XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System困倦
迈向基于脑电图的脑机接口深度学习模型解读的最佳实践
这在许多 BCI 领域都是传统方法，例如识别注意力心理状态（Fahimi 等人，2019 年）、运动相关皮质电位识别（Lawhern 等人，2018 年）、检测驾驶员困倦（Cui 等人，2021a 年）等。尽管取得了成功，但深度学习的主要缺点是其行为背后缺乏透明度，这可能会引起最终用户对采用 BCI 的潜在担忧。近年来，人们做出了很多努力来解释深度学习模型的决策，并将其应用于图像和文本分类任务。这通常是通过生成热图来完成的，该热图指示输入的每个像素对训练模型的最终分类的贡献程度。对于基于脑电图的脑机接口，该技术可以揭示脑电图中局部存在的不同成分（例如来自不同皮质源产生的信号、传感器噪声、肌电图 (EMG)、眼球运动和眨眼活动）将如何影响分类 (Cui et al., 2021a,b, 2022)。因此，可以知道模型是否已经学习了具有神经学意义的特征，或者决策是否在很大程度上受到数据中的类判别伪影的影响，从而可以促进改进模型以获得更好的性能和可靠性的过程。深度学习的可解释性在基于脑电图的脑机接口领域受到广泛关注 (Sturm et al., 2016; Zhou et al., 2016; Bang et al., 2021; Cui et al., 2021a,b, 2022)。尽管应用广泛，但人们既不清楚所获得的解释结果在多大程度上可以信任，以及它们如何准确地反映模型决策，现有文献也没有清楚地解释为什么选择某种解释技术而不是其他技术。这些观察引起了人们对基于对模型决策的错误解释而得出的有偏见的结论的担忧。为了填补这一研究空白，我们进行了一项研究，以评估基于 EEG 的 BCI 的不同深度解释技术，并探索利用这些技术的最佳实践。总而言之，本文在以下方面做出了贡献：
情感化设计：概述 - 密歇根大学图书馆
情绪的概念与情感密切相关，情感是一个包罗万象的术语，包括情绪、感觉、心情和评价（Simon、Clark 和 Fiske，1982 年）。最重要的概念可能是情绪。然而，在心理学中，关于情绪的理论认为它是一个“非常混乱和令人困惑的研究领域”（Ortony、Clore 和 Collins，1988 年），因此对定义没有共识。各种因素都与情绪有关，包括主观因素、环境因素以及神经和激素过程。在本章中，我们利用了 Kleinginna 和 Kleinginna（1981 年）提供的情绪总结，其中包含了心理学定义的关键要素，如下所示：（1）情绪引起情感体验，例如快乐或不快。(2) 情绪刺激我们产生认知解释——例如将原因归咎于我们自己或环境。(3) 情绪会触发自主神经系统的各种内部调整，例如心率加快和皮肤电导反应降低。(4) 情绪引发的行为通常（但并非总是）具有表现力（笑或哭）、目标导向（接近或回避）和适应性（消除潜在威胁）。感觉可用于通过体验或感知来描述身体触觉，是情绪的主观表现，可以被有意识地感受到（Davidson、Sherer 和 Goldsmith，2009 年）。因此，它们经常在文献中用作情绪的自我报告测量方法（例如，Zhou、Qu、Helander 和 Jiao，2011）。情绪与持续时间较长的情感状态相关（Picard，1997）。它们可以持续数小时、数天甚至更长时间，而无需归因对象。情绪通常是短暂的，但当情绪、思想或行为反复激活时，就会产生情绪（Russell，2003）。