3.4.1 Sàng lọc đối tượng
Để thu được mẫu đo đạt yêu cầu, chúng tơi cần đối tượng đo phải khỏe mạnh về thể chất và tinh thần. Để đạt được điều đĩ chúng tơi tiến hành khảo sát tình trạng của đối tượng như sau:
- Về thể chất: khảo sát và ghi nhận tình trạng sức khỏe thơng qua các câu hỏi: • Bạn cĩ đang mắc các chứng bệnh nào khơng?
• Bạn cĩ đang dùng các loại thuốc, thực phẩm chức năng nào khơng?
Nếu đối tượng đang mắc bệnh hoặc đang dùng thuốc thì se khơng được tiến hành thí nghiệm do chúng tơi khơng thể kiểm sốt được sự ảnh hưởng của các tác nhân trên đối với kết quả thu được từ đối tượng đĩ.
- Về tinh thần: khảo sát tình trạng sức khỏe tinh thần của đối tượng thơng qua bài khảo sát căng thẳng DASS-42 (Depression Anxiety Stress Scales, 42 câu trắc nghiệm) “Thang đánh giá Trầm cảm – Lo âu – Căng thẳng”.
Bài khảo sát DASS-42 là kết quả nghiên cứu của nhĩm nghiên cứu thuộc trường đại học New South Wales, Australia [25]. Bài khảo sát này được chấp nhận rộng rãi trên tồn thế giới bởi các viện tâm thần, các cơ sở nghiên cứu về tâm lý, các nhĩm nghiên cứu về nhận thức và hành vi trong đĩ cĩ viện sức khỏe tâm thần quốc gia Việt Nam (bài dịch tiếng việt của bài khảo sát DASS-42 trong nghiên cứu này được chúng tơi tham khảo từ trang web của viện tâm thần quốc gia Việt Nam [26]. Chi tiết bảng khảo sát mời xem thêm phần phụ lục II). Nĩ bao gồm các câu hỏi tự đánh giá để đo lường 3 trạng thái cảm xúc tiêu cực cĩ liên quan với nhau là trầm
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
24 GVHD: ThS. LÊ QUỐC KHẢI
cảm, lo âu và căng thẳng. Bài đánh giá này được xây dựng để phù hợp với cả nghiên cứu liên quan đến cảm xúc thơng thường và cả những nghiên cứu lâm sàng chuyên sâu.
Nội dung của bài khảo sát DASS-42 bao gồm 42 câu hỏi chia làm 3 bộ 14 câu hỏi cho cho mơi trạng thái (trầm cảm, lo âu và căng thẳng). Mơi câu hỏi se được đối tượng đánh giá mức độ đúng với trải nghiệm của họ trong trong vịng một tuần qua theo thang điểm từ 0 đến 3 tương ứng như sau:
- 0 điểm: Khơng đúng với tơi chút nào cả.
- 1 điểm: Đúng với tơi một phần, hoặc thỉnh thoảng mới đúng. - 2 điểm: Đúng với tơi phần nhiều, hoặc phần lớn thời gian là đúng. - 3 điểm: Hồn tồn đúng với tơi, hoặc hầu hết thời gian là đúng.
Sau khi đối tượng hồn thành bài khảo sát, chúng tơi se tiến hành cộng điểm của tất cả các câu trả lời và đối chiếu vào bảng kết quả sau:
Bảng 3.1 Thang điểm đánh giá mức độ căng thẳng, lo âu và trầm cảm của bài khảo sát DASS42 [27]. Mức độ Căng thẳng Lo âu Trầm cảm Bình thường 0-14 0-7 0-9 Nhẹ 15-18 8-9 10-13 Vừa 19-25 10-14 14-20 Nặng 26-33 15-19 21-27 Rất nặng ≥34 ≥20 ≥28
Tiêu chí để đối tượng đạt yêu cầu là điểm số của đối tượng thuộc mức độ nhẹ hoặc bình thường ở cả 3 trạng thái. Chi tiết về bảng khảo sát này cĩ thể tham khảo thêm ở phụ lục 2.
