DE102014105463A1 - Method for determining the emotional level of excitement of a person - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung des emotionalen Erregungsgrades einer Person vorgeschlagen mit folgenden Verfahrensschritten: Messen des Pupillendurchmessers mindestens einer Pupille (4) der Person (1) als Indikator für einen auf einer emotionalen und mentalen Erregung basierenden allgemeinen Erregungsgrad der Person, Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) des Gehirns (3) der Person (1), wobei die kognitive Aktivität ein Indikator für eine mentale Erregung ist, Verknüpfung des Pupillendurchmessers mit der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) und Eliminieren des auf mentaler Erregung basierenden Anteils aus dem allgemeinen Erregungsgrad.A method is proposed for determining the degree of emotional arousal of a person with the following method steps: measuring the pupil diameter of at least one pupil (4) of the person (1) as an indicator of a person's general degree of arousal based on an emotional and mental excitement, determination of the cognitive activity in the cerebral cortex (5) of the brain (3) of the subject (1), wherein the cognitive activity is an indicator of mental arousal, linking the pupil diameter to the cognitive activity in the cerebral cortex (5) and eliminating the mental arousal based portion from the general degree of excitement.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des emotionalen Erregungsgrades einer Person. The invention is based on a method for determining the emotional level of excitement of a person.

Bei pupillometrischen Verfahren wird der Durchmesser mindestens einer Pupille einer Person erfasst und ausgewertet. Der Pupillendurchmesser wird nicht nur von äußeren Parametern wie Helligkeit und Lichtfarbe sowie körperlichen Einflüssen beeinflusst sondern auch von einer emotionalen Erregung, einer mentalen Erregung oder Stress. Der Einfluss von Helligkeit, Lichtfarbe sowie körperliche Einflüsse können durch Messung erfasst oder durch Beeinflussung der Versuchsumgebung kontrolliert oder gesteuert werden. Werden körperliche Einflüsse und Einflüsse aufgrund unterschiedlicher Helligkeit oder Lichtfarbe eliminiert, so ist der Pupillendurchmesser ein Indikator für den allgemeinen Erregungsgrad einer Person. Der allgemeine Erregungsgrad kann auch als Gesamterregungsgrad bezeichnet werden. Der allgemeine Erregungsgrad einer Person hängt ab von einer mentalen und einer emotionalen Erregung der Person. Der Pupillendurchmesser liefert keine Information darüber, zu welchem Anteil der allgemeine Erregungsgrad auf einer mentalen Erregung und zu welchem Anteil er auf einer emotionalen Erregung beruht. In pupillometric procedures, the diameter of at least one pupil of a person is recorded and evaluated. The diameter of the pupil is not only influenced by external parameters such as brightness and light color as well as physical influences but also by an emotional arousal, a mental arousal or stress. The influence of brightness, light color and physical influences can be detected by measurement or controlled or influenced by influencing the experimental environment. If physical influences and influences due to different brightness or light color are eliminated, the pupil diameter is an indicator of the general level of excitement of a person. The general degree of excitement can also be described as overall degree of excitement. The general state of arousal of a person depends on a mental and an emotional arousal of the person. The pupil diameter provides no information as to what proportion the general level of arousal on a mental arousal and to what proportion it is based on an emotional arousal.

Aus dem Pupillendurchmesser wird das physiologische Aktivierungspotential einer Person bestimmt. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus mentaler und emotionaler Erregung oder Beanspruchung. Das physiologische Aktivierungspotential liefert Informationen über mentale und emotionale Prozesse. Es unterliegt keiner willkürlichen Kontrolle durch die Person. Das physiologische Aktivierungspotential kann beispielsweise verwendet werden, um den Vigilanzzustand der Person zu bestimmen oder um die Reaktion der Person auf bestimmte Ereignisse zu erfassen. Interessant ist dabei auch die Anwendung im Bereich des Marketings, insbesondere im Bereich des Neuromarketings. From the pupil diameter, the physiological activation potential of a person is determined. It is a combination of mental and emotional arousal or stress. The physiological activation potential provides information about mental and emotional processes. It is not subject to arbitrary control by the person. The physiological activation potential can be used, for example, to determine the vigilance state of the person or to detect the person's reaction to specific events. Interesting is also the application in the field of marketing, especially in the field of neuromarketing.