例如，消极情绪可能是由反复的消极情绪、思想、行为产生的，也可能是由药物或药物引起的（Picard，1997）。主观评价通常被定义为一种有价情感反应，可以用积极或消极的意见、观点或反应来评估一个对象或一种情况（Simon 等，1982）。Russell（2003）使用核心情感来描述所有情绪化的事件，包括情绪、心情和评价。它有两个重要维度，即价（愉悦-不愉悦）和唤醒（困倦-激活）。与离散情绪模型（例如保罗·埃克曼（1992）提出的基本情绪）相比，他认为有六种基本情绪（即愤怒、厌恶、恐惧、快乐、悲伤、惊讶），并且可以通过不同文化的面部表情来识别，罗素（1989）提出
情感化设计：概述 - 密歇根大学图书馆
情绪的概念与情感密切相关，情感是一个包罗万象的术语，包括情绪、感觉、心情和评价（Simon、Clark 和 Fiske，1982 年）。最重要的概念可能是情绪。然而，在心理学中，关于情绪的理论认为它是一个“非常混乱和令人困惑的研究领域”（Ortony、Clore 和 Collins，1988 年），因此对定义没有达成共识。各种因素与情绪有关，包括主观因素、环境因素以及神经和激素过程。在本章中，我们利用了 Kleinginna 和 Kleinginna（1981 年）提供的情绪总结，其中融合了心理学定义的关键要素，如下所示：（1）情绪引起情感体验，例如愉悦或不愉悦。（2）情绪刺激我们产生认知解释——例如将原因归咎于我们自己或环境。 (3) 情绪会触发自主神经系统的各种内部调整，例如心率加快和皮肤电导反应降低。 (4) 情绪引发的行为通常（但并非总是）具有表现力（笑或哭）、目标导向（接近或回避）和适应性（消除潜在威胁）。 感觉可用于描述通过体验或感知的身体触觉，是情绪的主观表征，可以被有意识地感受到（Davidson、Sherer 和 Goldsmith，2009 年）。 因此，它们经常在文献中用作情绪的自我报告测量（例如，Zhou、Qu、Helander 和 Jiao，2011 年）。 情绪与持续时间较长的情感状态相关（Picard，1997 年）。 它们可以持续数小时、数天甚至更长时间，而无需归因于对象。情绪往往是短暂的，但当一种情绪、思想或行为被反复激活时，就会产生一种心境（Russell，2003）。例如，消极心境可能由反复的消极情绪、思想、行为产生，也可能由药物或药物诱发（Picard，1997）。主观评价通常被定义为一种有价情感反应，可以用积极或消极的意见、观点或反应来评估一个物体或一种情况（Simon 等，1982）。Russell（2003）用核心情感来描述所有情绪化的事件，包括情绪、心境和评价。它有两个重要维度，即价（快乐-不快乐）和唤醒（困倦-激活）。与离散情绪模型（例如保罗·埃克曼（1992）提出的基本情绪模型）相比，埃克曼认为有六种基本情绪（即愤怒、厌恶、恐惧、快乐、悲伤、惊讶），并且可以通过不同文化的面部表情来识别，罗素（1989）则认为，
关于使用消费级脑电图设备进行研究的范围审查
