认知负荷诱发与
多模态数据分析实验平台
一套集标准化认知负荷诱发实验范式、多模态数据同步采集（脑电、脉搏、皮电、面部表情）、对认知负荷敏感的先验特征自动化分析于一体的一站式实验平台，为科研人员标准化、高质量、高效地开展认知负荷诱发、认知负荷对认知功能及作业绩效的影响机制等方向的研究提供软硬件平台和数据支撑。
- 以 MATB 模拟作业任务为核心，可分级诱发不同水平认知负荷
- 脑电、脉搏波、皮电、面部表情、眼动多模态同步采集与模态对齐
- 对认知负荷敏感的多模态先验特征自动化计算，开箱即用
- 7 个软硬件模块一体化交付，含任务管理、同步采集与数据管理分析
产品演示图片核心痛点
范式、设备、口径、复现——四道坎叠在一起，才是负荷研究难以横向比较的原因。
负荷强度没法横向比较
自行拼凑 n-back、心算等任务，难度分级各写一套，跨课题的负荷水平不可比。
脑电、眼动、生理各采各的
多套采集软件并行，事件标记分散，多模态对齐靠人工找点。
特征各写各的脚本
同一批数据换个人处理，滤波参数与时间窗不同，结果就对不上。
换个人跑不出同样的结果
实验配置、参数与流程留在个人经验里，方法学难以复现与交接。
以 MATB 模拟作业任务统一负荷诱发，多模态设备同步接入、毫秒级对齐，对认知负荷敏感的先验特征按统一口径自动计算——范式、数据与指标一次对齐。
核心优势
三条核心价值解决可复现性，两条产品特点解决上手门槛。
标准化负荷诱发
集成 MATB 模拟作业任务，可通过灵活设置子任务难度及同时需完成的子任务数量，诱发不同水平的认知负荷；同时支持交互式认知范式与认知负荷主观评估。
全自动实验流程管理
支持全自动的实验流程管理与关键事件的自动化打点设置，帮助研究者快速掌握认知负荷诱发实验流程，获得高质量认知负荷诱发实验数据。
多模态同步与特征化
支持便捷可穿戴脑电、脉搏、手环、摄像头设备的同步接入，实现脑电、脉搏、皮电、面部表情数据的同步采集与模态对齐；并自动完成对认知负荷敏感的先验特征计算，为后续认知负荷分析与识别建模提供指标支撑。
0 门槛开启认知负荷研究实验
内置经典的实验范式及流程，任何人都能实现从实验创建、到认知负荷诱发、到多模态数据同步、到自动多模态先验特征计算，无需心理学专业背景。
快速出研究成果
通过实验快速获取各种高质量的认知负荷特征及数据，结合外部的问卷、认知、绩效等数据，快速形成关联分析，得到创新研究成果。
产品构成
从采集设备、诱发任务到同步采集与数据管理分析，整套平台由七个模块组成。
| 序号 | 模块 | 品牌 | 型号 |
|---|---|---|---|
| 1 | 多生理行为采集与分析系统 | 中科心研 | PTLAB-PTES100 |
| 2 | 面部表情采集与分析系统 | 中科心研 | PTLAB-C270 |
| 3 | 16 导脑电采集与分析系统 | 中科心研 | PTLAB-ZhenTecNT1-16 |
| 4 | 桌面式眼动分析系统 | 中科心研 | PTLAB-aSeeProF100 |
| 5 | 认知负荷诱发与任务管理系统 | 中科心研 | PTLAB-WLTask300 |
| 6 | 多模态数据同步采集系统 | 中科心研 | PTLAB-FSC400 |
| 7 | 多模态数据管理与分析系统 | 中科心研 | PTLAB-HS0941 |
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七大模块的设备参数与特征能力
模块 01多生理行为采集与分析系统
腕式手环同步采集脉搏波、皮肤电阻、皮肤温度、六轴加速度 / 陀螺仪以及温度、湿度、气压等多环境数据，重量约 20g，支持实时传输模式 48 小时。
| 手环参数 | 数值 |
|---|---|
| 终端尺寸 | 48.5 × 36.5 × 14 mm，腕带 25 × 260 mm |
| 重量 | 约 20 g |
| 实时传输模式 | 48 小时 |
| 电池 | 容量 420 mAh，一次充电时长约 2 小时 |
- 脉搏波 PPG：采样率 100 Hz；1 个绿色 LED、1 个红色 / 红外 LED；3 个光电二极管
- 皮肤电阻 EDA：采样率 4 Hz；交流激励源频率 24 Hz；测量范围 0.01–100 μS
- 皮肤温度：采样率 1 Hz；测量范围 0–50 ℃；测量精度 ±1 ℃
- 加速度 / 陀螺仪：采样率 20 Hz；三轴加速度 ±2–±16 g；三轴角速度 ±250–±2000 dps
