針對ADHD患者腦電生物反饋治療的游戲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳佳武，劉金明，許澤舉，潘家輝

（華南師范大學(xué) 軟件學(xué)院，廣東 佛山 528225）

0 引言

注意缺陷多動障礙ADHD，俗稱多動癥，是一種兒童時(shí)期常見的，以注意力不集中、多動、沖動為主要表現(xiàn)的慢性神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病，中國有4.2%～6.5%的兒童青少年都患有ADHD。

ADHD的治療分為藥物治療和非藥物治療，藥物治療是主要的治療方式，而非藥物治療則作為藥物治療的有效輔助。目前的非藥物治療可以分為心理行為治療、家庭治療，腦電生物反饋治療這3類。腦電生物反饋治療的原理是利用設(shè)備儀器收集患者的腦電信號，將腦電信號通過聲音、圖像等手段實(shí)時(shí)反饋給患者，患者利用自己的主觀意識選擇性地強(qiáng)化或抑制某一頻段的腦電，從而達(dá)到治療和矯正的目的。大量的研究表明腦電生物反饋治療對于提高人們的注意力和短時(shí)記憶力有顯著的效果，能夠有效改善ADHD臨床癥狀，證實(shí)了運(yùn)用腦電生物反饋技術(shù)治療ADHD的療效[1-2]。

目前，腦電生物反饋訓(xùn)練儀在市場上己經(jīng)隨處可見，如美國Autogenics公司生產(chǎn)的A620腦電神經(jīng)生物反饋儀，該生物反饋儀已經(jīng)廣泛地用于ADHD 人群的注意力訓(xùn)練中，但其價(jià)格昂貴，一般家庭負(fù)擔(dān)不起；潤之杰大腦生物反饋治療儀是國內(nèi)比較著名的腦電生物反饋，但其體積龐大，一般只能用于專門的醫(yī)院或康復(fù)機(jī)構(gòu)使用，患者不能隨時(shí)隨地進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)價(jià)格也不菲[3-5]。

針對這一現(xiàn)象，本文提出了針對ADHD兒童患者腦電生物反饋治療的游戲系統(tǒng)。該系統(tǒng)以腦電波游戲作為主要訓(xùn)練手段，運(yùn)用閾值判斷算法建立獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制，激發(fā)患者參與治療的興趣，提高腦電生物反饋治療的治療效果?；颊咄ㄟ^自己的賬號進(jìn)入游戲后，系統(tǒng)將借助Mindware系列腦機(jī)接口對患者的腦電波信號進(jìn)行提取處理并存儲，實(shí)時(shí)監(jiān)測患者的注意力狀態(tài)，當(dāng)患者注意力高的時(shí)候，系統(tǒng)將在游戲中給予玩家視覺和聽覺的“興奮時(shí)刻”（exciting moment），從而鼓勵(lì)患者在訓(xùn)練時(shí)保持注意力集中的狀態(tài)，增加患者參與腦電生物反饋技術(shù)的輔助治療的積極性。同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)輕巧，成本不高，攜帶便捷，為ADHD患者居家治療矯正提供了可能和便利[8-10]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了針對ADHD兒童患者腦電生物反饋治療的游戲系統(tǒng)，該系統(tǒng)由腦電采集系統(tǒng)和具備獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制的腦電游戲兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

腦電采集系統(tǒng)主要是指腦機(jī)接口設(shè)備，該設(shè)備內(nèi)置生物傳感器、參考電極以及由控制機(jī)、信號調(diào)理電路，模數(shù)變換器和微控制單元集成的智能芯片。腦點(diǎn)游戲則由游戲主題軟件、GUI界面顯示和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是設(shè)計(jì)具備獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制的腦電游戲，要求ADHD患者佩戴腦機(jī)接口設(shè)備進(jìn)行游戲，在患者游戲過程中，腦電采集系統(tǒng)通過生物傳感器和參考電極采集患者的腦電信號，并將該信號傳入到智能芯片中進(jìn)行處理，得到包括患者與腦電信號有關(guān)的一系列數(shù)據(jù)值，再通過藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)桨惭b在PC端的腦電游戲；腦電游戲接收到患者的腦電信號后進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算和區(qū)分度增強(qiáng)處理得到患者的專注度指數(shù)。一方面，實(shí)時(shí)將該指數(shù)在畫面中以棒狀條的方式顯示給玩家，供玩家主觀地調(diào)整自己的注意力和專注度，達(dá)到矯正的目的；另一方面，使用閾值判斷算法對患者的專注度指數(shù)進(jìn)行判斷，若達(dá)到設(shè)定好的閾值，則給予患者正反饋獎(jiǎng)勵(lì)，激發(fā)患者矯正的積極性。