脑电图 (EEG) 是对大脑中神经元放电产生的电活动的连续测量。这涉及在头皮的多个位置放置金属电极，以毫秒级的时间分辨率记录电压波动。然后可以处理这些记录以产生电活动的频谱分析或生成事件相关电位 (ERP)，该电位表示对任务或刺激的平均反应。如今，EEG 因其非侵入性和易用性而成为学术界和医疗专业人士最流行的神经科学工具之一 [1]。最近，几家公司开发了消费级 EEG 设备。这些设备小巧、无线且设置精简，对新手研究人员或希望在传统实验室环境之外收集数据的人特别有吸引力 [2]。更重要的是，消费级设备比研究级设备便宜，为资金有限的人提供了一种经济实惠的神经生理数据收集方式。由于其可访问性，消费级 EEG 已在不同领域用于各种用途。软件工程师和计算机科学家使用消费级脑电图收集高分辨率时间序列数据。然后处理这些数据以创建或优化机器学习和信号处理算法[3-5]。反过来，这些算法可以与设备结合使用，开发脑机接口（BCI）系统。工程和机器人领域的专家可以训练机器实时响应神经数据中的模式[6]。同步后，人类用户可以配置BCI来控制多种电子设备，包括轮椅[7]、无人机[8]、智能家居[9-11]和网络浏览器[12]。临床医生报告称，他们使用该技术进行神经反馈疗法[13]、促进学习[14]、评估患者睡眠质量[15、16]，并确定情感状态[17-20]。科学家越来越多地使用消费级设备来收集神经数据，以解决各种理论和实践研究问题 [2, 21, 22]。消费级 EEG 研究的激增启发了一些非系统性综述（见表 1）。例如，一些综述比较了单个消费级 EEG 设备与非 EEG 生物传感器在癫痫检测 [23]、BCI 系统 [24] 和压力识别 [25] 领域的性能。其他综述则在单个领域比较了多个消费级 EEG 设备 [2, 21, 26 – 28]。例如，Dadebayev 等人 [29] 的综述重点是情绪识别；Asl 等人 [30] 专注于困倦检测，Khurana 等人 [31] 专注于神经营销。其中最全面的评论之一考虑了大约 100 项“精心挑选”[22]的研究，这些研究使用了四种消费级设备——NeuroSky MindWave、Emotiv EPOC+、interaXon Muse、和 OpenBCI 神经耳机——在认知、BCI、教育研究和游戏开发领域。虽然这些非系统性评论提供了对某些 EEG 设备领域特定功能的见解，但目前关于这个主题的文献充其量是零散的。事实上，令人惊讶的是，到目前为止，还没有对目前可用和常用的消费级 EEG 设备的研究相关用途进行系统范围审查。因此，本文的目的是绘制大量使用消费级 EEG 来收集
基本心理学事实
2014 年，研究人员研究了人格特质与 Facebook 上的自我表现之间的关系，并发表了研究结果。2021 年的一项研究发现，人格特质通过对日常压力源的情感反应可以预测长期身体健康。研究探讨了出生顺序是否会影响非认知能力，结果表明它确实会以某种方式影响。2015 年发表的一项研究发现，内向的人在涉及社会关系质量和情绪调节能力的特定条件下会获得幸福感。2016 年，研究人员对 14 岁至 77 岁的性格稳定性进行了研究。疾病控制与预防中心提供了有关儿童发育的信息。研究探索了从儿童到成年时期人类大脑微观结构的成熟过程，结果发表于 2008 年。2019 年发表的一篇论文研究了类别学习中的适应性灵活性，发现幼儿的选择性注意成本小于成年人。2020 年发表的论文研究了从幼儿期到青年期双语对大脑发育的影响。2017 年发表的一项研究探索了如何通过做出更好的选择来改善群体决策。2018 年发表的一项研究研究了旁观者效应，发现同理心在某些条件下会变成冷漠。2017 年发表的一项研究探索了社会分类的起源。2019 年发表的一篇论文研究了行为者-观察者在判断不忠行为方面的差异，发现换位思考可以通过实验操作减少这种偏见。一项关于视觉非语言记忆痕迹的研究发现，它在主动维持时很脆弱，但被动维持数十秒，结果于 2020 年发表。