一种认知控制状态的评估系统、方法及介质

本技术涉及脑机接口，特别是涉及一种认知控制状态的评估系统、方法及介质。

背景技术：

1、认知控制(cognitive control，cc)是指个体在执行任务过程中，面对干扰或冲突时，通过促进与选择任务相关信息的加工，抑制不相关信息的加工，从而完成当前任务的能力。例如在嘈杂的研讨会上，通过认知控制避免噪音干扰而与他人交流。认知控制能够帮助个体在复杂多变的情景下，灵活调动认知资源以完成特定目标，是人脑完成认知活动所必需的高级认知功能，与日常生活息息相关。良好的认知控制能力能够有效协调个体行为，显著提升个体的生活质量。当个体的认知控制功能减弱时，会导致个体在任务执行过程中出现错误或反应迟钝，从而导致破坏性事故的产生。

2、认知控制任务不仅涉及多个复杂的认知过程，这些过程以相互嵌套的层级形式展现，而且个体差异性较大。相关技术中，探明不同个体在认知控制中的响应模式，缺乏有效的技术手段。因此，如何提供一种认知控制状态的评估方法，实现对个体认知控制功能的精准检测和评估，提升评估认知控制状态的精准性，具有重要现实意义。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种认知控制状态的评估系统、方法及介质，可以提高评估认知控制状态的精准性。

2、第一方面，本技术实施例提供一种认知控制状态的评估系统，包括：

3、任务交互模块，用于从刺激数据库中选择层次认知控制范式，基于所述层次认知控制范式呈现刺激方案给目标被试；所述层次认知控制范式包括多个刺激子任务；所述刺激子任务包括单层认知刺激子任务和双层认知刺激子任务；所述单层认知刺激子任务用于基于一个关注区域检测被试的记忆认知；所述双层认知刺激子任务用于基于两个关注区域检测被试的逻辑认知；

4、数据采集模块，用于采集目标被试在接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号；

5、数据预处理模块，用于对所述脑电信号进行第一预处理操作，得到刺激别有效脑电信号，以及对所述眼动信号进行第二预处理操作，得到刺激别有效眼动信号；

6、同步对齐模块，用于基于各个所述刺激子任务的关注区域，将所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐；

7、特征提取模块，用于从分区域对齐后的所述刺激别有效脑电信号提取多维度脑电特征，从分区域对齐后的所述刺激别有效眼动信号提取多维度眼动特征，以及从所述判断结果信号提取行为学特征，以用于评估所述目标被试的认知控制状态。

8、本技术实施例提供的认知控制状态的评估系统，包括：任务交互模块，用于从刺激数据库中选择层次认知控制范式，基于所述层次认知控制范式呈现刺激方案给目标被试；所述层次认知控制范式包括多个刺激子任务；所述刺激子任务包括单层认知刺激子任务和双层认知刺激子任务；所述单层认知刺激子任务用于基于一个关注区域检测被试的记忆认知；所述双层认知刺激子任务用于基于两个关注区域检测被试的逻辑认知；数据采集模块，用于采集目标被试在接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号；数据预处理模块，用于对所述脑电信号进行第一预处理操作，得到刺激别有效脑电信号，以及对所述眼动信号进行第二预处理操作，得到刺激别有效眼动信号；同步对齐模块，用于基于各个所述刺激子任务的关注区域，将所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐；特征提取模块，用于从分区域对齐后的所述刺激别有效脑电信号提取多维度脑电特征，从分区域对齐后的所述刺激别有效眼动信号提取多维度眼动特征，以及从所述判断结果信号提取行为学特征，以用于评估所述目标被试的认知控制状态。该系统，能够通过从刺激数据库中选择层次认知控制范式，基于所述层次认知控制范式呈现刺激方案给目标被试；所述层次认知控制范式包括多个刺激子任务；所述刺激子任务包括单层认知刺激子任务和双层认知刺激子任务；所述单层认知刺激子任务用于基于一个关注区域检测被试的记忆认知；所述双层认知刺激子任务用于基于两个关注区域检测被试的逻辑认知；进而得到刺激别有效脑电信号以及刺激别有效眼动信号；再基于各个所述刺激子任务的关注区域，将所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐；从分区域对齐后的所述刺激别有效脑电信号提取多维度脑电特征，从分区域对齐后的所述刺激别有效眼动信号提取多维度眼动特征，以及从所述判断结果信号提取行为学特征，以用于评估所述目标被试的认知控制状态，实现检测被试的多层的认知控制状态，能够更全面地对被试的认知控制状态进行检测和评估，可以提高评估认知控制状态的精准性。