Für bestimmte Anwendungen ist die Kenntnis des Erregungsgrades einer Person interessant, der allein auf einer emotionalen Erregung, Anregung oder Belastung beruht. Dies gilt insbesondere im Bereich des Marketings. Da der Pupillendurchmesser sowohl durch eine mentale, rein kognitive Erregung als auch durch eine emotionale Erregung beeinflusst wird, liefern pupillometrische Verfahren keine zuverlässigen Informationen über eine rein emotionale Erregung, Anregung oder Belastung einer Person. Es ist nicht klar, in welchem Umfang der Pupillendurchmesser von einer emotionalen Erregung oder einer nicht-emotionalen, mentalen Erregung hervorgerufen wird. Eine Unterscheidung zwischen einer Reaktion aufgrund emotionaler Erregung oder Beanspruchung einerseits und mentaler Erregung oder Beanspruchung andererseits ist mit pupillometrischen Verfahren allein nicht möglich. Eine rein kognitive, mentale Erregung erfolgt beispielsweise durch die Verarbeitung starker visueller Reize, durch Kopfrechnen oder durch sonstige Ablenkung. For certain applications, the knowledge of the degree of excitement of a person is interesting, which is based solely on an emotional excitement, stimulation or stress. This is especially true in the field of marketing. Since pupil diameter is affected by mental, purely cognitive arousal as well as emotional arousal, pupillometric procedures do not provide reliable information about a purely emotional arousal, stimulation, or stress on a person. It is not clear to what extent the diameter of the pupil is caused by emotional arousal or non-emotional, mental arousal. A distinction between a reaction due to emotional arousal or stress on the one hand and mental arousal or stress on the other hand is not possible with pupillometric procedures alone. A purely cognitive, mental excitement occurs, for example, through the processing of strong visual stimuli, mental arithmetic or other distraction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Bestimmung des allein auf emotionaler Erregung oder Anregung basierenden Erregungsgrades einer Person erlaubt. The invention has for its object to provide a method that allows the determination of only based on emotional arousal or excitement degree of excitement of a person.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu einem Pupillendurchmesser der Person die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde des Gehirns der Person bestimmt wird. In bestimmten Rindenfeldern lassen sich bestimmte Leistungen lokalisieren. In der Großhirnrinde finden hauptsächlich mentale, rein kognitive Prozesse statt, die nicht emotionaler Natur sind. Die Verarbeitung emotionaler oder unterbewusster Prozesse erfolgt in der Regel tiefer im Zentrum des Gehirns. This object is achieved by a method having the features of claim 1. The method is characterized in that, in addition to a pupil diameter of the subject, the cognitive activity in the cerebral cortex of the subject's brain is determined. In certain bark fields, certain services can be localized. The cerebral cortex mainly contains mental, purely cognitive processes that are not of an emotional nature. The processing of emotional or subconscious processes usually takes place deeper in the center of the brain.

Zu der Großhirnrinde kann auch das limbische System gezählt werden. To the cerebral cortex, the limbic system can also be counted.

Die kognitive Aktivität nahe der Kopfoberfläche kann beispielsweise durch Elektroenzephalografie, Magnetoenzephalografie oder durch Nahinfrarotspektroskopie bestimmt werden. Bei der Elektroenzephalografie werden mittels am Kopf angeordneter Elektroden elektrische Felder oder elektrische Potentiale nahe der Kopfoberfläche erfasst. Diese sind ein Indikator für die kognitive Aktivität und den Erregungsgrad in dem Bereich des Gehirns nahe der Kopfoberfläche. Bei der Magnetoenenzephalografie werden magnetische Signale an oder nahe der Kopfoberfläche mittels magnetischer Sensoren erfasst. Mit der Nahinfrarotspektroskopie kann an der Peripherie des Gehirns der Sauerstoffgehalt oder die Sauerstoffsättigung im Blut festgestellt werden. Die mit diesen Verfahren bestimmten Messwerte geben Aufschluss über die kognitive Aktivität und den Erregungsgrad an der Peripherie des Gehirns nahe der Kopfoberfläche. Allen Verfahren ist gemeinsam, dass mit Ihnen nur Messwerte erfasst werden können, die auf Phänomenen nahe der Kopfoberfläche beruhen. Hierzu zählen Phänomene in der Großhirnrinde. Da die Aktivität in diesen Bereichen des Gehirns nahezu ausschließlich durch mentale Erregung hervorgerufen wird, können mit den Verfahren die kognitive Aktivität und der rein mentale Erregungsgrad bestimmt werden. For example, cognitive activity near the head surface can be determined by electroencephalography, magnetoencephalography, or near infrared spectroscopy. In electroencephalography, electric fields or electrical potentials near the head surface are detected by means of electrodes arranged on the head. These are an indicator of cognitive activity and level of arousal in the area of the brain near the head surface. Magneto-encephalography detects magnetic signals at or near the surface of the head using magnetic sensors. With near-infrared spectroscopy, the oxygen content or oxygen saturation in the blood can be detected at the periphery of the brain. The measurements obtained with these methods provide information about the cognitive activity and the degree of excitation at the periphery of the brain near the head surface. All methods have in common that only measured values based on phenomena close to the surface of the head can be acquired with them. These include phenomena in the cerebral cortex. Since the activity in these areas of the brain is almost exclusively caused by mental arousal, the procedures can be used to determine cognitive activity and the degree of purely mental excitement.

