CN107468259B - 一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及方法，包括：主控制模块，能控制从控制模块驱动振动触觉模块刺激用户，并接收用户反馈来测量用户的反应时间以及根据用户的反应时间计算得出用户的执行控制注意力；从控制模块，能驱动振动触觉模块产生不同强度的振动；振动触觉模块，设置于用户的手指，能产生不同强度的振动以对用户的手指进行振动触觉刺激；抗干扰模块，用于在测量过程中，佩戴于用户以隔绝外界环境对用户的声音干扰和视觉干扰。该系统解决了在视觉通道被损坏的情况下难以测量执行控制注意力的难题。且操作简单，测量方便，测量效率高。

Description

一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及 方法

技术领域

本发明涉及注意力测量领域，尤其涉及一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及方法。

背景技术

注意，是指准备或选择物理环境或者记忆中特定内容的心理过程。一直以来，研究人员将注意看作一个单一的系统。随着研究人员的深入研究，现有理论出现许多缺陷。Posner和Peterson在1990年基于认知神经心理学的研究提出注意网络模型来描述人类注意系统的工作模式，解决了先前理论的缺陷。注意网络模型将人的注意系统分为警觉、定向和执行控制三个子成分。其中，执行控制是指对预期、刺激和反应之间的冲突的监控和解决。因此，测量注意网络的执行控制效应，既能评估人的注意力，也对注意网络工作机制的研究有着重要意义。对于选拔飞行员等对注意力要求非常高的特种职业人员，可以将人的执行控制注意力作为其中的一个标准来进行筛选。对于患有注意系统疾病的人，可以通过测量其执行控制注意力来判断其是否恢复正常。

目前已有的注意力测量系统及方法，很少涉及到测量注意网络的执行控制效应，涉及到测量执行控制注意力的系统主要集中利用视觉通道来进行测量。如中国专利CN102047304A提供了一种测量驾驶员的脑电波信号，以此判定驾驶员的视觉注意力程度的装置、方法以及程序。中国专利CN104254281A中提出了一种通过视觉通道来测量人的注意力的方法、计算机程序、系统。Fan,McCandliss,Sommer,Raz和Posner在2002年提出了一种以视觉形式来进行注意网络测验的系统(Testing the Efficiency and Independence ofAttentional Networks)，但该系统是以视觉线索刺激和目标刺激来测量三种注意网络效应，并没有利用触觉通道来测量注意网络的三种效应。

因此可以看出，目前缺乏通过触觉通道来测量注意网络的执行控制效应的注意力测量系统及方法。如果人的视觉通道损坏，就难以通过视觉通道来测量出人的执行控制注意力。针对视力不好的老年人、盲人等，无法通过目前的注意力测量系统及方法来测量这类人群的执行控制注意力。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及方法，能依据触觉刺激精确测量人的执行控制注意力，解决无法通过目前的注意力测量系统测量视力不好的老年人、盲人等这类人群的执行控制注意力的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，包括：主控制模块、从控制模块、振动触觉模块和抗干扰模块；其中，

所述主控制模块，与所述从控制模块连接，能控制所述从控制模块驱动所述振动触觉模块刺激用户，并接收用户反馈来测量用户的反应时间以及根据用户的反应时间计算得出用户的执行控制注意力；

所述从控制模块，与所述振动触觉模块连接，能驱动所述振动触觉模块产生不同强度的振动；

所述振动触觉模块，设置于用户的手指，能产生不同强度的振动以对用户的手指进行振动触觉刺激；

所述抗干扰模块，用于在测量过程中，佩戴于用户以隔绝外界环境对用户的声音干扰和视觉干扰。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量方法，采用本发明所述的测量系统，包括以下步骤：

步骤1，从无线索刺激、空间线索刺激和中央线索刺激中伪随机选择一种进行刺激，且测量完成后，保持无线索刺激、空间线索刺激与中央线索刺激出现的次数相同，在无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激下，根据触觉目标刺激的出现时刻为起点而测量出用户的反应时间；具体为：

将所述测量系统的振动触觉模块分布设置在用户左手的食指、中指或无名指的指心和指背上，先给定一个400～1600毫秒的随机时间，以使用户等待无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激的到来；