9、在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：

10、综合评估模块，用于基于所述多维度脑电特征、所述多维度眼动特征和所述行为学特征，得到对所述目标被试的认知控制状态的评估结果；所述评估结果表征被试的认知控制状态是否异常。

11、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，还包括：综合评估模块，用于基于所述多维度脑电特征、所述多维度眼动特征和所述行为学特征，得到对所述目标被试的认知控制状态的评估结果；所述评估结果表征被试的认知控制状态是否异常。该系统，基于所述多维度脑电特征、所述多维度眼动特征和所述行为学特征，得到对所述目标被试的认知控制状态的评估结果，提供一种多特征融合的认知控制状态的评估机制，以确定被试的认知控制状态是否异常，进一步提高评估认知控制状态的精准性。

12、在一种可能的实现方式中，所述刺激子任务的刺激种类包括情绪性刺激和非情绪性刺激；同一类的所述刺激子任务，刺激种类的组成相同。

13、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，所述刺激子任务的刺激种类包括情绪性刺激和非情绪性刺激；同一所述刺激子任务的刺激种类相同。该系统，所述刺激子任务的刺激种类包括情绪性刺激和非情绪性刺激；同一类的所述刺激子任务，刺激种类的组成相同。该系统，通过刺激子任务的刺激种类包括情绪性刺激和非情绪性刺激，实现融合情绪性刺激及非情绪性刺激，提升系统的生态效度，能够进一步提高评估认知控制状态的精准性。

14、在一种可能的实现方式中，所述单层认知刺激子任务包括情绪性单层认知刺激子任务和非情绪性单层认知刺激子任务中的部分或全部；所述双层认知刺激子任务包括非情绪性双层认知刺激子任务、高层情绪双层认知刺激子任务、低层情绪双层认知刺激子任务中的部分或全部；

15、所述情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一情绪性刺激图区选择对应的反应项；

16、所述非情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一非情绪性刺激图区选择对应的反应项；

17、所述非情绪性双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二非情绪性刺激图区选择与呈现的第三非情绪性刺激图区对应的反应项；

18、所述高层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二情绪性刺激图区选择与呈现的第四非情绪性刺激图区对应的反应项；

19、所述低层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第五非情绪性刺激图区选择与呈现的第三情绪性刺激图区对应的反应项；其中，对于与一部分的所述第五非情绪性刺激图区同时呈现的所述第三情绪性刺激图区，被试进行非情绪性认知，以选择反应项。

20、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，所述单层认知刺激子任务包括情绪性单层认知刺激子任务和非情绪性单层认知刺激子任务中的部分或全部；所述双层认知刺激子任务包括非情绪性双层认知刺激子任务、高层情绪双层认知刺激子任务、低层情绪双层认知刺激子任务中的部分或全部；所述情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一情绪性刺激图区选择对应的反应项；所述非情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一非情绪性刺激图区选择对应的反应项；所述非情绪性双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二非情绪性刺激图区选择与呈现的第三非情绪性刺激图区对应的反应项；所述高层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二情绪性刺激图区选择与呈现的第四非情绪性刺激图区对应的反应项；所述低层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第五非情绪性刺激图区选择与呈现的第三情绪性刺激图区对应的反应项；其中，对于与一部分的所述第五非情绪性刺激图区同时呈现的所述第三情绪性刺激图区，被试进行非情绪性认知，以选择反应项。该系统，单层认知刺激子任务包括情绪性单层认知刺激子任务和非情绪性单层认知刺激子任务中的部分或全部；所述双层认知刺激子任务包括非情绪性双层认知刺激子任务、高层情绪双层认知刺激子任务、低层情绪双层认知刺激子任务中的部分或全部，可以实现融合情绪性认知因素及非情绪性认知因素，能够进一步提高评估认知控制状态的精准性。

21、在一种可能的实现方式中，所述任务交互模块，还用于：在呈现所述刺激方案给所述目标被试时，向所述数据采集模块发送同步事件标签；

22、所述数据采集模块，具体用于基于所述同步事件标签，采集所述目标被试接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号。

