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LIBS:人耳生物电传感系统用于整晚睡眠研究的分期

长期以来，人类头部的生理信号一直被用于医疗诊断、人机交互、冥想质量监测等领域。然而，现有的传感技术繁琐，不适合长期研究，也不适合日常使用。由于这些限制，我们探索了一种新的可穿戴系统形式，称为填词，可以连续记录脑电波、眼球运动、面部肌肉收缩等生物信号，灵敏度高，可靠性高。具体来说，不是在头部周围放置大量电极，填词使用最少数量的定制电极来记录人类耳道的生物信号。这段录音是三种感兴趣的信号和不需要的噪音的组合。因此，我们设计了一种使用监督非负矩阵分解(NMF)模型的算法，将单通道混合信号分解为三个单独的信号，分别代表脑电活动(EEG)、眼动(EOG)和肌肉收缩(EMG)。通过在8名参与者身上进行的超过30天的睡眠实验，我们的结果证明了同时提取分离的大脑、眼睛和肌肉信号的细粒度睡眠阶段的可行性，准确率超过95%。有了这种分离三种生物信号而不丢失其生理信息的能力，填词有潜力成为一种基本的入耳生物传感技术，解决从自我照顾健康到非健康的各种问题，并实现一种新的人类通信接口形式。

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1.简介

从人类大脑、眼睛和面部肌肉活动中产生的生理信号可以揭示一个人的精神状态和身体功能的巨大洞察力。例如，在其他辅助信号中，获取这些生物信号对于诊断临床原因的睡眠质量至关重要。尽管提供了高度可靠的脑信号脑电图(EEG)、眼信号眼电描记术(EOG)和肌肉信号肌电描记术(EMG)，也就是所谓的多导睡眠描记术(PSG)，⁹有很多的局限性。具体来说，PSG在人的头部周围安装了大量的有线电极，需要在实验室里进行专家传感器连接，并提供了在睡眠中由于身体运动而失去传感器接触的风险。因此，这种黄金标准的方法是不舒服的，使用起来很麻烦，而且设置起来昂贵且耗时。

为了克服PSG固有的局限性，人们开发了各种可穿戴的方法来获取高分辨率和易于自适应的生物信号。它们包括电极帽、商用头戴设备(如EMOTIV、NeuroSky MindWave、MUSE、Kokoon、Neuroon Open、Aware、Naptime、Sleep Shepherd等)和类似助听器的研究设备。^6，10然而，这些解决方案是僵硬的，不稳定的，只适合短期应用或在医院使用。换句话说，在户外、长期和日常活动中，它们仍然不方便，而且不被社会接受。

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