Технології
Технології

Нейромережа дистанційно виміряла серцебиття і впізнала радість та сум

Британські дослідники запропонували новий спосіб розпізнавання емоцій за допомогою радіочастотних даних про серцебиття і дихання, зібраних дистанційно. Для нейромережі виділили 30 характерних сигналів, які б вказували на радість, сум, гнів та задоволення, а вона з точністю 72 відсотки змогла вгадати почуття 15 учасників дослідження. Дані, зібрані дистанційно виявилися не гіршими за дані електрокардіограми, повідомляють вчені у статті, опублікованій у PLOS ONE.

GIPHY

GIPHY

Навіщо нейромережам знати про наш настрій?

Емоції — невіддільна частина людської поведінки, яка може впливати і на фізіологічний стан під час роботи, подорожей, прийняття рішень, розваг і багатьох інших видів діяльності. Здоров'я людини і продуктивність праці багато в чому залежать від інтенсивності емоцій, які можуть бути як позитивними, так і негативними. Тривалі негативні емоції можуть стати причиною хронічних проблем психічного здоров'я, таких як депресія і тривога. Через вплив емоцій на наш повсякденний спосіб життя, для їхнього виявлення використовують велику кількість стратегій, які в основному зосереджені на звукових, візуальних та жестових ознаках. В останні роки новою темою досліджень стало розпізнавання емоцій за допомогою статистичного аналізу фізіологічних сигналів через електрокардіографію та електроенцефалографію.

Втім, для аналізу характеристик фізіологічних сигналів можна використовувати і дистанційні датчики. Так у 2019 році вчені запропонували платформу для розпізнавання емоцій на основі Wi-Fi, яка розпізнавала жести і вирази обличчя через затінення сигналу за допомогою традиційних алгоритмів машинного навчання. Однак її точність складала всього 40 відсотків через складність обходу шумів під час аналізу. Тому останні дослідження зосереджуються на використанні глибинного навчання, яке у порівнянні з алгоритмами машинного, не потребує налаштування створених функцій вручну. Алгоритми глибинного навчання здатні вивчати навіть крихітну інформацію, приховану в необроблених даних, яка зазвичай втрачається у машинному через людське судження про вибір функцій.

Як дистанційно виміряти емоції?

Дистанційне розпізнавання емоційних станів — це нова галузь досліджень, яка впливає на нейробіологічні дослідження людської поведінки. Поки технології лежать в основному у площині аналізу виразів обличчя або рухів очей, за якими слідкують за допомогою камер. Однак, частота серцевих скорочень, частота дихання і електрична активність мозку(ЕЕГ) дає змогу збирати саме фізіологічні дані. У своїй роботі вчені продемонстрували систему, яка може вимірювати хвилинні зміни серцевого ритму і частоти дихання людини у відповідь на індивідуально підготовані стимули — відео, які викликають емоції від суму до радості. Радіочастотні відображення від тіла попередньо обробляються і передаються в алгоритми глибинного навчання для класифікації чотирьох основних типів емоцій, таких як гнів, смуток, радість і задоволення, і виключає необхідність носіння на тілі датчиків.

Що пропонують вчені?

У своєму дослідженні інженери збирали дані про серцебиття і дихання 15 учасників, які отримали в результаті радіочастотних відображень від тіла, із застосуванням більш точних методів фільтрації шуму. Учасникам пропонували чотири відео, щоб викликати певні емоції, а нова архітектура глибокої нейронної мережі (DNN) об’єднувала оброблені та необроблені радіочастотні дані для класифікації та візуалізації різних емоційних станів. Пропонована модель забезпечує високу точність класифікації — близько 72 відсотків, що вчені вважають високим результатом, враховуючи той факт, що людські емоції сильно залежать від рівня стимуляції та і самі люди дуже по-різному можуть реагувати на ті ж самі аудіо або відео стимули. Вчені порівняли свої результати з результатами, отриманими за допомогою п'яти різних класичних алгоритмів машинного навчання, і встановили, що глибинне навчання забезпечує більшу продуктивність навіть за обмеженої кількості радіоданих. Ефективність алгоритму також підтвердили, порівнявши його результати з результатами за сигналами ЕКГ.

Виявлення емоцій стало найважливішим напрямком досліджень у неврологічних наукових дослідженнях, а також у багатьох інших сферах добробуту, особливо для психічно хворих людей похилого віку. А дистанційна можливість точно визначати емоційний стан підштовхне майбутні дослідження, тим паче, що нова техніка, за словами вчених, пропонує високу точність виявлення в порівнянні з іншими альтернативними підходами.

Як нейромережа бачила емоції у вигляді сплесків, які використовуються в алгоритмах стиснення і зберігання інформації, наприклад для JPEG2000. PLOS ONE, 2021

Як нейромережа бачила емоції у вигляді сплесків, які використовуються в алгоритмах стиснення і зберігання інформації, наприклад для JPEG2000. PLOS ONE, 2021