Die aus den Messungen und den Messwerten der Großhirnrinde gewonnene kognitive Aktivität wird bei der Auswertung des Pupillendurchmessers berücksichtigt. Hierzu werden der oder die Pupillendurchmesser mit den Messwerten der Großhirnrinde verknüpft. Der Einfluss mentaler, rein kognitiver und nicht-emotionaler Erregungen auf den Pupillendurchmesser wird somit bei der Auswertung eliminiert. Das Ergebnis der Auswertung ist somit der rein emotionale Erregungsgrad einer Person. The cognitive activity obtained from the measurements and the measurements of the cerebral cortex becomes in the evaluation of the pupil diameter considered. For this purpose, the pupil diameter (s) are linked to the measured values of the cerebral cortex. The influence of mental, purely cognitive and non-emotional excitations on the pupil diameter is thus eliminated in the evaluation. The result of the evaluation is thus the purely emotional level of excitement of a person.

Vorteilhafterweise wird der zeitliche Verlauf des Pupillendurchmessers bestimmt. Ebenso wird der zeitliche Verlauf der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde des Gehirns der Person bestimmt. Hierzu werden zu mehreren Messzeitpunkten oder kontinuierlich innerhalb eine Messzeitraums Messwerte erfasst. Auf diese Weise kann beobachtet und erfasst werden, wie eine Person auf einen bestimmten Einfluss reagiert, dem sie innerhalb des Messzeitraums ausgesetzt ist. Advantageously, the time course of the pupil diameter is determined. Likewise the temporal course of the cognitive activity in the cerebral cortex of the brain of the person is determined. For this purpose, measured values are recorded at several measuring times or continuously within a measuring period. In this way, it is possible to observe and record how a person reacts to a certain influence to which they are exposed within the measurement period.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde mittels Elektroenzephalografie, abgekürzt EEG, bestimmt. Mittels an der Kopfoberfläche der Person angeordneter Elektroden werden Spannungsschwankungen erfasst, aus denen die elektrische Aktivität in der Großhirnrinde der Person bestimmt wird. Die grafische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit dieser Spannungsschwankungen in Form eines Diagramms wird als Elektroenzephalogramm bezeichnet. Zur Messung der Spannungsschwankungen werden mehrere Elektroden am Kopf der betreffenden Person angeordnet. Die Spannung wird jeweils zwischen zwei Messpunkten bestimmt. Die gemessenen Spannungsschwankungen werden durch elektrische Prozesse in den Gehirnzellen ausgelöst. Diese werden von Anregungen beeinflusst, denen die betreffende Person ausgesetzt ist. Da die Elektroden an der Oberfläche des Kopfes positioniert werden, können mit der Elektroenzephalografie nur neuronale Prozesse erfasst werden, die die Gehirnzellen nahe der Oberfläche des Kopfes beeinflussen. Hierbei handelt es sich um Prozesse, die durch kognitive Aktivität und mentale Erregung ausgelöst werden. Prozesse, die im Zentrum des Gehirns oder mit größerem Abstand zur Oberfläche des Kopfes stattfinden, können mit der Elektroenzephalografie allenfalls unzureichend erfasst werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the cognitive activity in the cerebral cortex is determined by means of electroencephalography, abbreviated EEG. By means of electrodes arranged on the head surface of the person voltage fluctuations are detected, from which the electrical activity in the cerebral cortex of the person is determined. The graphical representation of the temporal dependence of these voltage fluctuations in the form of a diagram is called the electroencephalogram. To measure the voltage fluctuations, several electrodes are placed on the person's head. The voltage is determined between two measuring points. The measured voltage fluctuations are triggered by electrical processes in the brain cells. These are influenced by suggestions to which the person concerned is exposed. Because the electrodes are positioned on the surface of the head, electroencephalography can only detect neural processes that affect brain cells near the surface of the head. These are processes triggered by cognitive activity and mental arousal. Processes that take place in the center of the brain or at a greater distance from the surface of the head can at best be detected inadequately with electroencephalography.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde mittels Magnetoenzephalografie, abgekürzt MEG, bestimmt. Dabei wird ausgenutzt, dass elektrische Ströme im Gehirn ein Magnetfeld erzeugen. Dieses wird mittels Sensoren erfasst, welche Spulen oder Spulensysteme umfassen. Dabei kommen insbesondere supraleitende Spulen oder Spulensysteme und sogenannte SQUIDS zum Einsatz. Die Abkürzung SQUID steht für Superconducting Quantum Interface Device. Supraleitende Spulen oder Spulensysteme müssen aufwändig gekühlt werden. Da die Magnetfelder, die von elektrischen Strömen im Gehirn erzeugt werden, sehr schwach sind, können mit der Magnetoenzephalografie nur Erregungen nahe der Kopfoberfläche, insbesondere in der Großhirnrinde, erfasst werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the cognitive activity in the cerebral cortex is determined by means of magnetoencephalography, abbreviated MEG. It exploits the fact that electrical currents in the brain create a magnetic field. This is detected by means of sensors which comprise coils or coil systems. In particular, superconducting coils or coil systems and so-called SQUIDS are used. The abbreviation SQUID stands for Superconducting Quantum Interface Device. Superconducting coils or coil systems must be cooled consuming. Since the magnetic fields generated by electrical currents in the brain are very weak, magnetoencephalography can only detect excitations near the head surface, especially in the cerebral cortex.

