Компьютерный алгоритм научился распознавать стресс по изменению ритма дыхания

Исследователи из Петрозаводского государственного университета (Петрозаводск) с коллегами из Эрзинджанского университета имени Бинали Йылдырыма (Турция) научили компьютерный алгоритм выявлять маркеры стресса в параметрах человеческого дыхания. Авторы проанализировали открытый международный набор физиологических данных WESAD, полученных другими учеными в 2018 году от 15 добровольцев. В набор входила информация о дыхании, работе сердца, электропроводности кожи и движении, но в новой работе авторы изучили только сигнал дыхания.

Во время эксперимента 2018 года добровольцы последовательно находились в нескольких состояниях: отдыхали, смотрели развлекательные видео, медитировали или проходили тест, который вызывал у них стресс (рассказывали перед «комиссией» из трех человек о своих сильных и слабых сторонах и считали вслух). Во всех случаях дыхание участников записывали нагрудным датчиком, который фиксировал движения грудной клетки.

Авторы взяли эти готовые сигналы и разделили их на отрезки по 60 секунд, после чего передали алгоритмам машинного обучения. Исследователи использовали два подхода к анализу данных. В первом алгоритм получал непосредственно дыхательную волну и анализировал ее с помощью компактной нейросети. Во втором из сигнала сначала «извлекали» различные характеристики дыхания — например, особенности формы волны, изменения дыхания на разных частотах и устойчивость его ритма во времени, — а затем использовали их для распознавания состояния человека.