
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •Вступительное слово
- •Балау Эльвира Игоревна
- •Анацкая Алла Георгиевна
- •КУЛЬТУРА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМИ СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
- •Бутов Олег Сергеевич
- •Мызникова Татьяна Александровна
- •ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
- •Гугняк Роман Борисович
- •Мызникова Татьяна Александровна
- •ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УГРОЗ WEB-ПРИЛОЖЕНИЯМ
- •Жуков Даниил Эдуардович
- •Толкачева Елена Викторовна
- •ВЫПОЛНЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА РФ В ОБЛАСТИ КАТЕГОРИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
- •Кальницкая Анна Владимировна
- •Семёнова Зинаида Васильевна
- •АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПО ПРОБЛЕМЕ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
- •Кирилов Андрей Дмитриевич
- •Толкачева Елена Викторовна
- •СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СРЕДСТВ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ НА МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
- •Ковшарь Игорь Романович
- •Семенова Зинаида Васильевна
- •РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПОВ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБМЕНА ВАЖНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ ЧЕРЕЗ ДЕМИЛИТАРИЗОВАННУЮ ЗОНУ В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
- •Лапшин Семён Сергеевич
- •Сапрыкина Надежда Александровна
- •МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА – ОТРАЖЕНИЕ НОВЫХ ОНТОЛОГИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ВНЕДРЕНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
- •Курочка Раиса Александровна
- •Толкачева Елена Викторовна
- •ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В ГОСУДАРСТВЕННЫХ УЧРЕЖДЕНИЯХ
- •Ложников Павел Сергеевич
- •Сулавко Алексей Евгеньевич
- •Лукин Денис Вадимович
- •Белгородцев Артем Андреевич
- •СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ КЛЮЧЕВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИМОДАЛЬНОЙ БИОМЕТРИИ
- •Мазуров Александр Александрович
- •Семенова Зинаида Васильевна
- •ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИЛОЖЕНИЯ «СУШИ МАРКЕТ» СРЕДСТВАМИ ПЛАТФОРМЫ .NET FRAMEWORK И MS SQL SERVER
- •Михальцов Владислав Евгеньевич
- •Михайлов Евгений Михайлович
- •АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ И АУТЕНТИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ В АС НА БАЗЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА ELMA
- •Нигрей Алексей Андреевич
- •Хайдин Борис Игоревич
- •Сулавко Алексей Евгеньевич
- •Пономарев Дмитрий Борисович
- •ОБ ОЦЕНКЕ РЕСУРСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА
- •Погарский Павел Юрьевич
- •Анацкая Алла Георгиевна
- •КАТЕГОРИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ МЕДИЦИНСКОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
- •Родина Екатерина Витальевна
- •Епифанцева Маргарита Ярополковна
- •СИНТЕЗ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА ПО КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ: СОЗДАНИЕ БАЗЫ ПРОЦЕССОВ
- •Рой Дмитрий Александрович
- •Анацкая Алла Георгиевна
- •КОМПЛЕКСНАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ СТРАХОВОЙ КОМПАНИИ
- •Севостьянов Никита Андреевич
- •Любич Станислав Александрович
- •АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФРЕЙМВОРКА FLASK ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ РАЗЛИЧНЫХ АСПЕКТОВ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ
- •Стадников Денис Геннадьевич
- •Чобан Адиль Гаврилович
- •Шалина Екатерина Викторовна
- •РАСПОЗНАВАНИЕ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ОБРАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМОВ ИСКУССТВЕННЫХ ИММУННЫХ СИСТЕМ
- •Ткаченко Михаил Вадимович
- •Любич Станислав Александрович
- •ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДАННЫХ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ «ЭЛЕКТРОННАЯ ОЧЕРЕДЬ ПРИЕМНОЙ КОМПАНИИ СИБАДИ»
- •Шмаков Антон Константинович
- •Комаров Владимир Александрович
- •ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОМЕНТОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ФОРМЫ ОПРЕДЕЛЯЕМОГО СИГНАЛА
ОБ ОЦЕНКЕ РЕСУРСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА2
Нигрей Алексей Андреевич
аспирант Омского государственного университета путей сообщения, г. Омск
E-mail: proforg22p@gmail.com
Хайдин Борис Игоревич
Сибстудент Омского государственногоАДтехнического университетаИ, г. Омск
E-mail: Nox8g@mail.ru
Сулавко Алексей Евгеньевич
канд. техн. наук, доцент Омского государственного технического университета, г. Омск
E-mail: sulavich@mail.ru
Пономарев Дмитрий Борисович
канд. техн. наук, старший преподаватель Омского государственного технического университета, г. Омск
E-mail: dimi3i@mail.ru
ННОТ ЦИЯ
Цель данного сследования – выявить биометрические параметры (признаки), опираясь на которые можно распознать (с некоторой долей ошибок) функциональное состояние мозга. В рамках существующего исследования проведен эксперимент, в котором анализировались электроэнцефалограммы (ЭЭГ) учащихся старших классов в процессе выполнения интеллектуальных задач. Для проведения эксперимента изготовлен одноканальный электроэнцефалограф (нейрогарнитура). Предложен признак для определения функционального состояния мозга субъекта. ктуальность работы связана с задачами, поставленными в рамках национальной технологической инициативы (НТИ) для формирования конкурентоспособных решений в сфере человекомашинных коммуникаций защиты информации.