Aufgrund der Orthogonalität von elektrischen und magnetischen Feldern können sich die mittels EEG und mittels MEG gewonnenen Daten ergänzen. Due to the orthogonality of electric and magnetic fields, the data obtained by means of EEG and MEG can complement one another.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels Nahinfrarotspektroskopie, abgekürzt NIRS, die Sauerstoffsättigung des Bluts in der Großhirnrinde bestimmt. Aus den Messwerten wird die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde bestimmt. Dabei wird die Oberfläche des Kopfes mit Licht im infraroten Wellenlängenbereich bestrahlt. Das reflektierte und/ oder emittierte Licht wird mittels Infrarotsensoren erfasst und ausgewertet. Es gibt Aufschluss über die Sauerstoffsättigung im Blut. Da das Licht im infraroten Wellenlängenbereich von der Oberfläche des Kopfes oder den Bereichen des Kopfes, insbesondere des Gehirns nahe der Kopfoberfläche reflektiert und/ oder emittiert wird, werden mit der Nahinfrarotspektroskopie Effekte gemessen, die nahe der Kopfoberfläche, insbesondere der Großhirnrinde, stattfinden. Hierbei handelt es sich um Effekte, die durch mentale Erregungen ausgelöst werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the oxygen saturation of the blood in the cerebral cortex is determined by means of near-infrared spectroscopy, abbreviated NIRS. From the measured values, the cognitive activity in the cerebral cortex is determined. The surface of the head is irradiated with light in the infrared wavelength range. The reflected and / or emitted light is detected and evaluated by means of infrared sensors. It provides information about the oxygen saturation in the blood. Since the light in the infrared wavelength range is reflected and / or emitted from the surface of the head or the areas of the head, especially the brain near the head surface, near-infrared spectroscopy measures effects that occur near the head surface, in particular the cerebral cortex. These are effects that are triggered by mental excitement.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Pupillendurchmesser und die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde zeitgleich erfasst. Damit ist gewährleistet, dass der Pupillendurchmesser und die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde durch die gleichen Ereignisse beeinflusst werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the pupil diameter and the cognitive activity in the cerebral cortex are recorded simultaneously. This ensures that pupil diameter and cognitive activity in the cerebral cortex are affected by the same events.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Pupillendurchmesser und die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde während eines Messzeitraums kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen gemessen. Damit wird innerhalb eines Messzeitraums nicht nur ein Erregungszustand oder ein Erregungsgrad bestimmt sondern die zeitliche Änderung des Erregungsgrades. In dem Messzeitraum kann die Person auch mehreren den Erregungsgrad beeinflussenden Ereignissen ausgesetzt sein. According to a further advantageous embodiment of the invention, the pupil diameter and the cognitive activity in the cerebral cortex during a measurement period are measured continuously or at predetermined time intervals. Thus, not only an excitation state or a degree of excitement is determined within a measurement period but the temporal change of the degree of excitement. In the measuring period, the person may also be exposed to several events influencing the degree of excitement.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zeitliche Abhängigkeit des Pupillendurchmessers und die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde bestimmt und abgespeichert. Sie stehen damit entweder für die sofortige Auswertung oder die Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt sowie für eine Archivierung zur Verfügung. According to a further advantageous embodiment of the invention, the temporal dependence of the pupil diameter and the cognitive activity in the cerebral cortex are determined and stored. They are thus available either for immediate evaluation or evaluation at a later date as well as for archiving.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde an mehreren Positionen bestimmt. Hierzu werden Messwerte an verschiedenen Positionen am Kopf der Person erfasst und ausgewertet. Damit können Einflüsse auf unterschiedliche Regionen des Gehirns erfasst werden. Dabei wird ausgenutzt, dass in verschiedenen Rindenfeldern unterschiedliche Leistungen lokalisiert werden. Bei der EEG wird beispielsweise die Spannungsdifferenz an mehreren Positionen gemessen. Bei der MEG werden magnetische Felder an mehreren Positionen an der Kopfoberfläche bestimmt. Bei der Nahinfrarotspektroskopie werden mehrere Positionen an der Kopfoberfläche mit Licht des infraroten Wellenlängenbereichs bestrahlt und des reflektierte und/ oder emittierte Licht spektroskopisch erfasst und ausgewertet. According to a further advantageous embodiment of the invention, the cognitive activity in the cerebral cortex is determined at several positions. For this purpose, measured values are recorded and evaluated at various positions on the person's head. This can be used to record influences on different regions of the brain. It is exploited that different services are localized in different bark fields. With the EEG, for example, the voltage difference is measured at several positions. In MEG, magnetic fields are determined at several positions on the head surface. In near-infrared spectroscopy, a plurality of positions on the head surface are irradiated with light of the infrared wavelength range, and the reflected and / or emitted light is detected and evaluated spectroscopically.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zur Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde gewonnenen Messwerte unter Verwendung räumlicher Filter ausgewertet. Dies ermöglicht die Lokalisierung der Quelle der Messwerte in der Großhirnrinde. According to a further advantageous embodiment of the invention, the measured values obtained for determining the cognitive activity in the cerebral cortex are evaluated using spatial filters. This allows localization of the source of readings in the cerebral cortex.