2014 年出版的一本书章节探讨了音乐回声记忆训练作为改善工作记忆和其他认知功能的一种方法。在健康男性中研究了压力对工作记忆、外显记忆和内隐记忆的影响，研究结果于 2008 年发表。2002 年发表的一篇论文中，一项研究根据他们对该领域的贡献和对他人的影响等因素对 20 世纪最杰出的 100 位心理学家进行了排名。另一项研究探讨了梦境回忆频率和主题多样性随年龄的变化，结果尚未发表。给出文章文本这里尽管多年来心理学取得了巨大的发现，但人类大脑及其功能仍然受到各种误解的影响。一些突出人类思维复杂性的关键发现包括：影响负面情绪的基因、善于撒谎的人善于发现欺骗以及音乐对感知有深远的影响。拥有积极的关系可以增强幸福感，而记住过去的事件往往依赖于检索而不是回忆。70% 的时间里，大脑会将记忆重塑为完美时刻，但面对问题时，大脑往往会回忆起负面行为。即使睡过头，人们仍然渴望睡眠，而那些对连环杀手着迷的人往往是熟练的谈话者。有趣的是，没有盲人患上精神分裂症，这凸显了感官体验对心理健康的重要性。投资体验而不是物质财富会带来更大的价值，而唱歌已被证明可以减轻焦虑和抑郁。厌食症等心理障碍的死亡率很高，严重的抑郁症会加速生物衰老。坠入爱河可以迅速发生，但这是大脑的化学反应，而不是基于心灵的情感。较高的智商可能会阻碍女性建立浪漫关系的能力，而睡前想到的最后一个人往往决定了一个人的情绪状态。由于口头交流的限制，相当一部分人通过短信更好地表达自己，这会导致消极情绪增加并对免疫系统产生负面影响。擅长讽刺和玩世不恭的人往往拥有健康的心智和高级的社交技能。尽管没有疲劳或困倦，但有些人认为其他人会表现出悲伤等情绪来表示关心。这可能是自闭症儿童由于还不懂同理心而经常不沮丧的原因。如果某人的第一滴眼泪来自右眼，则表示他们很开心；否则，他们很伤心，并且像做梦一样看到回忆。能够舔到自己的手肘表明你对新事物持开放态度。穿得好可以帮助你保持稳定和快乐，但由于所谓的“消极偏见”，我们的大脑会记住坏事而不是好事。这就是为什么即使得到别人的称赞后，你仍然会想起同事的刻薄评论。为了平衡这一点，建议每经历一次负面体验，就经历 5 次积极体验。一项研究表明，吃饭会让你在准备吃饭时对它失去兴趣，因此你的满意度会下降。我们的大脑也会陷入“确认偏见”，这意味着我们会寻找事实来支持我们已经相信的东西，比如无论你多么努力，改变你爷爷的政治观点是多么困难。有时，你甚至可以通过思考一下来说服自己你过去做错了什么。在做决定时，你使用的语言很重要，问自己与目标相关的问题可能比说你已经实现了目标更能激励自己。人们也倾向于打破剥夺他们自由的规则，比如当一个孩子在课堂上不被允许使用手机，然后开始嚼口香糖。你的大多数梦都包含实际上很重要的秘密信息。如果你在开始某件事之前制定了 B 计划，这可能会让你第一次就失去成功的动力。喜欢恐怖电影的人会自然而然地从肾上腺素、多巴胺和内啡肽中获得快感，即使他们知道自己并没有真正的危险。宾夕法尼亚州的一项研究表明，了解一个饥饿小女孩的人捐款的金额是那些听到数百万人挨饿的统计数据的人的两倍多。心理学家认为，这是因为人们往往会被大规模的问题压垮，怀疑自己是否有能力做出重大改变。相反，当面对一个具体的、切实的情况时，人们更有可能采取行动。研究人员还发现，不确定性比知道负面结果更令人紧张。这是因为大脑的后果预测机制在面对未知的期望时会变得更加活跃。此外，“互惠规则”表明，人们更倾向于帮助过去帮助过他们的人。这种对社会和谐的天生渴望可能是为了维持顺畅的社会互动而进化的。研究表明，测试是一种有效的学习工具，因为与单纯学习而不需要回忆相比，测试信息可以在人的记忆中停留更长时间。