Ключевые слова: электроэнцефалограмма, нейрогарнитура, медитация, концентрация, интерфейс мозг-компьютер, анализ ритмов ЭЭГ, функциональное состояние мозга.
Введение
Электроэнцефалограф — медицинский электроизмерительный прибор, используемый в клинической практике для электроэнцефалографии, с помощью которого измеряют и регистрируют разность потенциалов между точками на поверхности головы субъекта. Запись показаний называют электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Нейрогарнитуры являются упрощенной
2 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительством Омской области (грант 18-41-550002), экспериментальная часть исследования проведена на базе НОУ «Политехническая академия ОмГТУ»
76
версией электроэнцефалографа и отличаются главным образом элементной базой и малым количеством каналов для снятия показаний. Эти устройства используются в основном для проведения исследований электрической активности мозга человека в процессе решения различного рода задач. Также на базе нейрогарнитур создаются интерфейсы «мозг-компьютер» для человекомашинных коммуникаций.
Используемые для анализа электрические колебания, регистрируемые в электроэнцефалограмме (ЭЭГ), отличаются по частоте, продолжительности, амплитуде и форме. Сигнал ЭЭГ обычно описывается понятием ритмической
СибАДИпсихологических и энергетических ресурсов, развивающееся в ответ на повышение сложности или субъективной значимости деятельности.
активности, |
которую пр |
нято классифицировать по частотам [1], разделяя на |
|||||||
альфа (8-13 Гц), бета (14-40 Гц), гамма (30-100 Гц), тета (4-8 Гц) и дельта (1-4 |
|||||||||
Гц) ритмы (волны, д апазоны). |
|
|
|
|
|
||||
Экспер ментальное |
|
исследование |
зависимости |
биоэлектрической |
|||||
активности |
мозга |
его |
функционального состояния ведет начало от работ |
||||||
Ханса Бергера – создателя электроэнцефалографического метода исследования |
|||||||||
мозга, первооткрывателя альфа-ритма. Функциональное состояние мозга |
|||||||||
человека отражает спец ф ку сложившихся в определенный момент времени |
|||||||||
механизмов регуляц |
его деятельности и определяет эффективность решения |
||||||||
трудовых ( нтеллектуальных) задач. Данное определение используется в |
|||||||||
структурнонтеграт вном подходе в психологии [2]. В данном исследование |
|||||||||
рассматриваются 2 функциональных состояния мозга [2]: |
|
|
|||||||
1. |
Монотония – состояние сниженного сознательного контроля за |
||||||||
исполнением деятельности, возникающее в ситуациях однообразной работы с |
|||||||||
частым повторением стереотипных действий. |
|
|
|
|
|||||
2. |
Напряженность |
– |
состояние |
повышенной |
мобилизации |
На оценках этих состояний, сделанных за длительный период наблюдения ЭЭГ, может быть построен метод распознавания ресурсного состояния.
Одноканальный электроэнцефалограф (нейрогарнитура).
Для исследований разработан одноканальный электроэнцефалограф в виде гарнитуры с беспроводной передачей данных. Основой устройства является чип TGAM от компании NeuroSky, представляющий собой нейроинтерфейс с одним сухим электродом (рисунок 1а). Чип TGAM имеет 3 порта. Порт 1 используется для подключения электродов имеет 5 контактов. Контакт EEG-1 подключен непосредственно к сухому электроду, который регистрирует сигнал ЭЭГ. Диапазон измерения напряжения составляет ± 10 мВ с частотой 512 Гц. В данном исследовании электрод расположен на лбу (положение FP1 см. рисунок 1б). GND-3 – контакт общего провода, REF-5 – контакт для референтного (опорного) электрода, который расположен на мочке уха. Контакты 2 и 4 необходимы для подключения оболочки проводов EEG и REF для снижения электромагнитных помех при измерении.
Порт 2 представляет собой последовательный интерфейс для приема и передачи данных (UART). К порту 2 был подключен модуль Bluetooth для
77

обмена информацией по специализированному протоколу с ПК. Порт 3 используется для электропитания.
По функциональной схеме создан прототип нейроинтерфейса (рисунок 1в). пециализированная микросхема TGAM помимо измерения напряжения в контрольной точке Fp1 производит спектральный анализ сигнала. Также TGAM способна определять дополнительные характеристики сигнала ЭЭГ, называемые уровнями концентрации и медитации. Уровень медитации
СибАДИреальном времени 1 раз в секунду (с частотой 1Гц).