随后给予用户无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激，持续100毫秒，若为无线索刺激，则食指、中指、无名指上的振动触觉模块均不振动，若为空间线索刺激，则随机选择食指或者无名指的指心上的振动触觉模块振动，若为中央线索刺激，则中指指心上的振动触觉模块振动；

接着给予用户400毫秒的等待触觉目标刺激到来时间，此阶段没有触觉刺激；

待触觉目标刺激出现，记录触觉目标刺激刚出现时刻，用户感受到触觉目标刺激后即做出的反馈，触觉目标刺激分为一致目标刺激和不一致目标刺激，一致目标刺激为用户的食指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，或无名指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，不一致目标刺激即食指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，或若无名指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，当感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块强振动，则按下键盘上的某个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，若感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块弱振动，则按下键盘上的另外一个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，记录用户做出反馈的时刻，将用户做出反馈的时刻与触觉目标刺激的出现时刻相减，即得到用户的反应时间；

步骤2，通过多次重复上述测量步骤1获得的反应时间来计算出人的执行控制注意力；具体为：

将步骤1所获得的反应时间分成两类：在一致目标刺激下的反应时间与在不一致目标刺激下的反应时间；若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈。若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈；则在一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

在不一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

则在基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力为：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统及方法，其有益效果为：

通过设置主控制模块、从控制模块、振动触觉模块和抗干扰模块，且主控制模块、从控制模块与振动触觉模块有机连接配合，利用振动触觉形式的线索以及目标刺激手指，当用户感受到目标刺激之后，用户需做出相应的应答，并通过自身的算法实现多次重复测量任务以及用户的反应时间的精确测量，同时利用抗干扰模块让用户高度集中注意力，当测量任务次数达到要求次数之后由主控制模块进行数据处理，从而测量出基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力。该测量系统主控制模块执行控制注意力评估算法来测量触觉目标刺激产生到用户做出反馈这一段时间，计算出用户的反应时间，从而反应用户的执行控制注意力，提供了一种通过触觉通道来测量人的定向注意力的新型技术，解决了在视觉通道被损坏的情况下难以测量执行控制注意力的技术难题。本发明系统操作简单，测量用户的执行控制注意力十分方便，提高了测量执行控制注意力的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统的组成结构示意图；

图2为本发明实施例提供的测量系统的振动触觉模块的组成结构示意图；

图3为本发明实施例提供的测量系统的振动触觉刺激组成示意图；

图4为本发明实施例提供的测量系统的触觉线索刺激与目标刺激的对应关系图；

图5为本发明实施例提供的测量方法的过程示意图；

图6为本发明实施例提供的测量流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

触觉通道与视觉通道一样都是基本且独特的感知通道。人既可以通过触觉通道接收刺激信息，也可以通过触觉通道主动地输出反应控制动作。因此，本发明利用触觉通道测量注意网络的执行控制效应。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，能精确测量人的执行控制注意力，包括：主控制模块、从控制模块、振动触觉模块和抗干扰模块；其中，

所述主控制模块，与所述从控制模块连接，能控制所述从控制模块驱动所述振动触觉模块刺激用户，并接收用户反馈来测量用户的反应时间以及根据用户的反应时间计算得出用户的执行控制注意力；

所述从控制模块，与所述振动触觉模块连接，能驱动所述振动触觉模块产生不同强度的振动；

所述振动触觉模块，设置于用户的手指，能产生不同强度的振动以对用户的手指进行振动触觉刺激；

所述抗干扰模块，用于在测量过程中，佩戴于用户以隔绝外界环境对用户的声音干扰和视觉干扰。

上述测量系统中，主控制模块包括：计算机和测量执行控制注意力的计算机程序；其中，

所述计算机，用于执行测量执行控制注意力的计算机程序，并提供键盘用于用户反馈，并向所述从控制模块发送控制命令；

所述测量执行控制注意力的计算机程序，用于控制所述从控制模块以及测量用户的反应时间。

上述测量系统中，测量执行控制注意力的计算机程序包括：

定时、计时、数据通信和数据处理功能；

其中，所述定时，用于严格控制测量流程的时间；

所述计时，用于记录被测者测量开始到反馈之间的反应时间；

数据通信，用于测量阶段发送相关指令给下位机；

所述数据处理，用于根据所述计时测得的反应时间，计算出基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力。