人类大脑对稀缺性也很敏感，总是感觉自己缺乏必要的资源。例如，农民往往在经济富裕时制定更好的计划，而不是在经济匮乏时。此外，“空想性错视”现象描述了我们的大脑倾向于识别不存在的面孔，而不是错过真实的面孔。这被认为源于人脸识别在社交生活中的重要性。在解决现有问题后发现新问题在心理上是正常的。研究表明，当人们无法再识别出具有威胁性的面孔时，他们往往会求助于没有威胁性的面孔。“认知失调”解释了为什么人们经常贬低所爱之人的错误行为，尽管这种行为很严重。当现实与我们的信念相矛盾时，就会发生这种现象。皮格马利翁效应表明，当别人相信我们时，我们的表现会更好，相反，当预期会失败时，我们可能会挣扎。满足期望可以减轻压力，改善整体幸福感，甚至促进身体健康。有趣的是，尽管缺乏证据或逻辑推理，对特定大脑区域进行电刺激可以引发确定感。这归因于对即将发生的悲剧事件的恐惧。音乐偏好通常与我们生活中的情感事件有关，使其更加令人难忘。此外，人们倾向于高估自己的能力，这种误解具有与身体伤害类似的化学效应，说明了我们的大脑如何处理拒绝。极度孤独会对一个人的身心健康产生毁灭性的影响。研究表明，长期与世隔绝会导致血液凝固蛋白水平升高，而凝血蛋白水平升高又会增加中风和心脏病发作的风险。事实上，没有朋友的危害不亚于吸烟。研究还表明，身居高位的人往往难以与他人产生共鸣，导致面部表情呆板。一项实验付钱给志愿者，让他们说服某人一项无聊的任务很有趣，结果发现，撒谎的人仍然觉得这项活动很无趣，而真正相信这项任务很有趣的人只得到 1 美元的报酬。有趣的是，研究表明，拖延症通常是由心理因素驱动的，我们的大脑会优先考虑紧急任务，而不管它们的重要性如何。这可以归因于大脑倾向于以这种方式自我反应。此外，科学家还观察到，人们往往天生倾向于精神病、自恋和虐待狂的倾向。20 世纪 50 年代的普通精神病患者表现出的焦虑程度与今天的高中生相似，而压力水平往往在 20 多岁末和 30 岁初达到顶峰。精神疾病十分普遍，大约五分之一的欧洲人患有抑郁症或躁郁症等疾病。事实上，研究发现，患有躁郁症的人往往表现出较高的创造力。此外，人们可能会经历一种称为心碎综合症的现象，这种现象会因情绪困扰而导致暂时性心肌功能障碍。这也会导致不可预测性增加和同理心减少。尽管知道没有必要，但无法停止浏览社交媒体是许多人的共同特征。这与一种称为幻影振动综合症的疾病有关，影响了大约 68% 的人口。其他心理障碍，如情爱妄想症和巴黎综合症，也会导致人们相信自己很有名或对周围环境有不切实际的看法。例如，在日本，大约有一百万人将自己锁在卧室里多年，产生了严重的社会和健康问题，称为“蛰居族”。幻想和妄想在理解人类行为和心理方面的力量。有自恋倾向的人经常使用治疗来应对自己的情绪，尽管他们缺乏同理心。研究表明，这种共存可以缓解社会排斥的症状，甚至抑制与爱情和浪漫相关的情绪反应。水的存在可以对个人产生镇静作用，使他们更快乐、更平静、更有创造力。普洛诺伊效应的概念表明，人们会因为感知到的个人联系或目的而赋予物品很高的价值。这种现象的根源在于我们的大脑处理信息和存储记忆的方式。有趣的是，心理学家威廉·斯坦利·米利根（又名比利）的妄想让我们了解到思想是如何被灌输到我们的头脑中并融入到我们的记忆中的。他的案例研究虽然不寻常，但却凸显了人类行为和心理过程的复杂性。这本《心理学入门 101》的入门指南旨在向读者介绍心理学及其各个分支领域的基础知识。通过探索关键概念、研究方法和心理障碍，个人可以更深入地了解自己和他人。