CN113663200B - 基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法和系统，包括：步骤1：获取参与者的姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；步骤2：获取参与者完成的测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；步骤3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；步骤4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强。本发明设计的空间工作记忆与注意力评估增强方法，实现了记忆力与注意力的联合测试评估与增强，应用安装简单、成本低，能够方便地对不同地区受试者应用，不受地域限制。

Description

基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法和系统

技术领域

本发明涉及记忆力和注意力评估增强技术领域，具体地，涉及一种基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法和系统。

背景技术

脑认知作为探究人脑和心智工作机制的前沿性学科，引起了全世界科学家们的广泛关注。记忆和注意作为脑认知重要的功能，对于人们应对环境变化及解决各类复杂问题有着积极影响。

普遍认为工作记忆是一种可以持续几秒钟的一种短时程记忆，可理解为在注意力集中时有意识地将信息暂时存储的运作机制。而空间工作记忆是工作记忆的一种形式，特指个体对视空间信息的暂时储存与对一定对象的视觉和空间印象的加工操控。注意力是从环境中选择某些元素而忽略其他元素的认知过程。研究发现，注意力和工作记忆有着密切的联系。注意力使得人们能将环境中所需要的信息剥离，不受周边环境干扰地对目标进行信息处理，产生工作记忆。如果注意力太弱即抗干扰能力太弱，则会导致人们无法形成稳定的工作记忆。因此，注意力在很大程度上决定空间工作记忆的容量与维持，其在信息的前期处理阶段能过滤无关信息，在后期处理阶段能影响工作记忆中存储的内容。

近年来经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)作为一种新兴的神经调控手段，因其耐受性高、副作用少、使用方便等优点受到研究者的青睐，因此在神经科学等领域得到广泛的研究与应用。已有的研究表明，对于健康人群，tDCS能改善大脑认知功能，如学习记忆、注意与情绪等认知功能。Fregni等最早进行tDCS对工作记忆的影响研究，利用字母n-back任务发现，左背外侧前额叶的阳极刺激作用后任务准确率显著的提升；Coffman等利用注意网络测试任务发现右前额皮层刺激可以显著提高警觉网络的功能；Nitsche等发现作用于左背外侧前额叶的阳极tDCS可以改善积极情绪的面部识别能力。对于精神患者，tDCS可有效改善患者的认知能力。Ferrucci将刺激频次设为每天2次，发现抑郁症状显著改善，并且对抗药性抑郁患者的疗效更佳。

随着大脑年龄的增长，人们会出现不同程度的注意不足和记忆衰退等典型症状，严重影响人们的日常生活、工作等。与此同时，在媒体与技术的多任务处理普遍情况下，人们接触的信息量越来越大，人们在注意力水平的维持与投入方面、记忆力的改善方面都有着更大的需求和面临更大的挑战。因此对于工作记忆和注意力的评估与增强十分必要而有意义。

现有的工作记忆或注意力评估存在一定局限性：①耗时长，操作繁琐，往往需要受试者的现场陪同，测试结果受被试者的主观态度与配合程度影响较大；②大多数仅针对工作记忆或者注意力进行评估，鲜有同时针对二者的评估方法。公开号为“CN112972861A”的专利申请公开了“一种提高学生注意力和记忆力的训练方法”，通过肌肉和阿尔法音频训练，提高学生的用脑效率，然而却缺乏记忆和注意水平的评估，因此，亟待开发一种对参与者要求低、操作简单的工作记忆与注意力评估方法，达到快速稳定的测量结果，并针对工作记忆和注意力低下的参与者采用tDCS技术进行增强作用。该发明不仅有利于提高健康人群的工作记忆和注意力，同时有望对精神疾病患者提供新的治疗手段，具有重大意义。

专利文献CN112972861A(申请号：CN202110200081.X)公开了一种提高学生注意力和记忆力的训练方法，包括第一阶段的眼部肌肉训练、第二阶段的汉字颜色错位训练法、第三阶段的四阶魔方色彩训练法和第四阶段的卡牌训练法；眼部肌肉训练为提高学生注意力和记忆力奠定基础；汉字颜色错位训练法可初步提高学生的注意力；四阶魔方色彩训练法用于进一步提高学生的记忆力；卡牌训练法用于强化学生的记忆力；四个阶段构成连续不间断且训练难度逐渐增加的训练体系。然而该专利缺乏记忆力和注意水平的评估，无法对不同人群进行不同的训练和增强。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法和系统。

