Измерение умственной нагрузки с помощью ЭЭГ и фНИРС

Мы исследовали возможность применения гибридной технологии функциональной нейровизуализации для количественной оценки умственной нагрузки человека (MWL). В качестве методов визуализации у семнадцати здоровых испытуемых использовали электроэнцефалографию (ЭЭГ) и функциональную спектроскопию в ближней инфракрасной области (фНИРС) во время выполнения буквенного задания n-back — стандартной экспериментальной парадигмы, связанной с рабочей памятью (WM). Уровень MWL параметрически изменяли путем варьирования n от 0 до 3. Девятнадцать каналов ЭЭГ охватывали всю поверхность головы, а 19 каналов фНИРС располагались на лбу для охвата области мозга, наиболее активно участвующей в работе WM. Усреднение зарегистрированных сигналов по блокам выявило специфические изменения уровня оксигенированного гемоглобина при изменении MWL. Для определения уровня MWL применяли подход на основе машинного обучения. Из сигналов ЭЭГ, фНИРС и ЭЭГ+фНИРС извлекали различные признаки в качестве биомаркеров MWL и подавали их в линейную машину опорных векторов (SVM) в составе обучающей и тестовой выборок. Эти признаки отбирали на основе их чувствительности к изменениям уровня умственной нагрузки согласно данным литературы. Мы ввели новую категорию признаков для систем фНИРС и ЭЭГ+фНИРС. Кроме того, систематически оценивали эффективность каждой категории признаков. Также оценивали влияние количества признаков и размера окна на качество классификации. Классификатор SVM использовали для различения различных сочетаний когнитивных состояний, включая бинарные и многоклассовые состояния. Помимо показателя эффективности классификатора при перекрестной проверке для комплексной оценки системы классификации рассчитывали другие метрики, такие как чувствительность, специфичность и прогностические значения. Гибридная система (ЭЭГ+фНИРС) обеспечивала значительно более высокую точность, чем ЭЭГ или фНИРС по отдельности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что признаки ЭЭГ+фНИРС в сочетании с классификатором способны надежно различать различные уровни MWL. Результаты свидетельствуют о том, что ЭЭГ...