2 腦電信號采集的實(shí)現(xiàn)

2.1 基本原理

腦電信號（Electroencephalogram,EEG）是由大腦神經(jīng)細(xì)胞活動時(shí)所產(chǎn)生的電波信號，該信號可以通過在頭皮上放置電極采集獲得，研究表明，腦電信號中含有大量有價(jià)值且區(qū)分度較高的生理信息和病理信息，如與睡眠有關(guān)的δ波等，其中就包括了與注意力和專注度有關(guān)的β波和θ波。同時(shí)，人在不同精神狀態(tài)、不同情緒下的腦電信號有所不同，在人體因某些疾病發(fā)生病理性變化時(shí)，也會出現(xiàn)一些特殊的病理波。因此，人們可以通過一定的技術(shù)提取腦電信號中的特定參數(shù)作為監(jiān)控指標(biāo)，并利用這些參數(shù)進(jìn)行腦功能訓(xùn)練，從而達(dá)到對患者的認(rèn)知功能、行為障礙進(jìn)行鍛煉和矯正的目的。

2.2 基本實(shí)現(xiàn)流程

本系統(tǒng)采用NeuroSky公司開發(fā)的MindWave腦機(jī)接口設(shè)備，該設(shè)備采用單級導(dǎo)聯(lián)方式，利用放置在前額的生物傳感器和耳部的參考電極對患者前額部位（神經(jīng)科學(xué)稱之為FP1區(qū)）的腦電信號進(jìn)行測量和采集，并使用內(nèi)置ThinkGear技術(shù)的智能集成芯片對患者的腦電信號進(jìn)行放大、濾波等預(yù)處理[11]，其硬件對腦電信號的采集處理流程如圖2所示。

圖2 腦電信號的采集處理流程

預(yù)處理后的腦電信號將進(jìn)一步使用NeuroSky eSense的專利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到包括信號強(qiáng)弱、專注度attention數(shù)值在內(nèi)的數(shù)據(jù)值，通過無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)傳送到腦電游戲，為其后續(xù)的數(shù)值處理、數(shù)據(jù)顯示、獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制觸發(fā)提供了數(shù)據(jù)支持和便利。

3 腦電游戲設(shè)計(jì)

3.1 腦電信號輸入處理算法

3.1.1 專注度指數(shù)的計(jì)算

腦電游戲通過藍(lán)牙無線傳輸接收到與專注度有關(guān)的腦電信號主要有θ波數(shù)值、β1波數(shù)值、β2波數(shù)值、attention數(shù)值等腦電數(shù)值。其中，θ波與精神狀態(tài)有關(guān)，在遇到挫折或不開心時(shí)，θ波會較高，而精神愉悅時(shí)，θ波則會有所降低；β1波和β2波都屬于β波，β波與精神緊張與情緒激動有關(guān)，一般當(dāng)腦電信號中出現(xiàn)了β波，就可以認(rèn)為大腦皮層處于興奮狀態(tài)；attention數(shù)值是MindWave腦機(jī)接口設(shè)備使用NeuroSky eSense的專利算法計(jì)算而得的數(shù)值，該數(shù)值用以表征患者精神“集中度”水平或“專注度”水平的強(qiáng)烈程度，其數(shù)值范圍是0到100，當(dāng)患者心煩意亂、精神恍惚、注意力不集中以及焦慮等精神狀態(tài)都將降低專注度指數(shù)的數(shù)值。

傳統(tǒng)的腦電生物反饋治療一般使用θ與β的功率比（即TBR）來表示ADHD患者專注度水平，由文獻(xiàn)［4］可知，該方式具有科學(xué)依據(jù)。但由于人腦活動比較復(fù)雜，腦電易受外界干擾因素，加上腦機(jī)接口設(shè)備本身的誤差，系統(tǒng)用腦機(jī)接口采集到的腦電信號常常會出現(xiàn)變化巨大，波動性高的現(xiàn)象，如圖3所示，如果直接采用TBR數(shù)值作為腦電游戲的判斷閾值，建立獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制，將導(dǎo)致患者進(jìn)行游戲時(shí)游戲畫面效果驟變，體驗(yàn)感降低。