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde das Messsignal in Komponenten zerlegt. Die Zerlegung des Messsignals in unabhängige Komponenten erfolgt beispielsweise mittels Principal Component Analysis PCA, deutsch Hauptkomponentenanalyse, oder Independent Component Analysis ICA oder sonstiger Komponenten-Zerlegungsverfahren. Aus den Komponenten werden charakteristische Merkmale extrahiert. Derartige Merkmale werden auch als Features bezeichnet. Anhand der charakteristischen Merkmale werden die Komponenten bestimmt, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben. Das Messsignal enthält üblicherweise weitere Komponenten, die anderen Erregungen oder Einflüssen unterliegen. Diese Komponenten werden bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität nicht berücksichtigt. Die Komponenten können anhand charakteristischer Merkmale und/ oder ihres zeitlichen Verlaufs und/ oder dem Ort der Messwerterfassung am Kopf der Person voneinander unterschieden werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the measurement signal is decomposed into components in the determination of cognitive activity in the cerebral cortex. The decomposition of the measurement signal into independent components takes place for example by means of Principal Component Analysis PCA, German Principal Component Analysis, or Independent Component Analysis ICA or other component decomposition methods. Characteristic features are extracted from the components. Such features are also referred to as features. The characteristic features determine the components that reflect the influence of mental arousal. The measurement signal usually contains other components that are subject to other excitations or influences. These components are not taken into account in the determination of cognitive activity. The components can be distinguished from each other on the basis of characteristic features and / or their time course and / or the location of the measured value recording at the person's head.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Pupillendurchmesser mit den Komponenten verrechnet, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben. Dies führt zur Extraktion der emotionalen Erregung. According to a further advantageous embodiment of the invention, the pupil diameter is calculated with the components that reflect the influence of mental arousal. This leads to the extraction of emotional arousal.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde nach der Komponentenzerlegung eine Transformation der Komponenten mittels Frequenzanalyse, Wavelet-Analyse, Analyse auf Basis dynamischer Systeme oder statistische Analysen durchgeführt. Weitere Arten von Transformationen sind möglich. According to a further advantageous embodiment of the invention, in the determination of the cognitive activity in the cerebral cortex after the component decomposition, a transformation of the components by means of frequency analysis, wavelet analysis, analysis based on dynamic systems or statistical analyzes is performed. Other types of transformations are possible.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde das Messsignal in Komponenten zerlegt. Die Komponenten, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben, werden anhand ihrer räumlichen Verteilung auf der Großhirnrinde bestimmt. Dies bedeutet, dass die Komponenten nach den Positionen ausgewählt werden, an denen die zugehörigen Messwerte am Kopf der Person erfasst werden. Hierdurch wird eine Topografie berücksichtigt. According to a further advantageous embodiment of the invention, the measurement signal is decomposed into components in the determination of cognitive activity in the cerebral cortex. The components that reflect the influence of mental arousal are determined by their spatial distribution on the cerebral cortex. This means that the components are selected according to the positions at which the associated measured values are recorded at the person's head. This takes into account a topography.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Komponenten, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben, auf den zeitlichen Verlauf des Pupillendurchmessers rückprojiziert. Dadurch werden die kognitive Aktivität und der Pupillendurchmesser miteinander verrechnet mit dem Ergebnis, die emotionale Aktivität zu erhalten. According to a further advantageous embodiment of the invention, the components that reflect the influence of mental excitement, backprojected on the time course of the pupil diameter. As a result, the cognitive activity and the pupil diameter are miscalculated with the result of maintaining the emotional activity.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Umgebungshelligkeit bestimmt. Aus der Umgebungshelligkeit und dem gemessenen Pupillendurchmesser wird ein korrigierter, von der Umgebungshelligkeit unabhängiger Pupillendurchmesser bestimmt. Die Umgebungshelligkeit beeinflusst den Pupillendurchmesser in einem stärkeren Umfang als eine emotionale oder mentale Anregung. Um Messwerte zu erhalten, die einen Vergleich mit den Messwerten anderer Personen gegebenenfalls unter anderen Bedingungen ermöglichen, oder um eine Verfälschung des Ergebnisses bei einer Veränderung der Umgebungshelligkeit während der Messung des Pupillendurchmessers einer Person zu vermeiden, wird der Effekt der Umgebungshelligkeit bei der Auswertung eliminiert. According to a further advantageous embodiment of the invention, the ambient brightness is determined. From the ambient brightness and the measured pupil diameter, a corrected pupil diameter independent of the ambient brightness is determined. The ambient brightness affects the pupil diameter to a greater extent than an emotional or mental stimulation. In order to obtain measured values which allow a comparison with the readings of other persons, if necessary under different conditions, or to avoid a falsification of the result with a change in the ambient brightness during the measurement of the pupil diameter of a person, the effect of ambient brightness in the evaluation is eliminated.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous embodiments are the claims removed.