23、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，所述任务交互模块，还用于：在呈现所述刺激方案给所述目标被试时，向所述数据采集模块发送同步事件标签；所述数据采集模块，具体用于基于所述同步事件标签，采集所述目标被试接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号。该系统通过在呈现所述刺激方案给所述目标被试时，向所述数据采集模块发送同步事件标签，基于所述同步事件标签，采集所述目标被试接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号，能够精准确保数据的同步性，能够进一步提高评估认知控制状态的精准性。

24、在一种可能的实现方式中，所述第一预处理操作，包括电极定位、变参考、带通滤波、陷波滤波、降采样、伪迹去除中的部分或全部；所述变参考为将左耳乳突参考变为双耳乳突平均参考；所述第一预处理操作，还包括根据所述同步事件标签进行脑电信号分段截取；

25、所述第二预处理操作，包括注视点合并、删除无效眼动采样点中的部分或全部；所述注视点合并为基于预设的合并规则将空间及时间上邻近的注视点进行合并；所述删除无效眼动采样点为去除持续时间小于预设注视时长的注视点；所述第二预处理操作还包括根据所述同步事件标签进行眼动信号分段截取。

26、该系统，第一预处理操作，还包括根据所述同步事件标签进行脑电信号分段截取；所述第二预处理操作还包括根据所述同步事件标签进行眼动信号分段截取；通过根据所述同步事件标签，分别进行脑电信号分段截取以及眼动信号分段截取，能够精准确保数据的同步性，可以进一步提高认知控制状态的评估的精准性。

27、在一种可能的实现方式中，所述同步对齐模块，具体用于：

28、根据各个所述刺激子任务的关注区域，确定所述刺激别眼动信号对应的区域注视时间范围；所述区域注视时间范围为所述目标被试的注视点落入不同的关注区域内的时间段；

29、基于所述区域注视时间范围，确定与各个所述区域注视时间范围分别对应的所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号，以进行分区域对齐。

30、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，同步对齐模块，具体用于：根据各个所述刺激子任务的关注区域，确定所述刺激别眼动信号对应的区域注视时间范围；所述区域注视时间范围为所述目标被试的注视点落入不同的关注区域内的时间段；基于所述区域注视时间范围，确定与各个所述区域注视时间范围分别对应的所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号，以进行分区域对齐。该系统提供一种基于各个所述刺激子任务的关注区域的对信号进行分区域对齐的机制，能够提升数据的同步性，可以进一步提高认知控制状态的评估的精准性。

31、在一种可能的实现方式中，所述多维度脑电特征包括脑电功率谱密度psd、锁相值plv和相位幅值耦合pac中的部分或全部；所述多维度眼动特征包括比例注视时间、比例注视次数和瞳孔大小中的部分或全部；所述行为学特征包括正确率、反应时间中的部分或全部；所述反应时间表征被试对刺激作出认知反应的用时时长。

32、该实施例提供的认知控制状态的评估系统，所述多维度脑电特征包括脑电功率谱密度psd、锁相值plv和相位幅值耦合pac中的部分或全部；所述多维度眼动特征包括比例注视时间、比例注视次数和瞳孔大小中的部分或全部；所述行为学特征包括正确率、反应时间中的部分或全部；所述反应时间表征被试对刺激作出认知反应的用时时长。该系统提供多样化的特征提取选择，实现检测被试的多层的认知控制状态，能够更全面地对被试的认知控制状态进行检测和评估，可以提高评估认知控制状态的精准性。

33、第二方面，本技术实施例提供了一种认知控制状态的评估方法，所述方法包括：

34、从刺激数据库中选择层次认知控制范式，基于所述层次认知控制范式呈现刺激方案给目标被试；所述层次认知控制范式包括多个刺激子任务；所述刺激子任务包括单层认知刺激子任务和双层认知刺激子任务；所述单层认知刺激子任务用于基于一个关注区域检测被试的记忆认知；所述双层认知刺激子任务用于基于两个关注区域检测被试的逻辑认知；

35、采集目标被试在接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号；

36、对所述脑电信号进行第一预处理操作，得到刺激别有效脑电信号，以及对所述眼动信号进行第二预处理操作，得到刺激别有效眼动信号；

37、基于各个所述刺激子任务的关注区域，将所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐；

38、从分区域对齐后的所述脑电信号提取多维度脑电特征，从分区域对齐后的所述眼动信号提取多维度眼动特征，以及从所述判断结果信号提取行为学特征，以用于评估所述目标被试的认知控制状态。