3.4.2 Chuẩn bị trước và sau thí nghiệm
Sau khi lựa chọn được đối tượng đo phù hợp, chúng tơi tiến hành sắp xếp lịch thí nghiệm. Trước mơi buổi thí nghiệm, đối tượng se được nghỉ ngơi khoảng 10 phút hoặc hơn tùy thuộc vào từng đối tượng, cùng với đĩ chúng tơi se tiến hành trị chuyện với đối tượng để đảm bảo đối tượng ổn định về tinh thần và sức khỏe sau quá trình di chuyển đến phịng thí nghiệm. Sau đĩ chúng tơi tiến hành khảo sát về trạng thái thể chất và tinh thần của đối tượng nhằm mục đích đảm bảo tình trạng bình thường của đối tượng tại thời điểm thí nghiệm. Sau đĩ chúng tơi tiến hành đo huyết áp trái và phải để ghi nhận nhịp tim và chỉ số huyết áp của đối tượng đồng thời khảo sát thêm một số thơng tin như:
- Thời gian nghỉ ngơi tối qua.
- Lịch sử ăn uống, hoạt động 2 giờ trước. - Tâm trạng hiện tại cảm thấy như thế nào.
Sau quá trình thí nghiệm đối tượng tiếp tục được khảo sát chỉ số huyết áp, nhịp tim và tâm trạng một lần nữa để đảm bảo quá trình thí nghiệm khơng làm ảnh hưởng mạnh đến tâm trạng và sức khỏe của đối tượng cũng như để đánh giá hiệu quả của buổi thí nghiệm hơm đĩ.
3.4.3 Quá trình thí nghiệm3.4.3.1 Bố trí thí nghiệm 3.4.3.1 Bố trí thí nghiệm
Nghiên cứu sử dụng 8 kênh điện não tham chiếu (Fp1, Fp2, F3, F4, C3, C4, O1, O2 so với Ref là A1), 2 kênh điện cực tham chiếu và GND ở hai dái tai trái phải (A1, A2) và 2 kênh điện tim ở hai vai trái – phải. Trong đĩ 8 kênh điện não được gắn theo sơ đồ “The international 10-20 system”. Hai kênh điện tim được gắn theo chuyển đạo D1. Điện não và điện tim đều được đo bằng thiết bị v32 Amplifier.
Sở dĩ chúng tơi chọn các kênh điện não như vậy là bởi các loại sĩng não mà chúng tơi sử dụng cho nghiên cứu như: Theta thì rõ nhất ở vùng trước-giữa (F3, F4); Beta trước trán thì ở Fp1,Fp2; Beta rãnh Rolandic thì ở C3, C4; Alpha trước trán (Fp1, Fp2) và Alpha vùng chẩm (O1, O2) [4], [5], [7], [28]. Đối với điện tim chúng tơi tập trung phân tích HRV nên se quan tâm đến các đỉnh R trong phức bộ QRS của điện tim. Chuyển đạo D1 se tiện lợi hơn khi gắn điện cực, thoải mái cho đối tượng đo và ít bị ảnh hưởng bởi chuyển động của đối tượng và nhiễu điện cơ nhưng vẫn thu được tín hiệu của các đỉnh R.
Hình 3.10 Sơ đồ bố trí các điện cực điện não (trái) và điện tim (phải)
Khi tiến hành đo đối tượng được ngồi và dựa thoải mái vào ghế cĩ nệm. Mặt đối diện màn hình laptop. Màn hình laptop được đặt ngang tầm mắt và cách đối tượng 1,5m. Hai tay của đối tượng thả lỏng thoải mái trên đùi. Bên cạnh đối tượng cĩ thêm một bàn di chuột để đối tượng thực hiện đánh giá sau mơi phần của thí nghiệm (xem Hình 3.11).
