کمّی¬سازی سطح استرس با استفاده از سیگنال¬های سایکوفیزیولوژی

جزئیات و دریافت

چکیده

در تحقیقات سایکوفیزیولوژی، به پاسخ­های فیزیولوژی بدن با توجه به فاکتورهایی مانند کیفیت طراحی آزمایش، خصوصیات روانی اندازه­گیری­ها و تناسب تحلیل و تفسیر داده­ها، یک معنای روانشناختی اختصاص می­دهیم . در تحلیل واکنش­ها هیچیک از دو علم فیزیولوژی و روانشناختی برتر نیستند، بلکه مکمل یکدیگر می­باشند. شناخت حالات روحی مختلف از جمله حالت استرس که اثرات مخرب شناخته­شده­ای بر جسم و روان انسان دارند، از کاربردهای مهم این علم می­باشند. در این تحقیق با ارائه آزمایشی مناسب وایجاد سه سطح استرس (کم، متوسط و زیاد) در سوژه و ثبت سیگنال­های پلتیسموگراف، تغییرات نرخ ضربان قلب و هدایت الکتریکی پوست به دنبال بدست آوردن معیاری جهت کمّی کردن سطح استرس فرد بوده­ایم. به این منظور پیش­پردازش­ها و پردازش­های مختلف خطی در حوزه زمان، فرکانس و زمان- فرکانس و غیرخطی از جمله معیار پوآنکاره، لیاپانوف اکسپوننت، بعد فرکتال و آنتروپی و استخراج ویژگی­های گوناگون از سیگنال­های ثبت­شده صورت گرفته است. سپس با به کارگیری روش­های مختلف طبقه­بندی از جمله ترکیب شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک، ماشین­های بردار پشتیبان و روش تابع ترکیب خطی اقدام به تفکیک سطوح مختلف شده است. در این تحقیق ابتدا ویژگی­های بهینه هر سیگنال تعیین و تفکیک به این سه روش انجام شد. سپس با ترکیب ویژگی­های بهینه همه سیگنال­ها مجدداً تفکیک صورت گرفت. نهایتاً به این نتیجه رسیده شد که با استفاده از سیگنال HRV به تنهایی می­توان به نتایج بالاتری در صحت تفکیک دست یافت. در ادامه مقایسه­­­­ای بین ویژگی­های خطی و غیرخطی سیگنال HRV صورت گرفت و به این نتیجه رسیده شد که ترکیب این دو نوع ویژگی نتایج را بهبود می­­دهد. پس از آن مقایسه­ای بین روش­های مختلف طبقه­بندی با استفاده از ویژگی­های بهینه سیگنال HRV انجام شد که در نهایت روش LOO به عنوان روش مناسب­تر انتخاب شد. در انتها دو شاخص بر اساس سیگنال HRV معرفی و اعتبارسنجی شد.

فصل اول: علم سايکوفيزيولوژي و مفاهیم و مبانی استرس

1- 1- تاريخچه علم سايکوفيزيولوژي

سايکوفيزيولوژي هنوز يک شاخه علمي جوان است. بررسي­هاي تاريخي در يک قرن گذشته نشان مي­دهد تحقيقاتي که در آن با تغيير فاکتورهاي رواني به اندازه­گيري يک يا چند واکنش فيزيولوژيکي مي­پرداخته­اند از سال 1878 تا 1954 توسط افراد مختلفي صورت مي­گرفته و پس از آن نيز تحت عنوان سايکوفيزيولوژي انجام پذيرفته است. اولين نشريه علمي كه به سايكوفيزيولوژي اختصاص يافت در سال 1955 انتشار يافت. مجمع محققان سايكوفيزيولوژيكي نيز 5 سال بعد از آن تأسيس شد و اولين مجله علمي سايکوفيزيولوژي نيز حدود  25 سال قبل چاپ شده است. (Ax، 1964)

