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绿色LED光环境对大脑集中力影响的研究(2)

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图1是随机测量的一组脑电波数据生成的波形与ICA滤波后的波形对比图，其中实线为ICA滤波后波形，点画线为含有噪声的波形。其中，横坐标轴代表时间，以毫秒为单位；纵坐标轴代表幅度均值（Ampitude），以微伏为单位。

图1 ICA去噪后波形与原波形对比

1.3 辨别力指标d'

信号检测理论（Signal Detection Theory，SDT）运用的是一种心理物理法，用于判断在不确定的情况下如何做出判决的理论。辨别力的概念起源于SDT，其反映了两种决定相互分离的程度，即敏感性。

图2 二元信号检测判决划分与判决概率

当假设 H1为信号加噪声，H0为噪声时，P(H1|H1)称为击中概率，P(H1|H0)称为虚警概率，此时给出d'的计算方法：

其中，Z击中、Z虚警的值都要根据实验数据计算和查POZ转化表得到。

2 实验方案

2.1 实验条件及对象

实验分别在两个房间里进行：其中一个房间的墙壁、天花板、地板、桌面均贴有绿色壁纸，以营造一种绿光下的环境；另一个为正常粉刷装修后的的房间，墙体、天花板和桌子为全白色。两个房间均选为无窗、恒温、恒湿，排除自然光等外界条件的影响。实验过程中禁止使用所有可能的干扰电磁辐射源。灯具选用四支同种型号、照度、色温的白光LED灯管，每个房间两支，单只功率为16W，Ra≥80。从《现代汉语频率词典》中随机选1440个使用频率为0.00023～0.00046的词组制成卡片，均为中性词，前后无语义联系；前480个平均分成6组用于学习，1440个平均分成6组用于再认。实验对象为10名18～21岁本科大学生，分成两组，第一组4人用于EEG信号采集，另一组6人，用于“学习—再认”模式的验证实验；10名学生均为男生（考虑到女性生理周期会对生理节律有影响），身体健康，均矫治视力在5.0以上。由于要进行大脑波形的测定，所以实验对象均选为右利手。学生自习时的学习内容统一为高等数学课本。

2.2 实验过程

对于第一组，先让4名受试者随机两两一组，分别进入到各自的实验房间，5分钟适应时间，然后开始进行45分钟的自习。自习期间，分别在自习到25分钟和45分钟时测量记录受试者EEG数据40秒（测试期间受试者不中止自习）。最后，由测得的数据进行EEG信号的滤波处理，得到滤波后的有用信号波形，分析在各时间段的受试者脑波信号变化情况，探究对比得到在绿色LED光环境下学习对学生大脑集中力的影响。对于第二组，6名受试者随机平均分成两组，每组三人，编号分别为1号、2号、3号；进入各自实验房间，在自习前、后进行验证实验，测试d'，验证有第一组学生实验总结的结论。

2.3 实验测试指标与说明

实验采用OpenBCI V3 8bit开源Arduino EEG模块-8通道进行EEG数据的采集，可以持续记录实验过程中被试者EEG变化情况。由于前脑是学习记忆和精神思维最集中的部分，中部用于运动和感觉，后部主要跟视觉有关，所以前脑是与实验研究最相关的区域。因此，EEG电极安装采用标准的电极安放法，安装于大脑前额FP1（左前额区）、FP2（右前额区）、C3（左侧中央区）、C4（右侧中央区）而这4个区域几乎覆盖了人的整个前脑，因此，由这4个区域测得的数据的均值变化更能综合反映出大脑集中力的变化，由此可利用前脑波幅度均值的变化来评价学生学习时大脑集中力的变化：

实验共测出了4名学生的EEG数据，每种照明环境下2名，由于数据量过大，因此将同环境2人在对应相同时间点测得的数据先取平均值处理，再进行EEG数据的噪声滤除。滤波是采用ICA方法，利用Matlab中的Eeglab工具箱中的命令编程实现的。综合考虑各种因素后，教育部规定学生的一节课为45分钟，因此，为了更加准确的检测到学生自习时45分钟内效率和注意力最集中的时间段，选取25分钟的中间时间段进行第一次数据采集；在45分钟时学生学习在时间积累的过程中已达到相对疲劳状态，再进行第二次数据采集。

文章来源：《绿色科技》网址: http://www.lskjzzs.cn/qikandaodu/2020/0916/550.html