Zeichnung drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:

1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, 1 schematic representation of an apparatus for carrying out the method,

2 schematische Darstellung der Erfassung von Messdaten und Auswertung der Messdaten. 2 schematic representation of the acquisition of measurement data and evaluation of the measurement data.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, mit der ein Verfahren zur Bestimmung des emotionalen Erregungsgrades einer Person durchgeführt wird. Die betreffende Person 1 wird bestimmten Reizen ausgesetzt, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Hierbei kann es sich um Reize handeln, die mit den Augen, den Ohren, der Nase oder dem Tastsinn zu erfassen sind. Die Person 1 nimmt die Reize mit ihren Sinnesorganen wahr und verarbeitet die Reize im Gehirn 3. Führen die Reize zu einer Stimulierung und einer daraus resultierenden mentalen und/ oder emotionalen Erregung der Person, so weitet sich bei ansonsten gleichbleibenden Umgebungsbedingungen die Pupille 4 des Auges 2 der Person. Der Pupillendurchmesser vergrößert sich. Ferner findet aufgrund der Erregung eine erhöhte Aktivität im Gehirn 3 statt. Prozesse, die auf einer rein kognitiven Aktivität und einer rein mentalen Erregung beruhen, finden in der Großhirnrinde 5 des Gehirns 3 statt. Die Großhirnrinde ist benachbart zur Kopfoberfläche. Prozesse, die auf einer rein emotionalen Erregung beruhen, finden in tiefer gelegenen Bereichen des Gehirns 3 statt. Ein derartiger tiefer gelegener Bereich ist in 1 beispielhaft mit der Bezugsziffer 6 markiert. In 1 schematically a device is shown with which a method for determining the emotional level of excitement of a person is performed. The person concerned 1 is exposed to certain stimuli, which are not shown in the drawing. These can be stimuli that can be detected with the eyes, ears, nose or touch. The person 1 perceives the stimuli with their sense organs and processes the stimuli in the brain 3 , If the stimuli lead to a stimulation and a resulting mental and / or emotional arousal of the person, then the pupil expands under otherwise constant environmental conditions 4 of the eye 2 the person. The pupil diameter increases. Furthermore, because of the excitement, increased activity is found in the brain 3 instead of. Processes that rely on a purely cognitive activity and a purely mental arousal find in the cerebral cortex 5 of the brain 3 instead of. The cerebral cortex is adjacent to the head surface. Processes that are based on a purely emotional arousal take place in lower-lying areas of the brain 3 instead of. Such a lower area is in 1 by way of example with the reference numeral 6 marked.

Der Pupillendurchmesser des Auges 2 wird mittels eines Eyetrackers 7 erfasst. Die dabei gewonnen Rohdaten werden in eine Verarbeitungseinrichtung 8 eingegeben. Darüber hinaus wird mittels eines Aufnahmegeräts 9 für EEG, MEG oder Nahinfrarotspektroskopie NIRS die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde 5 erfasst. Die Messwerterfassung erfolgt zeitgleich mit der Messwerterfassung des Eyetrackers. Während eines Messzeitraums werden Messwerte erfasst. Die dabei gewonnen Rohdaten werden ebenfalls an die Verarbeitungseinrichtung 8 weitergegeben. In der Verarbeitungseinrichtung werden die Rohdaten verarbeitet und ausgewertet. Dabei wird das mit dem Aufnahmegerät 9 erfasste Messsignal in Komponenten zerlegt. Aus den Komponenten werden charakteristische Merkmale extrahiert. Anhand der charakteristischen Merkmale werden die Komponenten des Messsignals bestimmt, die den Einfluss einer mentalen Erregung wiedergeben. Darüber hinaus werden zusätzlich Komponenten des Messsignals anhand der Topografie bestimmt. Dies bedeutet, dass sie in Anhängigkeit davon ausgewählt oder bestimmt werden, an welcher Position auf dem Kopf der Person sie erfasst wurden. The pupil diameter of the eye 2 is done using an eye tracker 7 detected. The raw data obtained is transferred to a processing facility 8th entered. In addition, by means of a recording device 9 for EEG, MEG or near-infrared spectroscopy NIRS the cognitive activity in the cerebral cortex 5 detected. The measured value acquisition takes place at the same time as the measured value acquisition of the Eyetracker. During a measuring period, measured values are recorded. The raw data obtained is also sent to the processing facility 8th passed. In the processing device, the raw data are processed and evaluated. It will do this with the recording device 9 detected measurement signal decomposed into components. Characteristic features are extracted from the components. On the basis of the characteristic features, the components of the measurement signal are determined, which reflect the influence of a mental excitement. In addition, components of the measurement signal are additionally determined on the basis of the topography. This means that they are selected or determined depending on which position on the person's head they were detected.