اگرچه سايکوفيزيولوژي با قوانين رسمي آن بيش از 50 سال سابقه ندارد اما توجه و علاقه به درک تعاملات روحي رواني و رخدادهاي فيزيولوژيکي را مي­توان در فيلسوفان و دانشمندان مصر و يونان قديم يافت. فيلسوف يوناني، هراکليتوس (600 قبل از ميلاد) از ذهن به عنوان فضايي که مرزهاي آن هيچگاه شناخته نمي­شود ياد مي­کند. افلاطون (400 قبل از ميلاد) معتقد بود که استعدادهاي فکري در سر، احساسات در نخاع و به صورت غيرمستقيم در قلب و غرايز در زير ديافراگم قرار دارند که کبد را تحت تأثير قرار مي­دهند. همچنين وي معتقد بود که روح و جسم به طور اساسي با يکديگر متفاوت هستند و در نتيجه مشاهده پاسخ­هاي فيزيولوژيکي هيچگونه
زمينه­اي براي استنتاجات حالات روحي ايجاد نمي­کند. در قرن دوم پس از ميلاد جالينوس (200-130م) فعاليت­هاي سايکوفيزيولوژيکي را به صورت قواعدي فرمول­بندي نمود که تا قرن هيجدهم، اين قوانين حاکم بود. بر اساس تشريح حيوانات و مشاهدات وي از بدن انسان، جالينوس فرض کرد که اخلاط انسان مي­تواند نمايشگر احساسات، حرکات و افکار و آسيب­هاي جسمي و روحي بر اساس اختلالات موجود در آنها باشد. نقش ارگان­هاي بدن توليد و پردازش اين اخلاط مي­باشد و اعصاب را به عنوان ابزاري براي تفکر و عمل مي­شناخت. عقايد جالينوس چنان در تفکر غربي نفوذ کرده بود که تقريباً براي 1500 سال بدون رقيب بود.

در قرن شانزدهم فرنل (1558- 1497) اولين کتاب فيزيولوژي را چاپ نمود. هرچند که          دسته­بندي­هاي فرنل در مشاهدات تجربي شديداً تحت تأثير تئوري جالينوس بود، در آن برخي حرکات خودکار را ذکر نموده است که امروزه آنها را رفلکس مي­دانيم. اين نقطه سرآغازي براي انحراف از ديدگاه متداول و جداسازي نحوه کنترل حرکات بدن بود. فراگيري آناتومي انساني در اين بازه زماني آغازي بر کشف خطاهاي جالينوس در توصيفاتش بود و راه را براي تحقيق بر روي تئوري فيزيولوژي و نحوه شناسايي بيماري­ها باز نمود. در اين قرن  دو حادثه ديگر رخداد که اثر عميقي در نوع استنتاجات سايکوفيزيولوژي داشت.

در 1600، ويليام گيلبرد تفاوت بين الکتريسيته و مغناطيس را دريافت و در کتاب خود «Magnete» استدلال مي­کند که مشاهدات تجربي و آزمايشات بايد جاي حدسيات احتمالي و فرضيه­هاي دانشمندان فيزيولوژي را بگيرد. به علاوه گاليله (1642-1564) به اين بحث پرداخت که حکيمان خداشناس و فيلسوفان هيچ حقي براي کنترل تحقيقات و فرضيه­هاي علمي ندارند و فقط مشاهدات و آزمايشات و نتايج حاصل از آنهاست که مي­تواند حقايق فيزيکي را بيان کند. گاليله همچنين از محدوديت­هاي داده­هاي حسي مطلع بود و با توجه به اينکه احتمال خطا و تفسير غلط وجود داشت، اعتقاد داشت که رياضيات به تنهايي نمي­تواند يک نوع از قطعيت و اطمينان را ايجاد کند. فرانسيس بيکن (1626-1561) در قدم بعدي يک روش علمي را انتخاب نمود و آن اضافه کردن استقرا در مشاهدات و افزودن تحقيق در استنتاج است.

  فرمول­بندي بيکن و کارهاي بعدي وي بر روي منطق استنتاج علمي موجب ايجاد يک ترتيب آشنا در استنتاجات علمي شد:

1- تدوين فرضيه­هاي مختلف

2- تدوين يک آزمايش با خروجي­هاي احتمالي مختلف

3- اجراي آزمايش و بدست آوردن نتايج آشکار

4- اجراي مراحل براي تصحيح احتمالات باقي مانده

اين طرح در علوم فيزيکي به سرعت پذيرفته شد ولي فلاسفه و حکيمان وجود انسان را از رخدادهاي طبيعي جهان جدا مي­دانستند و به آرامي به فراگيري فيزيولوژي و رفتار انساني پرداختند.