Hình 3.11 Hình ảnh thực tế của một ca đo. Bên trái: Khi thực hiện bài kích thích bằng hình ảnh. Bên phải: Khi thực hiện bài kích thích bằng tính nhẩm.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
26
GVHD: ThS. LÊ QUỐC KHẢI
Riêng với phần kích thích bằng tính nhẩm, do cần phải sử dụng thêm điện thoại để thực hiện bài kích thích nên đối được trang bị thêm một tấm đệm trên đùi để gác tay và để đặt điện thoại xuống mơi khi chuyển sang phần thư giãn.
3.4.3.2 Quy trình kích thích
Quy trình kích thích của của nghiên cứu gồm hai phần riêng biệt: Kích thích bằng hình ảnh và kích thích bằng tính nhẩm. Tuy nhiên, thời gian thực hiện và trình tự thực hiện của hai phần kích thích là như nhau để đảm bảo tính tương đồng cho kết quả. Sơ đồ trong Hình 3.12 và
2.13 diễn tả trực quan về hai quy trình kích thích của nghiên cứu.
Hình 3.12 Sơ đồ quá trình thực hiện bài kích thích hình ảnh NAPS
Đối với phần kích thích bằng hình ảnh NAPS, màn hình đen (Dark screen) kéo dài 2 giây giữa các hình ảnh giúp đối tượng thư giãn mắt, giảm bớt ảnh hưởng từ ảnh trước đĩ và đồng thời chuẩn bị cho ảnh tiếp theo. Màn hình hướng dẫn (Instruction screen) giúp nhắc nhở đối tượng về tác vụ tiếp theo trong bài kích thích. Mơi phần kích thích bằng hình ảnh bao gồm 10 ảnh, mơi ảnh kéo dài 10 giây. Chúng tơi sử dụng độ dài 10 giây mơi hình là bởi chúng tơi muốn đối tượng cĩ thời gian đủ lâu để cảm nhận nội dung kích thích trong ảnh, nhưng cũng khơng quá lâu để đối tượng mất tập trung vào bài kích thích. Thêm vào đĩ chúng tơi sử dụng 1 bộ gồm 10 hình là bởi 10 hình kéo dài 10 giây cộng với 10 phần màn hình đen chuyển tiếp kéo dài 2 giây se cĩ độ dài tổng cộng là 2 phút, thời gian này là thời gian tối thiểu phổ biến khi phân tích HRV [13], [8] mà chúng tơi muốn nhắm tới.
Hình 3.13 Sơ đồ quá trình thực hiện bài kích thích MAT
Đối với phần kích thích bằng tác vụ tính nhẩm, màn hình thơng báo (Notification screen) giúp nhắc nhở đối tượng biết khi nào cần bắt đầu thực hiện bài tính nhẩm. Việc này là để đồng bộ hĩa tối đa thời gian giữa mốc thời gian của chương trình kích thích và thời gian thực hiện trên thực tế. Về độ dài của phần kích thích bằng tính nhẩm, chúng tơi cũng sử dụng độ dài 2 phút để đồng bộ với kết quả của phần kích thích bằng hình ảnh. Điều này giúp đồng bộ cho việc đánh giá kết quả sau này.
Riêng phần tự đánh giá (Self Assessment) của cả hai phần kích thích, chúng tơi khơng giới hạn thời gian thực hiện của phần này để giúp đối tượng thoải mái hơn và se đưa ra được kết quả đánh giá sát với cảm nhận của mình nhất.
Như vậy tổng thời gian cho một ca đo dao động quanh 35 phút. Thời gian này là khơng quá dài giúp tránh việc khiến đối tượng bị mệt mỏi, mất tập trung hay ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của đối tượng.
3.4.3.3 Chương trình hỗ trợ kích thích
Để thực hiện kích thích theo quy trình trên, chúng tơi đã viết một chương trình để hơ trợ cho quá trình kích thích. Chương trình cĩ các chức năng chính là:
- Trình chiếu hình ảnh theo thời gian cụ thể.