In 2 ist die Erfassung der Messdaten und Auswertung der daraus gewonnenen Rohdaten dargestellt. Der Pupillendurchmesser des Auges 2 wird in einem Messzeitraum aus dem Signal des Eyetrackers 7 extrahiert. Dies erfolgt in der Verarbeitungseinrichtung 8. Das Schaubild 10 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf des Pupillendurchmessers innerhalb eines Messzeitraums. Gleichzeitig werden in dem Messzeitraum mit dem Aufnahmegerät 9 an verschiedenen Positionen der Großhirnrinde der Person 1 mittels EEG, MEG oder NIRS Messdaten erfasst. Das Schaubild 11 zeigt den zeitlichen Verlauf der Messdaten an verschiedenen Positionen. Das Signal wird bereinigt. Artefakte werden eliminiert. Dieser Schritt und alle weiteren Schritte erfolgen in der Verarbeitungseinrichtung 8. Das Schaubild 12 zeigt den zeitlichen Verlauf entsprechend bereinigter Signale. Sie entsprechen den Komponenten des Messsignals. Um die bereinigten Signale besser veranschaulichen zu können, wurde die Darstellung reduziert. Aus diesen Komponenten werden charakteristische Merkmale extrahiert. Anhand der dabei ermittelten charakteristischen Merkmale werden diejenigen Komponenten des Messsignals bestimmt, die eine mentale Erregung wiedergeben. Diese Komponenten sind in Schaubild 13 dargestellt. Aus ihnen wird die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde extrahiert. Das Schaubild 13 zeigt den zeitlichen Verlauf während des Messzeitraums. Im Bezug auf Schaubild 12 wurden in Schaubild 13 die für die Auswertung uninteressanten Daten eliminiert. Uninteressante Daten sind solche, die keine für die Auswertung relevanten Informationen liefern. Dabei kann die Anzahl der Kanäle reduziert werden. Das Extrahieren von Daten kann beispielsweise mittels einer sogenannten Komponentenanalyse erfolgen. Der extrahierte Pupillendurchmesser und die extrahierte kognitive Aktivität werden miteinander kombiniert und verrechnet. Dabei wird aus dem allgemeinen Erregungsgrad, für den der Pupillendurchmesser ein Indikator ist, der Anteil eliminiert, der allein auf mentaler Erregung basiert. Es erfolgt die Extraktion des emotionalen Erregungsgrades. Im Schaubild 14 ist der zeitliche Verlauf des emotionalen Erregungsgrades dargestellt. In 2 the recording of the measured data and evaluation of the raw data derived from it is shown. The pupil diameter of the eye 2 will be out of the signal of the eye tracker within one measurement period 7 extracted. This takes place in the processing device 8th , The graph 10 shows an example of a temporal course of the pupil diameter within a measurement period. At the same time in the measuring period with the recording device 9 at different positions of the cerebral cortex of the person 1 recorded by EEG, MEG or NIRS measurement data. The graph 11 shows the time course of the measured data at different positions. The signal is cleared. Artifacts are eliminated. This step and all further steps take place in the processing device 8th , The graph 12 shows the time course according to adjusted signals. They correspond to the components of the measuring signal. In order to better illustrate the adjusted signals, the representation has been reduced. Characteristic features are extracted from these components. On the basis of the characteristic features determined in the process, those components of the measuring signal which reflect a mental excitation are determined. These components are in diagram 13 shown. From them, the cognitive activity in the cerebral cortex is extracted. The graph 13 shows the time course during the measurement period. With reference to graph 12 were in chart 13 eliminated the uninteresting data for the evaluation. Uninteresting data are those that do not provide information relevant for the evaluation. The number of channels can be reduced. The extraction of data can be done for example by means of a so-called component analysis. The extracted pupil diameter and the extracted cognitive activity are combined and calculated. In this case, from the general degree of excitement, for which the pupil diameter is an indicator, the proportion which is based solely on mental excitement is eliminated. There is the extraction of emotional arousal. In the diagram 14 the temporal course of the emotional state of excitement is shown.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All features of the invention may be essential to the invention both individually and in any combination with each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Person person
2 2
Auge eye
3 3
Gehirn brain
4 4
Pupille pupil
5 5
Großhirnrinde cerebral cortex
6 6
tiefer gelegener Bereich des Gehirns deeper area of the brain
7 7
Eyetracker Eye Tracker
8 8th
Verarbeitungseinrichtung processing device
9 9
Aufnahmegerät recording apparatus
10 10
Schaubild graph
11 11
Schaubild graph
12 12
Schaubild graph
13 13
Schaubild graph
14 14
Schaubild graph