圖3 腦電信號波形圖

為了提高腦電游戲體驗(yàn)，本文提出了一種基于加權(quán)平均的專注度計(jì)算方法，將計(jì)算得到concentration數(shù)值作為表征ADHD兒童患者專注度的指數(shù)數(shù)值，表達(dá)式為：

其中，attention數(shù)值是利用NeuroSky eSense的專利算法算出的表征患者專注度水平的數(shù)值；由于TBR與專注度水平是負(fù)相關(guān)的，而attention數(shù)值與患者的專注度水平成正相關(guān)，因此計(jì)算公式需要采用BTR（即β與θ的功率比）與attention數(shù)值相加權(quán)，從而計(jì)算出表征ADHD兒童患者的專注度的指數(shù)concentration。經(jīng)過加權(quán)平均計(jì)算下來的專注度指數(shù)能夠較好地均衡采樣點(diǎn)之間的差值，使數(shù)值的變化比較平緩，提高游戲的流暢度和體驗(yàn)感。

3.1.2 專注度指數(shù)的區(qū)分度增強(qiáng)處理

盡管改進(jìn)了傳統(tǒng)的專注度計(jì)算方法，使得計(jì)算得出的concertration數(shù)值變化趨于平緩，但這也使得數(shù)值的區(qū)分度出現(xiàn)一定程度的降低，對ADHD患者腦電信號的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響。因此，需要模仿圖像對比度增強(qiáng)的方式，對數(shù)據(jù)的區(qū)分度進(jìn)行增強(qiáng)處理。圖像對比度增強(qiáng)的算法一般有：

（1）線性增強(qiáng)。

設(shè)原圖像灰度值f(n,m)∈[a,b]，線性增強(qiáng)后的取值g(n,m)∈[c,d],則：

其中,稱為變換函數(shù)的斜率。

（2）指數(shù)增強(qiáng)。

設(shè)原圖像灰度值f(n,m)，指數(shù)增強(qiáng)后的取值g(n,m)，則

其中λ和γ為常數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。為避免底數(shù)為0的情況需要加上偏移量ε。

（3）對數(shù)增強(qiáng)。

設(shè)原圖像灰度值f(n,m)，指數(shù)增強(qiáng)后的取值g(n,m)，則

其中λ為調(diào)節(jié)常數(shù)，根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置。

由于腦電信號非線性且波動較大，故本文采用指數(shù)增強(qiáng)的方式對加權(quán)平均得到的concentration進(jìn)行區(qū)別度增強(qiáng),具體方式如下：

將圖3相同的數(shù)值經(jīng)過加權(quán)平均處理和區(qū)別度增強(qiáng)后得到圖4，可以看出處理得到的表征ADHD患者專注度水平的數(shù)值具有變化平緩，區(qū)分度高的特點(diǎn)，這樣就可以達(dá)到在提高腦電游戲的流程性和體驗(yàn)感的同時(shí)又能保證專注度指數(shù)的準(zhǔn)確性的目的。

圖4 處理后的腦電信號波形圖

3.2 游戲設(shè)計(jì)

本游戲系統(tǒng)以經(jīng)典的飛機(jī)大戰(zhàn)游戲?yàn)轭}材，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)出了一款適合ADHD患者的訓(xùn)練矯正的PC端豎版過關(guān)游戲，這款游戲玩法簡單，緊張刺激，有利于患者上手和注意力的集中。

游戲過程中，患者需要操作主角飛機(jī)進(jìn)行擊打和躲避敵人飛行物來獲取相應(yīng)的分?jǐn)?shù)通關(guān)，當(dāng)達(dá)到每一關(guān)的目標(biāo)分值時(shí)，患者成功過關(guān)；若當(dāng)游戲主角的生命值耗盡時(shí)仍未達(dá)到目標(biāo)分值，則游戲結(jié)束，患者過關(guān)失敗；游戲主角擁有5條生命值，每次碰撞到敵人飛行物則消耗一條生命值。游戲共設(shè)有5個(gè)關(guān)卡，不同關(guān)卡有不同的過關(guān)難度，關(guān)卡難度由第一關(guān)到第五關(guān)依次遞增，代表著不同的恢復(fù)等級，患者能夠達(dá)到的關(guān)卡數(shù)越高說明其恢復(fù)效果越好，反之則患者恢復(fù)效果較差。