上述测量系统中，数据处理计算出基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力方式如下：

若设定N个测量任务，其中N/2个测量任务为一致目标刺激的测量任务，另外N/2个测量任务为不一致目标刺激的测量任务。若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈。若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈。则在一致目标刺激的情况下，用户的平均反应时间为：

在不一致目标刺激的情况下，用户的平均反应时间为：

则在基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力为：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent

当测量任务次数达到N次之后，按上式进行数据处理，即计算得出在手指振动触觉刺激下的执行控制注意力。

上述测量系统中，从控制模块包括：下位机和交流振动马达驱动器；其中，

所述下位机，通过串口线与所述主控制模块的计算机连接，并与所述交流振动马达驱动器连接，用于接收所述主控制模块的测量执行控制注意力的计算机程序发送的控制命令，执行下位机程序向所述交流振动马达驱动器发送控制振动触觉模块的控制信号；

所述交流振动马达驱动器，与所述振动触觉模块连接，用于根据所述下位机的控制信号驱动所述振动触觉模块。

如图2所示，上述测量系统中，振动触觉模块包括：六个交流振动马达31和马达固定装置32；其中，

所述六个交流振动马达，分别通过I2C总线与所述从控制模块的交流振动马达驱动器连接，用于产生不同强度的振动对用户的手指进行振动触觉刺激；

所述马达固定装置，用于分别将所述六个交流振动马达固定于用户一只手1的食指、中指、无名指的指心和指背上，即每个手指上安装两个交流振动马达。

上述测量系统中，抗干扰模块包括：抗噪音耳罩和遮光眼罩；其中，

所述抗噪音耳罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的耳部来隔绝外界环境对用户的声音干扰；

所述遮光眼罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的眼部来隔绝外界环境对用户的视觉干扰。

上述测量系统中，振动触觉模块对用户的手指进行振动触觉刺激为所述振动触觉模块的各交流振动马达对用户的手指进行振动触觉刺激，包括：触觉线索刺激和触觉目标刺激；其中，

所述触觉线索刺激出现在指心上，该触觉线索刺激包括三种：

第一种为无线索，即食指、中指、无名指上的交流振动马达均不产生振动；

第二种为中央线索，即中指指心上的交流振动马达产生振动，而食指和无名指上的交流振动马达不产生振动；

第三种为空间线索，即用户的食指指心上的交流振动马达产生振动，或是无名指指心上的交流振动马达产生振动；

所述三种触觉线索刺激中，指背上的三个交流振动马达均不产生振动；

所述触觉目标刺激包括：强振动和弱振动两种不同强度的振动；在测量过程前，用户能明显区分强振动和弱振动这两种不同强度的振动；触觉目标刺激只出现在食指指心及指背或无名指指心及指背上，且不会同时在食指或无名指上；

所述触觉目标刺激包括两种，第一种为一致刺激，在一致刺激方式下，触觉目标刺激包括以下四种方式：第一方式为食指指心与指背上的振动马达强振动，第二方式为食指指心与指背上的振动马达弱振动，第三方式为无名指指心与指背上的振动马达强振动，第四方式为无名指指心与指背上的振动马达弱振动；

第二种为不一致刺激，在不一致刺激方式下，触觉目标刺激包括以下四种方式：第一方式为食指指心上的振动马达强振动，食指指背上的振动马达弱振动；第二方式为食指指心上的振动马达弱振动，食指指背上的振动马达强振动；第三方式为无名指指心上的振动马达强振动，无名指指背上的振动马达弱振动；第四方式为无名指指心上的振动马达弱振动，无名指指背上的振动马达强振动；所述触觉目标刺激用于用户识别，并作为用户在键盘上做出相应反馈的根据。