- Hướng dẫn đối tượng tượng thực hiện bài kích thích.
- Ghi nhận và lưu kết quả đánh giá của đối tượng sau mơi phần kích thích.
- Ghi nhận mốc thời gian của từng phần kích thích và đánh giá của phần kích thích đĩ thành từng tệp riêng biệt theo từng đối tượng.
Nhờ cĩ chương trình này việc phân đoạn dữ liệu của chúng tơi se cĩ độ chính xác về thời gian hơn. Đối tượng cũng khơng cần phải cố gắng nhớ về quy trình thí nghiệm giúp giảm sai lệch về cảm xúc và suy nghĩ của đối tượng trong quá trình đo.
Ngồi ra, nhờ chương trình cĩ chức năng ghi nhận kết quả đánh giá của mình, chúng tơi cĩ thể sử dụng thêm kết quả đánh giá của đối tượng làm giá trị tham chiếu để dán nhãn cho dữ liệu ở các bước sau thay vì mặc định là cảm xúc của đối tượng se giống với mục tiêu của phần kích thích đĩ. Điều này giúp đảm bảo nhãn cảm xúc của từng đoạn tín hiệu là sát với thực tế nhất cĩ thể.
Hơn nữa, việc tổng hợp và lưu lại thời gian và đánh giá của từng phần kích thích cũng se giúp thuận tiện hơn trong việc phân đoạn và dán nhãn một cách tự động cho các bước xử lí sau này, cũng như giúp tăng hiệu suất xử lý dữ liệu khi mở rộng phạm vi và số lượng đối tượng nghiên cứu về sau.
Cuối cùng, sau mơi ca đo, chương trình hơ trợ kích thích se tự động lưu lại các tệp mốc thời gian và kết quả đánh giá cảm xúc của đối tượng trong ca đo đĩ. Ghi chú: từ đây trở về sau,
trong báo cáo nghiên cứu này tệp mốc thời gian se được gọi là tệp timestamps, cịn tệp kết quả đánh giá cảm xúc se được lưu với tên SA_result. Hai tệp này cùng với tệp data và tệp event được tạo bởi phần mềm của hệ thống Nicolet se đươc dùng để phân đoạn và dán nhãn dữ liệu.
Hình 3.14 bên dưới thể hiện vài ảnh chụp màn hình của chương trình kích thích trong quá trình trình chiếu.
Hình 3.14 Màn hình hiển thị trong quá trình kích thích. A: màn hình nhập thơng tin đối tượng. B: màn hình khi hiển thị ảnh kích thích. C: màn hình đánh giá cảm xúc của đối tượng. D: một ví dụ của màn hình nhắc nhở qua bước tiếp theo.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. LÊ QUỐC KHẢI
3.5. Quy trình xử lý dữ liệu
Hình 3.15 Các bước trong quy trình xử lý dữ liệu.
Quy trình xử lý dữ liệu của nghiên cứu này gồm 6 phần chính theo thứ tự như thể hiện trên sơ đồ trong Hình 3.14. Các bước 1, 2, và 3 là một quy trình tiền xử lý mà nghiên cứu này tổng hợp theo kinh nghiệm để đáp ứng các yêu cầu xử lý dữ liệu theo hướng tiếp cận đa thơng số. Mục đích của quy trình tiền xử lý này là để nâng cao tính phù hợp của tập dữ liệu khi dùng cho huấn luyện các mơ hình phân loại. Tính xác thực cho hiệu quả của bước tiền xử lý này được kiểm chứng và trình bày ở phần “3.5.1. Kết quả và thảo luận”.