根据本发明提供的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法，包括：

步骤1：获取参与者的姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；

步骤2：获取参与者完成的测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；

步骤3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；

步骤4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强。

优选的，基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号进行测试，记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机；

参与者在预设学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在预设维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者选择配对符号的位置或不确定按钮，最终得到测试数据。

优选的，以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其工作记忆能力越强；

以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短，难度越高，参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。

优选的，分别计算在预设难度下参与者的记忆力和注意力得分，同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为预设难度下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。

优选的，电刺激的参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s；

将设备的阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。

根据本发明提供的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强系统，包括：

模块M1：获取参与者的姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；

模块M2：获取参与者完成的测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；

模块M3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；

模块M4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强。

优选的，基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号进行测试，记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机；

参与者在预设学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在预设维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者选择配对符号的位置或不确定按钮，最终得到测试数据。

优选的，以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其工作记忆能力越强；

以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短，难度越高，参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。

优选的，分别计算在预设难度下参与者的记忆力和注意力得分，同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为预设难度下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。

优选的，电刺激的参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s；

将设备的阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明设计的空间工作记忆与注意力评估增强方法，实现了记忆力与注意力的联合测试评估与增强，应用安装简单、成本低，能够方便地对不同地区受试者应用，不受地域限制；

(2)本发明预设多种区分明显的难度，可对不同年龄层、不同精神状态的人群进行评估，目标人群范围大，适用性广；

(3)本发明使用了九宫格及简单易分的配对符号，操作简单、不需要专业培训，避免了复杂任务导致受试者配合程度降低；

(4)本发明实现了空间工作记忆与注意力的同步测试评估，避免了测试评估步骤的繁琐；

(5)本发明通过对参与者特定脑区的电刺激，实现参与者记忆力和注意力的提升，有望为学习记忆领域和疾病康复领域提供新的训练和治疗方法，获得可观的社会效益和经济效益，具有重要作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明空间工作记忆与注意力评估和增强方法总体结构示意图；

图2是本发明参与者信息填写页面；

图3是本发明四种不同记忆难度示意图；

图4是本发明评估方法示意图；

图5是本发明刺激增强示意图，5a为刺激器示意图；5b为刺激位置示意图，其中黑色表示阳极电极，灰色表示参考电极。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

本发明旨在设计一种操作简单、耗时短、适合不同人群进行空间工作记忆力与注意力简单评估和增强的方法。通过C#计算机编程语言编写的基于九宫图配对符号记忆力和注意力评估应用软件，采集参与者空间工作记忆和注意力的评估水平，然后通过控制tDCS设备，对参与者的特定脑区进行电刺激，实现参与者记忆和注意力的增强。本发明包含测试模块，数据处理模块和刺激增强模块。

如图1所示，本发明通过测试评估、数据处理和刺激增强模块。实现对参与者空间工作记忆与注意力的同步评估和增强。

根据本发明提供的基于配对符号的空间工作记忆与注意力评估和增强方法，包括如下步骤：

步骤S1：测试指导和信息填写。参与者观看指导测试并填写姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；

步骤S2：测试评估。参与者完成测试题目，得到参与者的空间工作记忆和注意力数据；

步骤S3：数据上传与计算。对参与者的工作记忆和注意力数据进行分析，得到参与者记忆和注意力的测评分数，实现参与者记忆和注意力的评估；

步骤S4：刺激增强。通过控制tDCS设备对参与者的特定脑区进行电刺激，实现参与者记忆力和注意力的增强。

上述技术方案中，步骤S1具体包括如下步骤：

步骤S101：参与者观看演示示例题目以及正确答案并在页面上填写姓名、年龄与性别三项基本信息。填写页面如图2所示。

上述技术方案中，步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S201：本评估方案基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号为“Ο”、“Δ”、“X”与“+”号，符号间区别明显且图形简单，没有复杂的操作要求。记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机，即四种组合时间，0.5-0.5s，0.5-2s，2-0.5s，2-2s。同时在任务难度中，设置了不同难度的记忆任务，包括load1、load2、load3和load4，分别对应记忆一对符号、两对符号、三对符号和四对符号，不同难度的记忆任务示意图如图3所示。本评估共设置72道题，四种记忆难度分别为4，4，32，32道，其中load1和load2的测试数据用于让受试者适应并熟悉测试形式，不计入实验结果统计。完整测试过程平均约耗时6分钟。