上述测量系统中，触觉线索刺激和触觉目标刺激存在如下对应关系：

当触觉线索刺激为无线索时，则触觉目标刺激位于食指或位于无名指；

当触觉线索刺激为中央线索时，则触觉目标刺激位于食指或位于无名指；

当触觉线索刺激为空间线索时，若空间线索刺激位于食指则触觉目标刺激也位于食指；若空间线索刺激位于无名指则触觉目标刺激也位于无名指。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量方法，采用本发明所述的测量系统，包括以下步骤：

步骤1，从无线索刺激、空间线索刺激和中央线索刺激中伪随机选择一种进行刺激，且测量完成后，保持无线索刺激、空间线索刺激与中央线索刺激出现的次数相同，在无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激下，根据触觉目标刺激的出现时刻为起点而测量出用户的反应时间；具体为：

将所述测量系统的振动触觉模块分布设置在用户左手的食指、中指或无名指的指心和指背上，先给定一个400～1600毫秒的随机时间，以使用户等待无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激的到来；

随后给予用户无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激，持续100毫秒，若为无线索刺激，则食指、中指、无名指上的振动触觉模块均不振动，若为空间线索刺激，则随机选择食指或者无名指的指心上的振动触觉模块振动，若为中央线索刺激，则中指指心上的振动触觉模块振动；

接着给予用户400毫秒的等待触觉目标刺激到来时间，此阶段没有触觉刺激；

待触觉目标刺激出现，记录触觉目标刺激刚出现时刻，用户感受到触觉目标刺激后即做出的反馈，触觉目标刺激分为一致目标刺激和不一致目标刺激，一致目标刺激为用户的食指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，或无名指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，不一致目标刺激即食指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，或若无名指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，当感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块强振动，则按下键盘上的某个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，若感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块弱振动，则按下键盘上的另外一个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，记录用户做出反馈的时刻，将用户做出反馈的时刻与触觉目标刺激的出现时刻相减，即得到用户的反应时间；

步骤2，通过多次重复上述测量步骤1获得的反应时间来计算出人的执行控制注意力；具体为：

将步骤1所获得的反应时间分成两类：在一致目标刺激下的反应时间与在不一致目标刺激下的反应时间；若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈。若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈；则在一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

在不一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

则在基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力为：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent。

本发明的测量系统及方法，通过设置主控制模块、从控制模块、振动触觉模块和抗干扰模块，且主控制模块、从控制模块与振动触觉模块有机连接配合，由主控制模块的执行控制注意力评估程序来测量触觉目标刺激产生到用户做出反馈这一段时间，计算出用户的反应时间，从而反应用户的执行控制注意力，提供了一种通过触觉通道来测量人的定向注意力的新型技术，解决了在视觉通道被损坏的情况下难以测量执行控制注意力的技术难题。本发明测量系统及方法操作简单，测量用户的执行控制注意力十分方便，提高了测量执行控制注意力的效率。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本实施例提供的一种基于手指振动触觉刺激的警觉注意力测量系统，其主要包括：主控制模块、从控制模块、振动触觉模块、抗干扰模块；其中，所述主控制模块与从控制模块相连；所述从控制模块与振动触觉模块相连；

其中，所述主控制模块包括：计算机和测量执行控制注意力的计算机程序。所述计算机，用于执行测量执行控制注意力的计算机程序，并提供键盘用于用户反馈，给下位机发送命令。所述测量执行控制注意力的计算机程序，用于控制下位机，以及测量人的反应时间，此测量程序必须要具有实时性，因为所测反应时间较小，因此测量程序必须要使用具有高精度定时器的语言来编写以此来保证所测数据的精确性，例如可以使用C++来编写上位机程序。

所述从控制模块包括：下位机(单片机)和交流振动马达驱动器。其中，下位机通过串口线与计算机相连，交流振动马达通过I2C总线与交流振动马达驱动器相连。所述下位机，用于接受测量执行控制注意力的计算机程序发送的命令，执行下位机程序来控制振动马达，下位机应具有实时性，例如可采用Arduino mega 2560单片机。所述交流振动马达驱动器，用于驱动交流振动马达振动。