39、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

40、基于所述多维度脑电特征、所述多维度眼动特征和所述行为学特征，得到对所述目标被试的认知控制状态的评估结果；所述评估结果表征被试的认知控制状态是否异常。

41、在一种可能的实现方式中，所述刺激子任务的刺激种类包括情绪性刺激和非情绪性刺激；同一类的所述刺激子任务，刺激种类的组成相同。

42、在一种可能的实现方式中，所述单层认知刺激子任务包括情绪性单层认知刺激子任务和非情绪性单层认知刺激子任务中的部分或全部；所述双层认知刺激子任务包括非情绪性双层认知刺激子任务、高层情绪双层认知刺激子任务、低层情绪双层认知刺激子任务中的部分或全部；

43、所述情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一情绪性刺激图区选择对应的反应项；

44、所述非情绪性单层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第一非情绪性刺激图区选择对应的反应项；

45、所述非情绪性双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二非情绪性刺激图区选择与呈现的第三非情绪性刺激图区对应的反应项；

46、所述高层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第二情绪性刺激图区选择与呈现的第四非情绪性刺激图区对应的反应项；

47、所述低层情绪双层认知刺激子任务表征被试基于呈现的第五非情绪性刺激图区选择与呈现的第三情绪性刺激图区对应的反应项；其中，对于与一部分的所述第五非情绪性刺激图区同时呈现的所述第三情绪性刺激图区，被试进行非情绪性认知，以选择反应项。

48、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：在呈现所述刺激方案给所述目标被试时，向所述数据采集模块发送同步事件标签；

49、所述采集目标被试在接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号，包括：

50、基于所述同步事件标签，采集所述目标被试接收所述刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号。

51、在一种可能的实现方式中，所述第一预处理操作，包括电极定位、变参考、带通滤波、陷波滤波、降采样、伪迹去除中的部分或全部；所述变参考为将左耳乳突参考变为双耳乳突平均参考；所述第一预处理操作，还包括根据所述同步事件标签进行脑电信号分段截取；

52、所述第二预处理操作，包括注视点合并、删除无效眼动采样点中的部分或全部；所述注视点合并为基于预设的合并规则将空间及时间上邻近的注视点进行合并；所述删除无效眼动采样点为去除持续时间小于预设注视时长的注视点；所述第二预处理操作还包括根据所述同步事件标签进行眼动信号分段截取。

53、在一种可能的实现方式中，所述基于各个所述刺激子任务的关注区域，将所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐，包括：

54、根据各个所述刺激子任务的关注区域，确定所述刺激别眼动信号对应的区域注视时间范围；所述区域注视时间范围为所述目标被试的注视点落入不同的关注区域内的时间段；

55、基于所述区域注视时间范围，确定与各个所述区域注视时间范围分别对应的所述刺激别有效脑电信号和所述刺激别有效眼动信号，以进行分区域对齐。

56、在一种可能的实现方式中，所述多维度脑电特征包括脑电功率谱密度psd、锁相值plv和相位幅值耦合pac中的部分或全部；所述多维度眼动特征包括比例注视时间、比例注视次数和瞳孔大小中的部分或全部；所述行为学特征包括正确率、反应时间中的部分或全部；所述反应时间表征被试对刺激作出认知反应的用时时长。

57、上述实施例提供的方法，包括：从刺激数据库中选择层次认知控制范式，基于层次认知控制范式呈现刺激方案给目标被试；采集目标被试接收刺激方案时的脑电信号、眼动信号和判断结果信号；对脑电信号进行第一预处理操作，得到刺激别有效脑电信号，以及对眼动信号进行第二预处理操作，得到刺激别有效眼动信号；基于各个刺激子任务的关注区域，将刺激别有效脑电信号和刺激别有效眼动信号进行时间尺度上的分区域对齐；从分区域对齐后的脑电信号提取多维度脑电特征，从分区域对齐后的眼动信号提取多维度眼动特征，以及从判断结果信号提取行为学特征，以用于评估目标被试的认知控制状态。该方法，实现检测被试的多层的认知控制状态，能够更全面地对被试的认知控制状态进行检测和评估，可以提高评估认知控制状态的精准性。

58、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第二方面任一项所述的方法。

59、第二方面至第三方面中任意一种实现方式所带来的技术效果可参见第一方面的实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。