报告数据库中匹配与其最接近的一项，并得到对应的反应报告。

S7：在测试者完成一个测试维度的测试模块后，记录模块将该测试维度的选项输出至数据分析模块。数据分析模块根据预设的每个选项的分值得到该测试维度的分值，根据得到的测试维度的分值在维度等级数据库中查找该分值对应的维度等级。记录模块在每个测试维度的测试模块完成后，均将测试选项输出至数据分析模块，从而在测试者进行测试的过程中，即可得到每个测试维度的测试等级。

S8：在得到每个测试维度的测试等级后，对其进行结合得到测试样本。根据上述的S04至S07的步骤得到测试报告。值得注意的是，在选择常模群体时根据输入的个人信息选择小学生常模群体。

实施例2

本实施例是在测试者为盲人的情况下，描述如何进行反馈信息的输入和认知能力的分析和计算，本实施例在实施例1基础上还具有如下区别：

1、在测试者进行测试时，由于不能提供视觉刺激信息，因此只能提供听觉刺激信息和触觉刺激信息，通过对讲耳机指导测试者进行相关的操作并提供听觉信息。进一步的，对讲耳机采集测试者反馈的声音信息。具体的，如在填写个人信息时，以问答的方式呈现。例如，提问“你的年龄”，测试者回答“25岁”，对讲耳机采集到该回答后并存储个人信息中的年龄项下。

2、为了便于测试者输入反馈信息，因此在特制的反应设备上或其按钮上设置有数字、文字或图形形式的盲文。测试者通过该具有盲文的设备即可实现反馈信息的输入。

3、由于采集盲人的眼动信息对测试没有用处，因此，只需用红外摄像装置和高频摄像装置采集测试者的面部表情、面部肌肉变化和肢体动作。将采集的信息输出至数据分析模块。

4、根据个人信息中的残疾类别，在选择常模群体时选择盲人常模群体。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于认知能力值测试的计算和分析方法，其特征在于，所述方法至少包括：

获取测试者输入的反馈信息和采集测试者在测试过程中对刺激信息的反应信息；

进一步采集测试者在测试过程中的实际生理参数，并记录实际生理参数与标准生理参数不一致的时刻，用于辅助评估认知能力，

根据所述反馈信息获取用于评估认知能力的测试维度的测试等级，所述测试维度至少包括：辨认、思考、推理、判断、创造、问题解决、注意、记忆、知觉、想象、思维、反应、语言、元认知、理解、抽象十六个维度；

基于获取的各个测试维度的测试等级生成测试样本，结合测试样本和反应信息得到测试报告，其中，

对包括眼动信息和/或面部信息的反应信息进行分析和/或在反应报告数据库中匹配得到反应报告；将实际生理信息和标准生理信息进行对比分析得到生理报告，结合样本特征、反应报告和生理报告在测试报告数据库中获取最接近的测试报告；

用于执行所述用于认知能力值测试的计算和分析方法的设备包括：记录模块(10)、刺激信息提供装置(50)、反应信息采集装置(40)、数据分析模块(30)和生理信息采集装置(60)，

所述反应信息采集装置(40)包括红外摄像装置，所述红外摄像装置采集测试者的面部表情、面部肌肉运动和肢体动作，所述面部表情包括微表情，

在测试者对各个测试维度的测试模块进行测试的过程中，测试者选择一个测试选项后，记录模块记录测试者选择的测试选项并查找该测试选项对应的分值，

所述记录模块(10)、反应信息采集装置(40)和生理信息采集装置(60)可将采集到的反馈信息、反应信息和生理信息反馈至数据分析模块(30)，由数据分析模块(30)进行分析并结合数据库中的反应报告数据库(701)、测试报告数据库(703)、常模样本数据库(702)和维度等级数据库(704)，以便得到测试者的测试报告。

2.如权利要求1所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：

对评估认知能力的各个测试维度设置相应的测试模块，并按照定序指标对测试模块中的测试选项预先设置相应的分值。

3.如权利要求2所述的计算和分析方法，其特征在于，获取测试维度的测试等级的方法具体包括：

记录测试者选择的测试选项，并获取该测试选项对应的分值；

根据测试模块中每个测试选项的分值得到对应测试维度的分值；

并根据测试维度的分值在维度等级数据库中查找与该分值对应的测试等级。

4.如权利要求3所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：

预设一个从测试样本到常模样本的映射函数，通过所述映射函数将测试样本映射在常模样本中并生成映射样本。

5.如权利要求4所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预设相似度匹配函数在常模样本中查找与所述映射样本最相近的匹配样本，根据所述匹配样本在常模样本数据库中获取与其对应的样本特征。

6.如权利要求5所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：在常模总体中查找匹配样本时，提取测试者的背景信息，并基于所述背景信息从常模总体中的至少两个常模群体中选取一个与其相符合的常模群体。

7.如权利要求6所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：在得到测试报告后，将映射样本存储到常模样本中，将反应信息及其对应的反应报告存储到反应报告数据库中。

8.如权利要求7所述的计算和分析方法，其特征在于，所述方法包括：以文字、语音或图形中的至少一种方式呈现刺激信息。