所述振动触觉模块包括：六个交流振动马达和马达固定装置。所述交流振动马达，用于产生振动触觉刺激人的手指，并且其能产生不同强度的振动，也必须能够实时响应。因为本测量系统所测反应时间很小，因此振动马达的延时性不能太高，太高则影响测量的准确性，例如可以使用PRECISION MICRODRIVES C10-000。如图2所示，此系统中包含6个交流振动马达。所述马达固定装置，用于固定6个交流振动马达于左手的食指、中指、无名指的指心和指背上。

所述抗干扰模块包括：抗噪音耳罩与遮光眼罩；所述抗噪音耳罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的耳部隔绝外界环境对用于的声音干扰；所述遮光眼罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的眼部隔绝外界环境对用户的视觉干扰。

如图3所示，所述的振动触觉刺激包括：触觉线索刺激，触觉目标刺激。触觉线索刺激只出现在指心上，分为3种：一种为无线索，即食指、中指、无名指上的交流振动马达均不产生振动；一种为中央线索，即中指指心上的交流振动马达产生振动，而食指、无名指上的交流振动马达不产生振动；一种为空间线索，即食指指心上的交流振动马达产生振动，或者是无名指指心上的交流振动马达产生振动。在3种线索刺激中，指背上的3个交流振动马达均不产生振动。所述的触觉线索刺激必须保证用户能够明显的感受到。

触觉目标刺激分为两种，一种为一致刺激，另外一种不一致刺激。触觉目标刺激涉及到两种不同强度的振动。在测量过程前，必须保证用户对两种不同强度的振动有明显的区分。触觉目标刺激只会出现在食指指心及指背或无名指指心及指背上，并且不会同时在食指或无名指上。在一致刺激情况下，触觉目标刺激有如下4种情况：食指指心、指背上的振动马达强振动，食指指心、指背上的振动马达弱振动，无名指指心、指背上的振动马达强振动，无名指指心、指背上的振动马达弱振动。在不一致刺激情况下，触觉目标刺激有如下4种情况：食指指心上的振动马达强振动，指背上的振动马达弱振动；食指指心上的振动马达弱振动，指背上的振动马达强振动；无名指指心上的振动马达强振动，指背上的振动马达弱振动；无名指指心上的振动马达弱振动，指背上的振动马达强振动。触觉目标刺激用于用户识别，并作为用户在键盘上做出相应反馈的根据。

如图4所示，所述的触觉线索刺激和触觉目标刺激存在一种对应关系，即：当线索为无线索时，目标刺激可能位于食指，也可能位于无名指；当线索刺激为中央线索，即线索刺激位于中指，则目标刺激可能位于食指，也可能位于无名指。当线索刺激为空间线索时，若刺激位于食指则目标刺激也位于食指；若空间线索刺激位于无名指则目标刺激同样位于无名指。

参照图5、图6(图5中R、M、L分别表示食指、中指和无名指)，本发明所提供的测量方法的实现步骤如下：

步骤1，根据触觉目标刺激的出现时刻为起点而测量出用户的反应时间。

(1a)首先，被测者需保持注意，等待下一阶段线索的到来，此阶段持续时间为D1毫秒(D1为400至1600之间的一个随机整数)，此阶段没有线索触觉刺激、目标触觉刺激作用于被测者的手上。

(1b)接着为线索出现阶段，本系统中线索有三种，即无线索、中央线索、空间线索，线索触觉刺激将持续100毫秒。

(1c)然后被测者仍需保持注意，此阶段持续时间为400毫秒，此阶段无线索触觉刺激、目标触觉刺激作用于被测者的手上。

(1d)最后为触觉目标刺激出现阶段，在此阶段到来之时，就会产生触觉目标刺激，当被测者感受到触觉目标刺激之时，需要尽快尽可能准确的给上位机一个反馈，当被测者做出反馈之后，触觉目标刺激消失，从触觉目标刺激出现到被测者做出反馈这一段时间称为反应时间RT，第四阶段持续时间为3500-D1毫秒，也就是说触觉目标刺激持续RT毫秒，而其后的3500-RT-D1毫秒无线索触觉刺激、目标触觉刺激作用于被测者的手上。因此一个测量任务总时长为4000毫秒。

