如何使用监督控制架构增强闭环认知压力调节

感到不知所措、焦虑和激动是与高水平认知压力相关的症状之一。相反，认知参与的丧失也可能会阻止个人实现他们的目标。低水平的积极压力，也称为 eustress，可能会导致记忆问题、缺乏动力和注意力不集中。它还会对个人在工作场所的生产力产生负面影响。根据美国心理健康协会的多份报告，美国抑郁症和焦虑症患者的比例正在上升。因此，建立一种机制来跟踪一个人的认知压力水平并将其保持在一个有利的范围内是至关重要的。

受可穿戴技术最新进展的影响，以及皮肤电导信号携带有关个人内部唤醒状态的重要信息这一事实的启发，可能存在处理日常生活中认知压力水平的实用方法。为了响应任何环境刺激，人脑以多种方式控制自主神经系统。由于汗腺激活变化会影响皮肤电活动 (EDA) 信号的变化，因此可以使用可穿戴设备实时跟踪皮肤电导信号的变化。

为了最终使可穿戴技术能够跟踪和调节人的内部压力状态，Rose Faghih 实验室开创了通过监测人的 EDA(即皮肤电导率的波动)来估计内部唤醒状态的方法。他们开发了一个数学框架来模拟内部唤醒状态并将其与皮肤电导信号的变化(即可以通过腕戴式可穿戴设备测量的信号)联系起来。此外，为了估计隐藏的唤醒状态，他们开发了分析 EDA 信号并提取激活汗腺的潜在唤醒事件的方法。

内部唤醒状态的系统建模使开发控制器能够闭环并调节估计的压力状态。在这方面，可以应用成熟的控制技术(即线性二次调节器和模型预测控制器)。在寻找最优控制策略以调节这些方法中的压力状态的过程中，需要最小化相应的成本函数。因此，这些控制系统的性能高度依赖于相应目标函数的选择。

随着研究人员处理人在环问题，寻找合适目标函数的过程变得更加复杂。为了克服这一挑战并提高闭环系统的性能，Faghih 和 Fekri Azgomi 最近完成了博士学位。在 Faghih 的监督下，开发了一种监督控制器，其中包括一个基于知识的监督层，可以实时调整目标函数和调整参数。在这种监督架构中，使用模糊系统不断更新目标函数中的参数以调整环境变化。结果验证了所提出的架构在保持估计压力方面的有效性通过在最优控制公式的顶部设计一个监督层，使状态处于所需范围内。

此外，所提出的监督控制架构提供了一个很好的设置，可以结合相关的医学专业知识来增强闭环系统。这些新颖的监督控制方法可以进一步扩展，以提供自适应和稳健的闭环特性，以解决主体间和主体内的变化。

在其他闭环应用中实施监督控制架构也存在巨大潜力，例如用于治疗神经退行性脑疾病的自适应深部脑刺激和在各种疾病中自动服用药物。一旦对一个人的内部状态进行建模和跟踪，利用监督控制方法将导致以更个性化的方式增强闭环治疗实践。

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