- 多环境传感器：温度 / 湿度采样率 1 Hz，温度范围 -20–65 ℃、湿度范围 0–100%；气压采样率 1 Hz，测量范围 300–1100 hPa
脉搏特征自动化分析
支持不少于 40 种对情绪状态敏感的先验特征的自动分析，包括但不限于：平均心率、心跳间期标准差、相邻心跳间期之差异均方根、心跳间期相差大于 20 ms 的比例、心跳间期相差大于 20 ms 个数、心跳间期相差大于 50 ms 的比例、心跳间期相差大于 50 ms 个数、频带功率谱密度、低频和高频功率谱密度比值等。
皮电特征自动化分析
支持不少于 40 种皮肤电信号特征的自动分析，包括但不限于：反映皮肤电信号变化速率的差分、导数指标、皮肤电水平（SCL）、皮肤电反应（SCR）、SCL / SCR 统计指标。
模块 02面部表情采集与分析系统
固定焦距摄像头搭配面部特征点识别算法，可实现面部识别、关键点定位与面部动作单元强度量化。
| 技术规格 | 数值 |
|---|---|
| 尺寸 / 重量 | 高 72.91 mm、宽 31.91 mm、深 66.64 mm；线缆长度 1.5 m；重量 75 g |
| 最大分辨率 | 720p / 30 fps |
| 摄像头像素 | 90 万 |
| 对焦类型 / 镜头 | 固定焦距；镜头类型：塑料 |
| 内置麦克风 | 单声道，麦克风范围长达 1 m |
| 对角线视野（DFOV） | 55°；通用安装夹，适用于笔记本电脑、LED 或显示器 |
- 支持 68 个面部特征点识别与定位
- 支持眼睑纵横比、瞳孔圆度、嘴巴纵横比、眨眼频率、闭眼时间、打哈欠次数、眼睑闭合时间百分比等指标的自动分析
模块 03桌面式眼动分析系统
高频、大头部活动范围的桌面式眼动仪，轻便易装，支持单眼 / 双眼追踪。
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 精准度 | ≤ 0.5° |
| 硬件尺寸 | 311 × 64 × 39 mm |
| 操作系统 / 屏幕 | Win7 / 8 / 10 / 11；支持 24 英寸及以下屏幕 |
| 连接方式 / 追踪技术 | USB 3.0；角膜反射法，暗瞳 |
| 使用范围 | 55–80 cm |
| 帧率 | 100 / 140 / 250 Hz |
| 头部范围 | 30（左右）× 26（上下）@ 68 cm |
- 提供不少于 10 种基础特征数据，包括微眼跳幅度、微眼跳频率、注视持续时间、注视次数、扫视次数、扫视幅度、扫视速度、扫视频率、瞳孔直径变化与眨眼次数等
- 输出眼动轨迹图，展示注视位置及顺序，支持以注视节点直径大小代表注视时间长度，并以热图形式可视化展示个体或多人视觉关注区域
- 支持分析单个或多个 AOI，计算不少于 20 项关键指标，包括总注视时长、平均注视时长、注视次数、首视注视时长、注视密度、总驻留时长、瞳孔直径变化、驻留百分比、注视率、重访率、重访次数以及扫视 / 注视比率等
模块 04脑电采集分析系统
16 导无线脑电采集，主动屏蔽技术去除运动伪迹与外界噪声，采用超高 WiFi 同步技术，事件同步精度优于 1 ms。
| 性能参数 | 数值 |
|---|---|
| 通道数 | 16 ch |
| 采样率 | 250 Hz、500 Hz、1000 Hz |
| 共模抑制比 | 120 dB |
| 输入噪声 | < 0.4 μVrms |
| 带宽 | 0–250 Hz（真正的直流耦合） |
| 供电时长 | 单块电池大于 10 小时 |
| 通讯方式 | 5 GHz WiFi 通信 |
| 事件同步输入 | WiFi 无线同步，时间精度 < 1 ms |
- 兼容 3 种电极：干电极、湿电极和盐水电极帽，满足丰富的科研需求
- 高信噪比：主动屏蔽技术去除运动伪迹和外界噪声干扰
- 极低时间同步精度：事件同步精度 < 1 ms
- 5 GHz 无线传输：免受线缆束缚，抗干扰能力强
- 超长续航：单次充电使用时长 > 10 小时
- 生物相容性电极帽：电极排布符合国际 10-10 系统
脑电特征自动化分析
事件相关谱扰动分析：输出各电极位置、各事件时间窗内包含 Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma 在内的多个频段上的能量值时间序列。
时频分析：支持窗长、步长以及频段数量、范围阈值等参数配置，采用滑窗算法动态计算基于小波变换的多个频段功率谱密度。
差异化特征分析：支持基于短时傅里叶变换的多个频段功率谱密度与多频段分差熵；支持差分不对称（DASM）、有理不对称（RASM）、差分熵（DCAU）等偏侧化特征分析。