步骤2，通过多次重复上述测量步骤获得的反应时间来计算出人的执行控制注意力。

(2a)多次重复步骤1中的测量任务，获取若干个测量数据。

(2b)计算在一致目标刺激的情况下被测者的平均反应时间。

所述的测量系统包含N个测量任务，其中N/2个测量任务为一致目标刺激的测量任务，另外N/2个测量任务为不一致目标刺激的测量任务。若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈。则在一致目标刺激的情况下被测者的平均反应时间

(2c)计算在不一致目标刺激的情况下被测者的平均反应时间。

若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈。则在不一致目标刺激的情况下，用户的平均反应时间为：

(2d)计算基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力。

根据步骤2b和步骤2c获得的不同刺激下的平均反应时间，我们可以利用如下公式计算出基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent

上述测量方法的具体实现方式如下：

所述测量执行控制注意力的计算机程序的测量任务需利用高精度定时器来实现，例如利用Win32API函数库中的多媒体定时器来实现，多媒体定时器的计时精度高达1毫秒，因此可保证测量精度。在测量任务的第一阶段到来之时，通过使用随机数生成函数产生一个400至1600的数字，用作第一个阶段的持续时间D1，然后开启高精度定时器。当高精度定时器计时到D1时，设置测量任务的第二阶段的持续时间为100毫秒，如果本次任务的线索为中央线索，则上位机给下位机发送命令，使位于中指指心上的交流振动马达产生振动。。如果本次任务的线索为空间线索，上位机读取该空间线索的位置，然后给下位机发送命令。如果空间线索位于食指，则下位机使位于食指指心上的振动马达产生振动；若位于无名指，则下位机使位于无名指指心上的振动马达产生振动。当高精度定时器计时到100毫秒时，使交流振动马达停止振动，设置测量任务的第三阶段的持续时间为400毫秒。当高精度定时器计时到400毫秒时，设置测量任务的第四阶段的持续时间为3500-D1，根据读取预设的本次任务的目标刺激的位置和强弱，上位机给下位机发送相应的命令，当用户感受到触觉目标刺激之时，尽快尽可能准确的给上位机一个反馈。

所述的反馈(理想的反馈)，分两种情况介绍：当触觉目标刺激为一致刺激时，若食指指心和指背上的振动马达同时强振动，或者无名指指心和指背上的振动马达同时强振动，用户需要按下键盘上的上方向键，否则需要按下键盘上的下方向键。当触觉目标刺激为不一致刺激时，若食指指心上的振动马达强振动、指背上的振动马达弱振动，或者无名指指心上的振动马达强振动、指背上的振动马达弱振动，用户需要按下键盘上的上方向键，否则需要按下键盘上的下方向键。用户反馈完之后，使产生目标刺激的振动马达停止振动。

所述的线索存在3种情况，所述的目标有一致和不一致之分，且一致目标刺激与不一致目标刺激各可细分为4种情况，根据线索与目标之间存在对应关系可知，线索与目标的组合存在24种情况。所述的测量系统包含的N个测量任务，含有这24种情况的个数相同，且在测量开始之前，利用随机数生成函数随机分配好各种情况的先后次序。

所述的基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，在测量之前，必须要用户充分体验，让用户能充分理解测量流程。在用户充分熟悉此系统之后才能开始正式测量。

如图6所示，用户坐在测量系统前，头戴抗噪音耳罩，眼睛戴上遮光眼罩。左手的食指、中指、无名指上各固定2个交流振动马达，右上放置于键盘上，其中两只手指分别置于方向上键和方向下键。当用户准备好之后，启动测量执行控制注意力的计算机程序，则用户开始完成测量任务，当目标刺激出现的时候，计算机程序开始计时，当用户按下键盘上的方向上键或者方向下键，则结束计时，计算出用户的反应时间RT，并记录用户的反馈是否正确。所述的反馈是否正确表示，用户的实际反馈是否与上文所述的理想反馈一致，一致则认为正确，不一致视为错误。