當(dāng)患者游戲訓(xùn)練時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集患者的腦電波獲取玩家的專注度，并通過棒狀條實(shí)時(shí)顯示在游戲畫面中供患者觀察，當(dāng)患者出現(xiàn)注意力集中，專注度高的時(shí)候，游戲?qū)o予患者相應(yīng)的正反饋獎(jiǎng)勵(lì)，激勵(lì)患者持續(xù)保持高專注度的狀態(tài)，高專注度的狀態(tài)將有利于游戲的通關(guān)。 圖5是腦電波游戲訓(xùn)練流程圖。

圖5 腦電波游戲訓(xùn)練流程

3.3 游戲功能與架構(gòu)

針對ADHD患者訓(xùn)練使用的腦電游戲與普通的游戲所需要的功能有所不同，為了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的游戲符合訓(xùn)練時(shí)候的需要，游戲需具備以下功能：

（1）注冊登錄：不同患者應(yīng)該用不同的賬號進(jìn)行訓(xùn)練，患者初次登錄系統(tǒng)時(shí)需要先進(jìn)行患者注冊。注冊成功后, 患者通過自己的賬號信息進(jìn)入游戲。

（2）專注度檢測：為了保證游戲的正常運(yùn)行和訓(xùn)練正常進(jìn)行，增加游戲的魯棒性，游戲需要在患者進(jìn)行訓(xùn)練前對患者的專注度進(jìn)行檢測，當(dāng)且僅當(dāng)游戲能夠正常接收到患者的專注度數(shù)值時(shí)，患者方可進(jìn)入游戲。

（3）專注度顯示：將患者的專注度以棒狀條的形式實(shí)時(shí)顯示在游戲畫面中反饋給患者，以便患者能夠利用自己的主觀意識選擇性地強(qiáng)化或抑制某一頻段的腦電，從而達(dá)到治療和矯正的目的。

（4）患者控制：患者在游戲中通過鍵盤來控制游戲主角的移動和攻擊，通過鼠標(biāo)來選擇暫停、設(shè)置以及重新開始游戲的選項(xiàng)。

（5）特效音效：游戲背景音效，游戲主角攻擊、釋放技能、死亡時(shí), 系統(tǒng)會給出相應(yīng)的特效或者音效, 使游戲的畫面感和浸入感增強(qiáng)，提高患者訓(xùn)練的興趣。

（6）游戲設(shè)置：游戲能夠設(shè)置背景音樂、音效的開啟和關(guān)閉，以滿足患者個(gè)人喜好和滿足訓(xùn)練時(shí)環(huán)境的需要。

圖6描述了本文提出的腦電波游戲整體結(jié)構(gòu)，該游戲主要包括界面層和功能層，界面層包括菜單、設(shè)置、游戲、登錄、檢測等5個(gè)界面，是腦電波游戲與患者進(jìn)行交互的層級；功能層則是每個(gè)界面具備的功能，如菜單界面應(yīng)該包括開始游戲、游戲設(shè)置等功能[12]。

圖6 腦電波游戲整體結(jié)構(gòu)

3.4 獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制的建立

獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制的作用，一方面是通過在患者集中注意力，專注度高的時(shí)候給予其視覺和聽覺上的“興奮時(shí)刻”（exciting moment），激發(fā)患者主動保持高專注度的積極性，起到加強(qiáng)腦電生物反饋治療的效果；另一方面也是增加游戲的趣味性，提高兒童患者按照醫(yī)囑進(jìn)行訓(xùn)練矯正的興趣。

本系統(tǒng)游戲采用閾值判斷算法建立與患者專注度有關(guān)的獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制。將通過藍(lán)牙無線傳輸接收到與專注度有關(guān)的腦電信號進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算和區(qū)分度增強(qiáng)后得到的concertration數(shù)值作為出表征患者專注度水平的專注度指數(shù)。同時(shí)選取速度、攻擊力和大招三個(gè)的獎(jiǎng)勵(lì)因子，規(guī)定以下的規(guī)則：