رساله دکتراي ويليام هاروي (1657-1578) اولين گام مهم براي استفاده از اين جزئيات در استنتاجات عملکرد فيزيولوژيکي بود. در اين رساله مباني نظريه جالينوس در مورد حرکت خون در شريان­ها و وريدها که آنها را مستقل از هم مي­داند زير سؤال رفته است و هاروي نشان مي­دهد که نقش قلب در پمپاژ خون، باعث گردش پيوسته آن به صورت يکطرفه در اين سيستم است. از آن زمان به بعد نقش تحقيق و بررسي مباني فيزيولوژيکي و آناتوميکي شدت گرفت و ارگان­هاي انسان از لحاظ عملکرد و تشابه آن به سيستم­هاي الکتريکي، مکانيکي، هيدروليکي از جهات مختلف ارزيابي شد. در اين ميان نحوة فعاليت­هاي اصلي روحي و رواني نيز يکي از موضوعات مورد علاقه براي بررسي بود.

گرچه تحولات عظيم علمي پس از رنسانس به وقوع پيوست اما شواهدي از بررسي­هاي سايکوفيزيولوژيکي قبل از آن نيز وجود دارد. در نوشته­هاي اراسيستراتوس، جالينوس و ابن سينا نيز تجربيات سايکوفيزيولوژيکي قابل توجهي ملاحظه مي­شود. اراسيستراتوس، پزشک زمان اسکندر، اولين شخصي بود که سايکوفيزيولوژي را به طور کلينيکي تجربه نمود. وي از طريق مشاهده علائم مشخصي مانند «لکنت زبان، تعريق ناگهاني و ضربان نامنظم قلب» در شخص، پي به ارتباط عاشقانة وي برد. از جالينوس نيز گزارشي از وضعيت مشابه وجود دارد که در آن شخص هنگام شنيدن نام معشوقه خود دچار ضربان نامنظم قلب مي­شد. همين روش (مشاهده تغييرات ضربان قلب) نيز در قرن دهم توسط ابوعلي سينا براي تعيين ارتباط شخص با فرد مورد علاقه­اش بکار گرفته شد. (Cacioppo، 2000)

همانطور که گفته شد سايکوفيزيولوژي به عنوان يک علم جداگانه داراي تاريخچه بسيار کوتاهي است. ظهور رسمي اين علم در دهه 1950 و زماني بود که گروهي که اکثراً از روانشناسان بودند تحت رهبري Davis جلسات غير رسمي تشکيل دادند. در سال 1960 اين گروه جمعيت محققين سايکوفيزيولوژيکي را تشکيل دادند و Darrow به عنوان اولين رئيس آن انتخاب شد. ارتباطات تحقيقاتي اين گروه از سال 1955 با انتشار خبرنامه­اي توسط Albert Ax در مورد تحقيقات و ابزارهاي سايکوفيزيولوژي آغاز شده بود. در سال 1964 اين خبرنامه به مجله سايکوفيزيولوژي با سردبيري Ax به نشريه رسمي جمعيت تبديل شد. دو موضوع در اولين شماره آن قابل توجه است: «سايکوفيزيولوژي، ديروز، امروز و فردا» نوشته Darrow و «اهداف و روش­هاي سايکوفيزيولوژي» نوشته Ax. در 5 عنوان از 8 مقاله موجود در آن توجه ويژه­اي به واکنش الکتريکي پوست به عنوان ابزار اندازه­گيري و تحقيق شده است و هيچيک از مقالات به فعاليت مغز نمي­پردازد. در مقابل، در شماره اخير اين نشريه در مجموع 13 مقاله ارائه شده، 9 مقاله به بررسي فعاليت مغزي مي­پردازد در حاليکه هيچ مقاله­اي در مورد فعاليت الکتريکي پوست در آن ديده
نمي­شود. اين تغيير در اندازه­گيري­هاي سايکوفيزيولوژيکي به علت علاقه به شناسايي فعاليت­هاي درکي و همچنين پيشرفت چشمگير در ابزارهاي ثبت فعاليت مغزي و وجود نرم افزارهاي مختلف براي تحليل آنها مي­باشد.