当测量任务次数达到N次之后，则利用本发明提供的测量方法计算出在手指振动触觉刺激下的执行控制注意力，随即将结果显示在屏幕上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，包括：主控制模块、从控制模块、振动触觉模块和抗干扰模块；其中，

所述主控制模块，与所述从控制模块连接，能控制所述从控制模块驱动所述振动触觉模块刺激用户，并接收用户反馈来测量用户的反应时间以及根据用户的反应时间计算得出用户的执行控制注意力；

所述从控制模块，与所述振动触觉模块连接，能驱动所述振动触觉模块产生不同强度的振动；

所述振动触觉模块，设置于用户的手指，能产生不同强度的振动以对用户的手指进行振动触觉刺激；

所述抗干扰模块，用于在测量过程中，佩戴于用户以隔绝外界环境对用户的声音干扰和视觉干扰；

所述主控制模块包括：计算机和测量执行控制注意力的计算机程序；其中，

所述计算机，用于执行测量执行控制注意力的计算机程序，并提供键盘用于用户反馈，并向所述从控制模块发送控制命令；

所述测量执行控制注意力的计算机程序，用于控制所述从控制模块以及测量用户的反应时间；

所述测量执行控制注意力的计算机程序包括：

定时、计时、数据通信和数据处理功能；

其中，所述定时，用于严格控制测量流程的时间；

所述计时，用于记录被测者测量开始到反馈之间的反应时间；

所述数据通信，用于测量阶段发送相关指令给下位机；

所述数据处理，用于根据所述计时测得的反应时间，计算出基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力；

所述数据处理计算出基于手指振动触觉刺激下的警觉注意力方式如下：

若设定N个测量任务，其中N/2个测量任务为一致目标刺激的测量任务，另外N/2个测量任务为不一致目标刺激的测量任务；若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈；若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈，则在一致目标刺激的情况下，用户的平均反应时间为：

在不一致目标刺激的情况下，用户的平均反应时间为：

则在基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力为：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent

当测量任务次数达到N次之后，按上式进行数据处理，即计算得出在手指振动触觉刺激下的执行控制注意力。

2.根据权利要求1所述的一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，所述从控制模块包括：下位机和交流振动马达驱动器；其中，

所述下位机，通过串口线与所述主控制模块的计算机连接，并与所述交流振动马达驱动器连接，用于接收所述主控制模块的测量执行控制注意力的计算机程序发送的控制命令，执行下位机程序向所述交流振动马达驱动器发送控制振动触觉模块的控制信号；

所述交流振动马达驱动器，与所述振动触觉模块连接，用于根据所述下位机的控制信号驱动所述振动触觉模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，所述振动触觉模块包括：六个交流振动马达和马达固定装置；其中，

所述六个交流振动马达，分别通过I2C总线与所述从控制模块的交流振动马达驱动器连接，用于产生不同强度的振动对用户的手指进行振动触觉刺激；

所述马达固定装置，用于分别将所述六个交流振动马达固定于用户一只手的食指、中指、无名指的指心和指背上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，所述抗干扰模块包括：抗噪音耳罩和遮光眼罩；其中，

所述抗噪音耳罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的耳部来隔绝外界环境对用户的声音干扰；

所述遮光眼罩，用于在测量过程中，佩戴于用户的眼部来隔绝外界环境对用户的视觉干扰。

5.根据权利要求4所述的一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，所述振动触觉模块对用户的手指进行振动触觉刺激为所述振动触觉模块的各交流振动马达对用户的手指进行振动触觉刺激，包括：触觉线索刺激和触觉目标刺激；其中，

所述触觉线索刺激出现在指心上，该触觉线索刺激包括三种：

第一种为无线索，即食指、中指、无名指上的交流振动马达均不产生振动；

第二种为中央线索，即中指指心上的交流振动马达产生振动，而食指和无名指上的交流振动马达不产生振动；

第三种为空间线索，即用户的食指指心上的交流振动马达产生振动，或是无名指指心上的交流振动马达产生振动；

所述三种触觉线索刺激中，指背上的三个交流振动马达均不产生振动；

所述触觉目标刺激包括：强振动和弱振动两种不同强度的振动；在测量过程前，用户能明显区分强振动和弱振动这两种不同强度的振动；触觉目标刺激只出现在食指指心及指背或无名指指心及指背上，且不会同时在食指或无名指上；