Claims (15)

Verfahren zur Bestimmung des emotionalen Erregungsgrades einer Person, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte Messen des Pupillendurchmessers mindestens einer Pupille (4) der Person (1) als Indikator für einen auf einer emotionalen und mentalen Erregung basierenden allgemeinen Erregungsgrad der Person, Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) des Gehirns (3) der Person (1), wobei die kognitive Aktivität ein Indikator für eine mentale Erregung ist, Verknüpfung des Pupillendurchmessers mit der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) und Eliminieren des auf mentaler Erregung basierenden Anteils aus dem allgemeinen Erregungsgrad. Method for determining the emotional degree of excitement of a person, characterized by the following method steps Measuring the pupil diameter of at least one pupil ( 4 ) the person ( 1 ) as an indicator of a person's overall state of arousal based on emotional and mental arousal, Determination of cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) of the brain ( 3 ) the person ( 1 ), where cognitive activity is an indicator of mental arousal, linkage of pupil diameter with cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) and eliminate the mental arousal-based portion from the general level of arousal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde (5) mittels Elektroenzephalografie bestimmt wird. Method according to claim 1, characterized in that the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) is determined by means of electroencephalography. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde (5) mittels Magnetoenzephalografie bestimmt wird. Method according to claim 1, characterized in that the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) is determined by magnetoencephalography. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Nahinfrarotspektroskopie die Sauerstoffsättigung des Bluts in der Großhirnrinde (5) bestimmt wird, und dass aus den Messwerten die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde (5) bestimmt wird. Method according to claim 1, characterized in that by means of near-infrared spectroscopy the oxygen saturation of the blood in the cerebral cortex ( 5 ) and that from the measured values the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pupillendurchmesser und die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde (5) zeitgleich erfasst werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pupil diameter and the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) are recorded at the same time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Pupillendurchmessers und der zeitliche Verlauf der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) während eines Messzeitraums kontinuierlich bestimmt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time course of the pupil diameter and the time course of the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) are continuously determined during a measurement period. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Abhängigkeit des Pupillendurchmessers und der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) erfasst und abgespeichert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temporal dependence of the pupil diameter and the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) is recorded and stored. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kognitive Aktivität in der Großhirnrinde (5) an mehreren Positionen bestimmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) is determined at several positions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) Messwerte erfasst werden, und dass die Messwerte unter Verwendung räumlicher Filter ausgewertet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) And that the measurements are evaluated using spatial filters. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) das Messsignal in Komponenten zerlegt wird, dass aus den Komponenten charakteristische Merkmale extrahiert werden, und dass anhand der charakteristischen Merkmale die Komponenten bestimmt werden, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the determination of cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) the measurement signal is decomposed into components, that characteristic features are extracted from the components, and that the components which reflect the influence of mental excitation are determined on the basis of the characteristic features. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pupillendurchmesser mit den Komponenten verrechnet wird, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben. A method according to claim 10, characterized in that the pupil diameter is calculated with the components that reflect the influence of mental arousal. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) nach der Komponentenzerlegung eine Transformation der Komponenten mittels Frequenzanalyse, Wavelet-Analyse, Analyse auf Basis dynamischer Systeme oder statistische Analysen durchgeführt wird. Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that in the determination of cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) after component decomposition a transformation of the components is performed by means of frequency analysis, wavelet analysis, analysis based on dynamic systems or statistical analyzes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der kognitiven Aktivität in der Großhirnrinde (5) das Messsignal in Komponenten zerlegt wird, und dass die Komponenten, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben, anhand ihrer räumlichen Verteilung auf der Großhirnrinde bestimmt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the determination of cognitive activity in the cerebral cortex ( 5 ) the measurement signal is decomposed into components, and that the components that reflect the influence of mental arousal are determined by their spatial distribution on the cerebral cortex. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten, die den Einfluss mentaler Erregung wiedergeben, auf den zeitlichen Verlauf des Pupillendurchmessers rückprojiziert werden. Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the components that reflect the influence of mental excitement are backprojected on the time course of the pupil diameter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungshelligkeit bestimmt wird, und dass aus der Umgebungshelligkeit und dem gemessenen Pupillendurchmesser ein korrigierter, von der Umgebungshelligkeit unabhängiger Pupillendurchmesser bestimmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient brightness is determined, and that a corrected, independent of the ambient brightness pupil diameter is determined from the ambient brightness and the measured pupil diameter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104586410A (en) * 2014-12-02 2015-05-06 惠州Tcl移动通信有限公司 Mobile terminal, wearable device and system and method for judging user state
CN106725289A (en) * 2016-11-16 2017-05-31 山东理工大学 A kind of vehicle sound quality evaluation method based on PD
DE102019217447A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-12 Robert Bosch Gmbh Device and method for processing and evaluating signals from brain activity

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