心理学是一个多方面的领域，旨在解释人类行为、心理过程和情感体验。### 心理学是一个跨学科领域，研究人类行为和认知，借鉴生物学、哲学、社会学和人类学。它试图了解信仰、情感、语言习得和记忆如何发挥作用。扎实掌握心理学基础知识对于理解人类行为的复杂性至关重要。心理学领域多种多样，涵盖认知心理学、发展心理学、社会心理学和异常心理学等各个领域。理解这些基本原理对于创建一个分析人类行为的综合框架至关重要。心理学的关键因素包括感知、学习、记忆、认知和动机，这些因素可以通过研究心理学概念来探索。通过深入研究心理学的基础，个人可以深入了解心理学家如何处理人类行为、研究方法和理论方法。心理学的历史可以追溯到古代，亚里士多德和苏格拉底等哲学家对情感、推理和记忆做出了早期贡献。心理学发展的关键里程碑包括威廉·冯特于 1879 年引入科学方法，这标志着现代心理学时代的开始。这一时期出现了结构主义和功能主义方法，扩展了冯特的思想。精神分析理论侧重于潜意识和塑造个性和行为的童年经历，而 BF 斯金纳的行为主义则拒绝心理过程并强调可观察的行为。亚伯拉罕·马斯洛和卡尔·罗杰斯引入了强调个人成长和自我实现的人本主义方法。 20 世纪 60 年代的认知革命研究了心理过程，并导致了认知行为疗法的出现，该疗法现已被广泛应用。神经科学的进步提高了我们对人类行为的生物学和神经学成分的理解。如今，心理学涵盖了各种主题和观点。理解感知、学习、记忆、认知、动机及其相互关系等关键概念对于初学者至关重要。感知涉及解释感官信息；学习通过经验和实践进行；记忆存储、保留、并检索信息。认知是指涉及思考和决策的心理过程。动机驱动行为及其方向。研究方法包括实验设计、调查、访谈、观察和案例研究。实验设计通过操纵一个变量同时测量对另一个变量的影响来测试因果关系。调查使用问卷收集有关态度和信念的信息；访谈提供对个人经历的深入了解。观察涉及行为或事件的系统记录，案例研究则研究具体事例或案例。心理学涵盖各种有助于理解人类行为和认知的思想流派。观察提供了对现实生活行为的洞察，而案例研究提供了有关具体案例的详细信息。元分析可用于量化跨多个研究的变量之间关系的强度。心理学领域多种多样，主要流派包括行为主义、精神分析和认知心理学。行为主义关注可观察的行为，而精神分析则强调潜意识和早期儿童经历。认知心理学研究心理过程，包括信息获取和利用。人本主义心理学强调个性和个人成长，强调以整体方式理解人性。了解这些思想流派对于学习心理学入门课程的初学者来说至关重要，它们可以对人类行为和心理过程有细致而完整的理解。焦虑、抑郁、躁郁症和精神分裂症等心理障碍会严重影响一个人的思想、情绪和行为。治疗通常涉及药物和疗法的结合，如认知行为疗法 (CBT)。躁郁症与精神分裂症：了解治疗方案和社会心理学应用心理学是一个充满活力的领域，在理解人类行为和心理过程中发挥着至关重要的作用。通过探索定义、历史、关键概念、研究方法、主要思想流派和实际应用，初学者可以在这个迷人的领域打下坚实的基础。心理学不断发展，为人类行为和认知提供见解，从而推动生活各个领域的进步。为了深入了解，我们鼓励您参加心理学入门课程或自行进一步阅读。掌握基础知识对于解开人类行为的复杂性至关重要，这是一个令人兴奋的旅程。了解人们的想法和行为在当今的工作场所至关重要，因此引入心理学对于提高工作动力和生产力具有重要意义。心理学 101 提供了坚实的基础，涵盖了关键概念、研究方法、主要思想流派和实际应用。它强调了心理学在理解人类行为和心理过程方面的重要性，为进一步的探索和个人成长铺平了道路。