（1）速度：患者游戲時(shí)的專注度越高，患者控制的游戲主角的移動速度就會越快，躲避敵人飛機(jī)將更為輕松。相應(yīng)的，患者游戲時(shí)的專注度越低，患者控制的游戲主角的移動速度就會越慢，躲避敵人飛機(jī)也將更為困難。

（2）攻擊力：游戲主角移動的速度一樣，患者游戲時(shí)的專注度越高，游戲主角的攻擊力也越大，擊打敵人飛機(jī)也較為輕松，反之游戲主角的攻擊力越低，擊打敵人飛機(jī)也更為困難。

（3）大招：當(dāng)游戲檢測到患者在游戲訓(xùn)練中的專注度水平超過對應(yīng)的閾值，游戲主角將釋放大招，將游戲畫面中的敵人全部擊殺，當(dāng)游戲主角釋放大招時(shí)，游戲?qū)l(fā)出音效和炫酷的畫面特效，給予患者聽覺和視覺的“興奮時(shí)刻”（exciting moment）。具體的算法流程偽代碼如下：

算法1:閾值判斷偽代碼

輸入：患者專注度指數(shù)concentration

輸出：void

（1）初始化游戲主角速度V=1，攻擊力T=1；

（2）if（concentration＜=20）then

（3）V=1；T=1；

（4）else if（concentration＜=50&&concentration＞=20）then

（5）V=3；T=3；

（6）else if（concentration＜=80&&concentration＞=50）then

（7）V=5；T=6；

（8）else if（concentration＞= 80）then

（9）V=7；T=10；

（10）end if

（11）If（concentration＞=95）then

（12）釋放大招

（13）end if

4 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)在windows 10 64位操作系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境下，以Visual Studio工具為平臺，采用NeuroSky公司的MindWave mobile2“意念”耳機(jī)獲取實(shí)驗(yàn)對象腦電信號，實(shí)驗(yàn)物理環(huán)境選在通風(fēng)良好,沒有多余的磁場干擾，光線和溫度適宜的安靜室內(nèi)。

每次實(shí)驗(yàn)開始前，需要引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行思維專注度“熱身”，過程約2～3分鐘，同時(shí)讓他們了解實(shí)驗(yàn)流程和規(guī)則，讓實(shí)驗(yàn)對象降低緊張度，提高專注度，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。

4.1 系統(tǒng)整體測試

系統(tǒng)整體測試旨在測試本游戲系統(tǒng)的功能在實(shí)際運(yùn)用時(shí)是否能夠正常實(shí)現(xiàn)，如圖7為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)部分測試結(jié)果圖。

圖7 測試結(jié)果圖

測試表明，系統(tǒng)能夠正常登錄注冊；當(dāng)實(shí)驗(yàn)對象沒有佩戴腦機(jī)接口設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)能夠給予提示；實(shí)驗(yàn)對象可以根據(jù)個(gè)人喜好進(jìn)入游戲設(shè)置界面對背景音樂和音效進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)實(shí)驗(yàn)對象在游戲過程中，游戲畫面會通過棒狀條的方式實(shí)時(shí)向?qū)嶒?yàn)對象反饋其專注度指數(shù)，獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制也能正常觸發(fā)；游戲設(shè)計(jì)的五個(gè)關(guān)卡均能正常運(yùn)行；整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，游戲界面較為流暢，實(shí)驗(yàn)對象游戲體驗(yàn)感良好。

4.2 游戲系統(tǒng)注意力訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)

為了測試系統(tǒng)注意力訓(xùn)練效果，我們邀請5名男性ADHD患者兒童和5名女性ADHD患者兒童作為實(shí)驗(yàn)對象。選好實(shí)驗(yàn)對象后，使用舒爾特方格對他們的專注度水平進(jìn)行測試，采取早中晚各測試一次，取平均值的方式記錄十位ADHD實(shí)驗(yàn)對象在使用本游戲系統(tǒng)進(jìn)行鍛煉前的專注度水平。之后引導(dǎo)十位實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行為期3個(gè)月的專注度訓(xùn)練，在3個(gè)月內(nèi)每天定期讓十位受試者登錄本游戲系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練矯正一次。3個(gè)月后，再次對十位實(shí)驗(yàn)對象的專注度水平進(jìn)行測試，同樣采取早中晚各測試一次，取平均值的方式記錄十位實(shí)驗(yàn)對象在經(jīng)過為期3個(gè)月訓(xùn)練矯正后的專注度水平。