3.5.1 Tiền xử lý dữ liệu
Tín hiệu điện não do cĩ biên độ bé (<100μV) và phổ tần số rộng (0.05 - 100Hz) nên nĩ dể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiễu. Điện tim tuy cĩ biên độ lớn hơn điện não nhiều lần (10 μV – 5mV) nhưng do vùng tần số cũng tương tự như điện não (0.05 – 100Hz) nên những loại nhiễu ảnh hưởng lên nĩ cũng tương tự như điện não [29]. Cĩ hai nguồn nhiễu tác động lên tín hiệu điện não và điện tim mà ta quan tâm là nhiễu sinh học và nhiễu phi sinh học.
- Nhiễu sinh học bao gồm trơi đường nền do hít thở và cử động, nhiễu điện cơ, nhiễu do mồ hơi tại điểm tiếp xúc giữa da và điện cực. Riêng điện não do biên độ nhỏ nên cịn bị ảnh hưởng bởi cả điện tim và điện mắt.
- Nhiễu phi sinh học bao gồm các loại nhiễu do các thiết bị điện trong hệ thống, nhiễu điện lưới, rơi rớt điện cực, mất tín hiệu do kết nối kém giữa bộ thu và bộ lưu trữ,... Cĩ nhiều cách để loại bỏ ảnh hưởng của các loại nhiễu trên đối với tín hiệu, tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy phương pháp lọc nhiễu kĩ thuật số như lọc thơng dãy (band-pass), thơng thấp (low-pass), thơng cao (high-pass) tuy đơn giản nhưng vẫn cho kết quả tương đối tốt về mặt tỉ số tín hiệu trên nhiễu. Vì vậy trong nghiên cứu này chúng tơi sử dụng các bộ lọc kĩ thuật số như trên để lọc nhiễu cho tín hiệu.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. LÊ QUỐC KHẢI
Đặc biệt, riêng đối với nhiễu điện mắt trên tín hiệu điện não chúng tơi sử dụng một phương pháp cĩ tên “Multi-Thresholding” (phụ lục I) để lọc nhiễu điện mắt vì phương pháp này khơng những lọc được điện mắt khỏi tín hiệu điện não mà cịn cĩ thể tách lấy điện mắt ra với độ chính xác tương đối tốt về mặt tín hiệu trên nhiễu và sai số (RMSE-Root Mean Square Error) so với tín hiệu điện mắt thật được đo đồng thời. Tín hiệu EOG ước tính này se được dùng cho phần trích xuất đặc trung về sau.
3.5.1.1 Lọc nhiễu thơng thấp
Lọc nhiễu thơng thấp là một phương pháp lọc kĩ thuật số cho phép chúng ta loại bỏ tác động của các dao động tần số cao đối với tín hiệu. Bộ lọc thơng thấp khi áp dụng lên tín hiệu điện não và điện tim se giúp loại bỏ các loại nhiễu như nhiễu điện cơ, nhiễu trắng. Thơng thường với cả điện não và điện tim người ta thường áp dụng tần số cắt là 30Hz.
Trong nghiên cứu này chúng tơi sử dụng bộ lọc FIR với cửa sổ Kaiser, tần số cắt 30Hz, độ rộng của vùng chuyển tiếp là 4.7Hz, độ suy giảm của dãy chặn là 60dB, bậc của bộ lọc là bậc nhỏ nhất được chọn bằng thuật tốn của phần mềm Matlab sao cho đáp ứng được các thơng số trên của bộ lọc. Điều này giúp giảm thời gian xử lý đến mức tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác khi sử dụng bộ lọc. Ngồi ra bộ lọc FIR cho hiệu quả lọc cao hơn ở vùng tần số từ lớn hơn 30Hz.
3.5.1.2 Lọc nhiễu thơng cao
Tương tự như bộ lọc thơng thấp, bộ lọc thơng cao là là một phương pháp lọc kĩ thuật số cho phép chúng ta loại bỏ tác động của các dao động tần số thấp đối với tín hiệu. Bộ lọc cao khi áp dụng lên tín hiệu điện não và điện tim se giúp loại bỏ các loại nhiễu như nhiễu trơi