所述触觉目标刺激包括两种，第一种为一致刺激，在一致刺激方式下，触觉目标刺激包括以下四种方式：第一方式为食指指心与指背上的振动马达强振动，第二方式为食指指心与指背上的振动马达弱振动，第三方式为无名指指心与指背上的振动马达强振动，第四方式为无名指指心与指背上的振动马达弱振动；

第二种为不一致刺激，在不一致刺激方式下，触觉目标刺激包括以下四种方式：第一方式为食指指心上的振动马达强振动，食指指背上的振动马达弱振动；第二方式为食指指心上的振动马达弱振动，食指指背上的振动马达强振动；第三方式为无名指指心上的振动马达强振动，无名指指背上的振动马达弱振动；第四方式为无名指指心上的振动马达弱振动，无名指指背上的振动马达强振动；所述触觉目标刺激用于用户识别，并作为用户在键盘上做出相应反馈的根据。

6.根据权利要求5所述的一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量系统，其特征在于，所述触觉线索刺激和触觉目标刺激存在如下对应关系：

当触觉线索刺激为无线索时，则触觉目标刺激位于食指或位于无名指；

当触觉线索刺激为中央线索时，则触觉目标刺激位于食指或位于无名指；

当触觉线索刺激为空间线索时，若空间线索刺激位于食指则触觉目标刺激也位于食指；若空间线索刺激位于无名指则触觉目标刺激也位于无名指。

7.一种基于手指振动触觉刺激的执行控制注意力测量方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的测量系统，包括以下步骤：

步骤1，从无线索刺激、空间线索刺激和中央线索刺激中伪随机选择一种进行刺激，且测量完成后，保持无线索刺激、空间线索刺激与中央线索刺激出现的次数相同，在无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激下，根据触觉目标刺激的出现时刻为起点而测量出用户的反应时间；具体为：

将所述测量系统的振动触觉模块分布设置在用户左手的食指、中指或无名指的指心和指背上，先给定一个400～1600毫秒的随机时间，以使用户等待无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激的到来；

随后给予用户无线索刺激、空间线索刺激或中央线索刺激，持续100毫秒，若为无线索刺激，则食指、中指、无名指上的振动触觉模块均不振动，若为空间线索刺激，则随机选择食指或者无名指的指心上的振动触觉模块振动，若为中央线索刺激，则中指指心上的振动触觉模块振动；

接着给予用户400毫秒的等待触觉目标刺激到来时间，此阶段没有触觉刺激；

待触觉目标刺激出现，记录触觉目标刺激刚出现时刻，用户感受到触觉目标刺激后即做出的反馈，触觉目标刺激分为一致目标刺激和不一致目标刺激，一致目标刺激为用户的食指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，或无名指指心和指背上的振动触觉模块同时强振动或者弱振动，不一致目标刺激即食指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，或若无名指指心和指背上的振动触觉模块一个强振动、一个弱振动，当感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块强振动，则按下键盘上的某个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，若感觉食指指心或无名指指心上的振动触觉模块弱振动，则按下键盘上的另外一个键并记录为反馈正确，若所按的键与预先设定不同则记录为反馈错误，记录用户做出反馈的时刻，将用户做出反馈的时刻与触觉目标刺激的出现时刻相减，即得到用户的反应时间；

步骤2，通过多次重复上述测量步骤1获得的反应时间来计算出人的执行控制注意力；具体为：

将步骤1所获得的反应时间分成两类：在一致目标刺激下的反应时间与在不一致目标刺激下的反应时间；若一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有m₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有m₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有m₃个任务被正确反馈；若不一致目标刺激的测量任务中，无线索情况下有n₁个任务被正确反馈，中央线索情况下有n₂个任务被反馈正确，空间线索情况下有n₃个任务被正确反馈；则在一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

在不一致目标刺激下，用户的平均反应时间为：

则在基于手指振动触觉刺激下的执行控制注意力为：

R.T_Executive＝R.T_Incongruent-R.T_Congruent。

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