測試結(jié)果如圖8所示，圖8（a）為十位實(shí)驗(yàn)對象在使用本游戲系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練前舒爾特方格的測試結(jié)果，圖8（b）為十位實(shí)驗(yàn)對象在使用本游戲系統(tǒng)進(jìn)行為期3個(gè)月后舒爾特方格的測試結(jié)果，圖8（c）為十位實(shí)驗(yàn)對象訓(xùn)練前后舒爾特方格的測試對比結(jié)果。

圖8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖8可知，十位實(shí)驗(yàn)對象在訓(xùn)練前完成一次舒爾特方格需要的時(shí)間分別為42.04s、39.22s、45.25s、36.36s、37.24s、44.43s、38.19s、32.38s、35.34s、33.59s；平均完成時(shí)間為38.4s；使用本游戲系統(tǒng)進(jìn)行定期訓(xùn)練3個(gè)月后，完成一次舒爾特方格需要的時(shí)間分別為35.62s、34.39s、39.18 s、31.65s、30.96s、36.97s、32.14s、26.86s、30.21s、27.28s。平均完成時(shí)間為32.53s。十位實(shí)驗(yàn)對象在訓(xùn)練后，完成一次舒爾特方格的所需的時(shí)間相比訓(xùn)練前平均減少了5.87s。

為了對測試結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，需要先分別對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，由于樣本量比較小，可使用S-W檢驗(yàn)，結(jié)果如表1和表2所示。

表 1 訓(xùn)練前的正態(tài)性檢驗(yàn)

表2 訓(xùn)練后的正態(tài)性檢驗(yàn)

由表1和表2可知，訓(xùn)練前和訓(xùn)練后，十位實(shí)驗(yàn)對象完成一次舒爾特方格所需的時(shí)間數(shù)值在進(jìn)行S-W檢驗(yàn)之后的P值均大于0.05，說明無論是訓(xùn)練前還是訓(xùn)練后，時(shí)間數(shù)值均沒有呈現(xiàn)出顯著性，即意味著兩組數(shù)據(jù)均具備正態(tài)性特質(zhì)，服從正態(tài)分布性質(zhì)。

基于兩組數(shù)據(jù)都服從正態(tài)分布性質(zhì)，我們可以使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來研究訓(xùn)練后十位實(shí)驗(yàn)對象專注度提高的顯著性，分析結(jié)果如表3所示。

表3 t檢驗(yàn)分析結(jié)果

從表3可以看出，對訓(xùn)練前后的十組數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)分析之后的P值小于0.01，意味訓(xùn)練前后，兩組樣本數(shù)據(jù)出現(xiàn)了顯著性差異，具體來說，十位實(shí)驗(yàn)對象在經(jīng)過3個(gè)月的訓(xùn)練后完成一次舒爾特方格所需的時(shí)間相比訓(xùn)練前有了顯著性的減少，即ADHD兒童患者在經(jīng)過訓(xùn)練后，專注度水平有了顯著性提高。

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，十位實(shí)驗(yàn)對象在使用本游戲系統(tǒng)進(jìn)行為期3個(gè)月的定期訓(xùn)練矯正后，其完成一次舒爾特方格所需的時(shí)間相比訓(xùn)練前平均降低了5.87s，專注度水平有了顯著性的提高。

5 結(jié)語

本文主要研究了ADHD兒童患者腦電生物反饋治療的游戲系統(tǒng)，該系統(tǒng)以腦電游戲作為主要訓(xùn)練手段，使用成本低廉的MindWave Moblie2設(shè)備采集患者腦電信號，為了讓采集得到的腦電信號使用于腦電游戲系統(tǒng)，對腦電信號進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算和區(qū)分度增強(qiáng)處理，并將處理得到患者的專注度指數(shù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在游戲畫面中反饋給患者。與市面上其它便攜低廉的腦電生物反饋治療系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)通過在腦電游戲中利用閾值判斷算法建立的獎(jiǎng)勵(lì)反饋機(jī)制，有效地激發(fā)患者參與治療的興趣，進(jìn)一步提高了腦電生物反饋治療的治療效果，解決了市面上缺乏廉價(jià)輕巧且具有趣味性的腦電生物反饋治療系統(tǒng)的問題。同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)輕巧，成本不高，攜帶便攜，也為ADHD患者居家治療矯正提供了可能和便利。