基于雪崩动力学模型的高解析度生理学驾驶疲劳检测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61703069
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0609.认知与神经科学启发的人工智‍能
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In order to ensure the safety of drivers, the uncertainty of external environment and the complexity of the fatigue evolution need to be considered to improve the accuracy and reliability of the fatigue detection method. In this project, the EEG-based dynamic analysis method that does not depend on initial conditions and external factors will be developed. Firstly, the dynamic analysis method based on functional brain networks is used to extract the physiological features from the EEG signals during driving. Secondly, based on the theory of self-organized criticality (SOC), a physiological model for snow avalanche dynamics will be constructed to investigate the SOC of fatigue evolution. Particularly, the uncertainty and complexity of avalanche behavior in critical state will be analyzed and the mechanism of avalanche dynamics adapted to the dynamic brain network analysis will be utilized to develop the critical point detection method that is robust. Moreover, during the evolution of the model, the irreversibility of the functional connectivity will be investigated to change the collapse rule to adjust the avalanche behavior (in the critical state) to ensure that the detected fatigue states are real fatigue state. Finally, a complete method that can detect different levels of fatigue more reliably will be proposed. The EEG signal processing method will assist to calibrate driving behavior data collected simultaneously to accomplish the feature classification to verify the validity and correctness of the fatigue criticality detection algorithm.
面对驾驶安全对疲劳检测准确性和可靠性的需求,外界因素的影响与内部疲劳演化模式的复杂性是需要考虑的问题。本项目拟借助基于脑电(EEG)处理的动力学演化方法实现不依赖于初始条件和外界参数控制的动态疲劳标定。首先,进行基于EEG功能脑网络的动态分析,提取驾驶过程中的生理学特征。然后,通过自组织临界系统的理论和方法,利用基于生理学特征的雪崩动力学模型,发现疲劳演化的自组织临界性。尤其研究适应于动态脑网络分析的雪崩动力学机制、临界状态雪崩行为的不确定性和复杂性分析,发展鲁棒的雪崩动力学临界点标定方法。更进一步,在模型的演化过程中,改变倒塌规则,探索功能连接的不可逆性对雪崩行为(临界点处)的修正,使标定的疲劳状态与真实的疲劳状态对应。最终实现一套能准确检测不同疲劳水平的方法。通过与驾驶行数据连用,指导其对不同疲劳特征类别作标签完成分类训练,以验证疲劳临界检测算法的有效性和正确性。

结项摘要

疲劳是一种主观的不适应感,容易导致完成原来所从事正常活动或工作能力的降低。对于长时间连续驾驶的人而言,疲劳程度不断积累,生理和心理机能都会产生某种程度的失调,容易引起交通事故。脑电(EEG)记录的是头皮上电极处脑区的电活动,这些电活动反映电极周围区域底层大量神经元电活动的总和。本项目利用EEG对脑部活动解析的毫秒级时间分辨率优势进行驾驶疲劳标定。在驾驶过程中建立了动态的功能脑网络,计算了基于网络特征的疲劳度量指标,发现疲劳过程中脑网络的小世界特性变差,疲劳度量指标呈阶段性变化。在疲劳度量指标上进行脑网络雪崩动力学推演,发现驾驶疲劳过程中存在自组织临界特性,通过雪崩行为的统计完成了疲劳临界点的标定,发现在疲劳的临界点附近,驾驶行为数据有异常的波动。证明了方法有助于驾驶疲劳的准确检测,防止疲劳导致的异常行为而引发的交通事故。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Decoding Analysis of Alpha Oscillation Networks on Maintaining Driver Alertness.
阿尔法振荡网络对保持驾驶员警觉性的解码分析
  • DOI:
    10.3390/e22070787
  • 发表时间:
    2020-07-18
  • 期刊:
    Entropy (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang C;Ma J;Zhao J;Liu P;Cong F;Liu T;Li Y;Sun L;Chang R
  • 通讯作者:
    Chang R
Automated detection and localization system of myocardial infarction in single-beat ECG using Dual-Q TQWT and wavelet packet tensor decomposition
使用 Dual-Q TQWT 和小波包张量分解的单搏心电图心肌梗塞自动检测和定位系统
  • DOI:
    10.1016/j.cmpb.2019.105120
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Computer Methods and Programs in Biomedicine
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Liu Jia;Zhang Chi;Zhu Yongjie;Ristaniemi Tapani;Parviainen Tiina;Cong Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong Fengyu
Multi-domain Features of the Non-phase-locked Component of Interest Extracted from ERP Data by Tensor Decomposition
张量分解从 ERP 数据中提取非锁相感兴趣分量的多域特征
  • DOI:
    10.1007/s10548-019-00750-8
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Brain Topography
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhang Guanghui;Zhang Chi;Cao Shuo;Xia Xue;Tan Xin;Si Lichengxi;Wang Chenxin;Wang Xiaochun;Zhou Chenglin;Ristaniemi Tapani;Cong Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong Fengyu
Dissociable Effects of Reward on P300 and EEG Spectra Under Conditions of High vs. Low Vigilance During a Selective Visual Attention Task
选择性视觉注意任务期间高与低警惕性条件下奖励对 P300 和脑电图谱的可分离影响
  • DOI:
    10.3389/fnhum.2020.00207
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in Human Neuroscience
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Liu Jia;Zhang Chi;Zhu Yongjie;Liu Yunmeng;Sun Hongjin;Ristaniemi Tapani;Cong Fengyu;Parviainen Tiina
  • 通讯作者:
    Parviainen Tiina
Spatiotemporal Dynamical Analysis of Brain Activity During Mental Fatigue Process
精神疲劳过程中大脑活动的时空动态分析
  • DOI:
    10.1109/tcds.2020.2976610
  • 发表时间:
    2021-09-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON COGNITIVE AND DEVELOPMENTAL SYSTEMS
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhang, Chi;Sun, Lina;Ristaniemi, Tapani
  • 通讯作者:
    Ristaniemi, Tapani

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其他文献

瓦斯压力对砂岩力学特性影响的试验研究
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2016.0257
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵宏刚;张东明;李文璞;边光;刘超;张驰
  • 通讯作者:
    张驰
铜基粉末冶金摩擦材料成分设计概述
  • DOI:
    10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20170056
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    粉末冶金工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建秀;张驰;樊江磊;李育文;宋阳;贾德晋
  • 通讯作者:
    贾德晋
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  • DOI:
    10.7507/1001-5515.202102010
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范威;张驰;王庆东;张东祥;郭立新
  • 通讯作者:
    郭立新
型钢UHTCC短柱抗震性能研究
  • DOI:
    10.6052/j.issn.1000-4750.2021.10.0827
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张秀芳;张驰;刘瑞强
  • 通讯作者:
    刘瑞强
折流反应器中鸟粪石类共沉淀法对脱氨尿液的处理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国给水排水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张驰;李继云;谢淘;汪诚文
  • 通讯作者:
    汪诚文

其他文献

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张驰的其他基金

基于原位观察和多尺度建模的超薄取向硅钢织构演化机制和调控研究
  • 批准号:
    52274375
  • 批准年份:
    2022
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  • 项目类别:
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基于原位观察和多尺度建模的超薄取向硅钢织构演化机制和调控研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
BCC结构铁素体不锈钢形变及再结晶过程的织构演变机制和宏-介观建模
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  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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