определяется, исходя из отношения альфа, бета и гамма ритмов. Уровень медитации возрастает, когда повышаются показатели альфа и гамма ритмов при снижении показателей бета-ритма (характерных для сосредоточенного мышления). Высок й уровень медитации свидетельствует о возможном переходе в состоян е монотонии [3]. Увеличение концентрации характерно для человека, осуществляющего решение задачи, требующей активного использован я кратковременной памяти. При снижении уровня концентрации во время решен я сложных задач человек становится рассеянным, и эффективность его деятельности падает. Уровень концентрации возрастает при
повышен |
показателей |
ета-ритма. Высокий уровень концентрации говорит о |
|||
функциональном состоян |
напряженности |
[4]. |
Вычисления уровней |
||
концентрац |
, мед тац |
, |
а также дельта и |
тета |
ритмов выполняются в |
Рисунок 1. Структурная схема подключения модуля TGAM NeuroSky (а), положение активной точки Fp1 (б) и прототип нейрогарнитуры (в)
78

Определение ФС мозга по ЭЭГ.
Проведен эксперимент, состоящий из трех этапов:
1.Испытуемые читали 2 текста – научного и художественного стилей.
2.Испытуемые решали логические задачи.
3.Испытуемые проходили тест Струпа. Данный тест применяется для ввода испытуемых в функциональное состояние напряженности.
Общее количество испытуемых составило 20 человек. В ходе
СибАДИ |
|
эксперимента с испытуемых снимались показания ЭЭГ при помощи |
|
нейрогарнитуры, далее вычислялись показатели концентрации и медитации. |
|
Выявлено, что при прочтении текста научного стиля, решении логических |
|
задач и прохожден |
теста Струпа уровень концентрации в среднем превышает |
уровень мед тац (р сунок 2), что указывает на состояние напряженности |
|
испытуемого. В тоже время, при прочтении текста художественного стиля |
|
уровень мед тац |
в среднем заметно превышает уровень концентрации, что |
говорит о нал ч |
состоян я монотонии (рисунок 2). |
Рисунок 2. Уровни концентрации и медитации испытуемого при прочтении текста научного (слева) и художественного (справа) стилей
Рисунок 3. Уровни концентрации медитации испытуемого при решении логической задачи (слева) прохождении теста Струпа (справа)
В качестве признаков для определения функционального состояния мозга предлагается использовать отношение уровня медитации к уровню концентрации. Данный признак принимает значения больше единицы, если субъект прибывает в состоянии монотонии. При значении признака менее единицы субъект находится в функциональном состоянии напряжённости. Из рисунка 4 видно, что при переходе значения признака через единицы происходит изменения функционального состояния испытуемого.
79

СибАДИРисунок 4. Эмп р ческие функции плотности вероятности значений
признака для спытуемого в состоянии монотонии и напряженности
Вероятность оши ки определения двух состояний субъекта по одному признаку равна площади пересечения эмпирических функций плотности вероятности (рисунок 4). Средняя вероятность ошибок для всех испытуемых составила менее 0,1 (<10%).
Заключение
В рамках данного исследования был создан прототип нейрогарнитуры, с помощью которой собраны данные активности мозга учащихся в процессе выполнения тестовых задач на компьютере. Полученные в ходе эксперимента данные помогли приблизиться к решению задачи распознавания функционального состояния мозга. Предложен новый признак для определения функционального состояния – отношение уровня медитации к уровню концентрации.
Предложенный подход в определении функционального состояния мозга субъекта даёт ряд преимуществ. Прежде всего, одноканальная нейрогарнитура на базе сухого электрода является простым мобильным устройством, которое возможно использовать в реальных практических задачах. В частности, она может быть интегрирована в системы дистанционного обучения как компонент, позволяющий получать данные о влиянии образовательного контента на студентов (школьников). Накопление статистических данных об изменении функционального состояния мозга субъектов в процессе дистанционного обучения позволит лучше оценить качество материала, оценить и спрогнозировать успеваемость учащихся.
80
Список литературы:
1. Звёздочкина Н.В. Исследование электрической активности головного мозга / Н.В.Звёздочкина. – Казань: Казан. ун-т, 2014.
2. Леонова А.Б., Кузнецова А.С. Функциональные состояния и работоспособность человека в профессиональной деятельности / Психология труда, инженерная психология эргономика / Под ред Е.А. Климова и др., М:
Юрайт, 2015. - глава 13.
СибАДИ3. An K. O., Kim J. B., Song W. K., Lee I. H. Development of an emergency call system using a brain computer interface (BCI). In Biomedical Robotics and
Biomechatronics (BioRob) / 3rd IEEE RAS and EMBS International Conference, 2010. - 918-923с.
4. Anderson, J. R. Cognitive psychology and its implications / New York: Worth Publishers. 1990.
81