步骤S202：参与者在500ms或2000ms的学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在500ms或2000ms的维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者需选择配对符号的位置或网格旁边的“不确定”按钮。测试评估流程如图4所示。

步骤S203：完成所有题目测试后，得到参与者记忆力与注意力的评估数据。

上述技术方案中，步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S301：将步骤2中获得的参与者评估数据上传至服务器进行保存备份；

步骤S302：本发明以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者需要更强的空间工作记忆能力才能不忘记符号对的位置信息。因此参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其空间工作记忆能力越强。其次，以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短、难度越高，受试者需要更强的注意力控制力才能在有限的时间内记住符号对的位置信息。因此参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。

步骤S303：分别计算load3和load4难度下，参与者的记忆力和注意力得分，即在0.5-2s和2-2s下的平均正确率C作为记忆力得分，在0.5-0.5s和0.5-2s下的平均正确率A作为注意力得分；同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为load3和load4下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。

上述技术方案中，步骤S4具体包括如下步骤：

步骤S401：针对步骤3中获得的记忆和注意力评分较低的参与者，本发明采用Neuroconn公司生产的用于人脑电刺激设备DC-STIMULATOR刺激器对参与者进行特定脑区电刺激，通过前期数据结果，本发明采用的刺激参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s。此外，本发明选择将阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。刺激器和刺激位置如图5所示。

步骤S402：通过15min的电刺激，实现参与者的记忆力和注意力水平的提升。

根据本发明提供的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强系统，包括：模块M1：参与者观看指导测试并填写姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；模块M2：参与者完成测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；模块M3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；模块M4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强。

基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号进行测试，记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机；参与者在预设学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在预设维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者选择配对符号的位置或不确定按钮，最终得到测试数据。以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其工作记忆能力越强；以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短，难度越高，参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。分别计算在预设难度下参与者的记忆力和注意力得分，同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为预设难度下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。电刺激的参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s；将设备的阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取参与者的姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；

步骤2：获取参与者完成的测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；

步骤3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；

步骤4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强；

基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号进行测试，记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机；

参与者在预设学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在预设维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者选择配对符号的位置或不确定按钮，最终得到测试数据；

分别计算在预设难度下参与者的记忆力和注意力得分，同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为预设难度下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。

2.根据权利要求1所述的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法，其特征在于，以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其工作记忆能力越强；

以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短，难度越高，参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。

3.根据权利要求1所述的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强方法，其特征在于，电刺激的参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s；

将设备的阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。

4.一种基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强系统，其特征在于，包括：

模块M1：获取参与者的姓名、年龄与性别三项基本信息，用于标记不同受试者；

模块M2：获取参与者完成的测试题目，得到参与者的记忆力和注意力数据；

模块M3：上传参与者的记忆力和注意力数据并进行分析，得到参与者记忆力和注意力的测评分数；

模块M4：根据测评分数，通过控制经颅直流电刺激tDCS设备对参与者的脑区进行电刺激，实现对参与者记忆力和注意力的增强；

基于九宫图进行原型设计，使用的配对符号进行测试，记忆刺激呈现时间和维持时间分别在0.5s和2s之间随机；

参与者在预设学习时间内，记忆分布于九宫格不同位置的配对符号，然后在预设维持时间后，屏幕仅显示各符号对中的一个符号，受试者选择配对符号的位置或不确定按钮，最终得到测试数据；

分别计算在预设难度下参与者的记忆力和注意力得分，同时计算参与者的效率分数E，公式为：

其中，Acc为预设难度下参与者正确选择的百分比，R为从记忆恢复阶段出现该符号时开始直到受试者使用指示设备做出选择所耗费的时间。

5.根据权利要求4所述的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强系统，其特征在于，以维持时间的不同难度设置分析参与者的空间工作记忆能力，维持时间越长，难度越高，参与者在相同维持时间难度时正确率越高，表明其工作记忆能力越强；

以学习时间的不同难度设置来分析参与者的注意力，学习时间越短，难度越高，参与者在相同学习时间难度时正确率越高，表明其注意力控制力越高。

6.根据权利要求4所述的基于配对符号的记忆力与注意力评估和增强系统，其特征在于，电刺激的参数设置为：刺激强度1.2mA，刺激时长15min，其中包括刺激电流上升时间和下降时间各30s；

将设备的阳极电极放置在左背外侧前额叶，将参考电极放置在右眼眶上区。

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