模块 05认知负荷诱发刺激呈现与任务管理系统
系统内置 MATB 模拟作业任务，可通过设置任务的难度以及同时需要完成的任务数量，诱发至少三种不同水平的认知负荷；支持基于 MATB 任务的关键事件在多模态数据同步采集系统进行打点标记，以及打点信息与多模态数据在时间序列上的自动对齐与融合。
实验流程
开始 → 5 分钟静息态数据采集 → 填写 NASA-TLX 量表 → 随机选择任务（LowWorkLoad Task / MediumWorkLoad Task / HighWorkLoad Task）→ 任务后填写 NASA-TLX 量表 → 结束。
标准任务范式（10 项）
- 2-back 工作记忆测试
- 3-back 工作记忆测试
- 2-back 测试水果
- 视听双任务测试
- 单手控制追踪测试
- 双手协同追踪测试
- 视觉搜索任务
- 持续注意测试 RVP
- 任务转换测试
- 视空间工作记忆广度测试（自适应版）
主观问卷量表（30 项）
- 自杀意念自评量表 SIOSS
- 贝克抑郁自评量表 BDI
- 流调中心用抑郁自评量表 CES-D
- 贝克焦虑量表 BAI
- 状态焦虑量表 S-AI
- 焦虑自评量表 SAS
- 失眠严重程度指数表 ISI
- 情绪调节量表 ERQ
- 心境状态量表 POMS
- 社会支持评定量表 SSRS_学生版
- 日常生活事件问卷
- 心理痛苦量表 PAS
- 生活满意度量表 SWLS
- 自杀态度问卷 QSA
- 负性自动思维量表 ATQ
- 贝克抑郁量表第 2 版 BDI-II
- 抑郁自评量表 SDS
- 9 项患者健康问卷 PHQ-9
- 广泛性焦虑量表 GAD-7
- 特质焦虑量表 T-AI
- 匹兹堡睡眠指数量表 PSQI
- 多伦多述情障碍量表 TAS-20
- 积极消极情绪量表 PANAS
- 自我效能感量表 GSES
- 知觉心理压力量表 PSS-10
- 情绪体验问卷
- 抑郁-焦虑-压力自评量表 DASS-21
- 心理弹性量表 CD-RISC
- 自我超越生命意义量表 SMLS
- 积极情绪体验问卷
模块 06多模态数据同步采集系统
本系统支持以 SDK 的方式接入所有采集设备，方便科研人员以一台电脑、一套软件对设备进行高效管理，所有模态数据毫秒级时间对齐，后续打点事件一键完成，为后续数据分析奠定高质量数据基础。
实时特征监控
实验过程中，能实时对 PPG、EDA、EEG、面部表情核心数据特征进行实时计算并实时展示：
· 生理特征实时监控：脉搏波特征、皮肤电特征
· 面部表情识别实时监控：特征点识别与定位
· 脑电特征实时监控：功率特征
· 眼动特征实时监控：扫视特征、瞳孔特征
开放的数据接口
支持基于 Eprime、Matlab、Python、Java、C、C#、C++ 等程序的打点事件交互接口，实现第三方程序对同步采集数据的自动打点标记；支持外部程序调用接口实现自动打点。
模块 07多模态数据管理与分析系统
本系统能将多个「多模态数据同步采集系统」的采集原始数据自动获取并集中管理，便于科研人员便捷地处理原始数据，同时对各模态自动生成标准特征参数分析，快速得到各模态先验特征。为后续心理、认知、绩效、行为等研究数据的影响机制对比研究分析提供支持。
- 实验管理：新增实验 → 选择实验设备（手环 / 摄像头 / 脑电）→ 自定义事件标记名称
- 采集监控：实时查看同步采集系统端的实验数据采集过程；采集过程中的事件标记自动下发
- 数据管理：原始数据列表按实验名称、实验批次、被试名称、被试 ID、实验时间、数据模态细分展示；支持批量导出原始数据并选择导出格式
数据分析流程
选择数据（PPG / GSR / EEG / VIDEO / EyeTracking）→ 导入算法配置文件 → 多模态数据一键处理分析 → 确认算法处理参数 → 生成具有先验知识的特征向量。
配置文件支持自定义（以脑电分析为例）
- 重参考
- 重采样频率
- 滤波频率
- 陷波频率
- 独立成分分析
- 通过打点事件截取时间窗
- 以打点事件为基准自定义偏移量截取时间窗
- 时频分析方法选择（小波变换、短时傅里叶变换）
- 滑窗定义
- 频带特征提取
- 不对称性指标计算
- 差分熵计算
- 频段定义
- 通道选择
- 时频图绘制
- 拓扑图绘制
运作机制
从实验创建到数据导出，每个环节都是模板化、可复用的标准步骤。
实验创建
选择采集设备、定义事件标记、设定感知领域，一键生成实验。
负荷诱发范式
内置 MATB 模拟作业任务与流程模板，可分级设置子任务难度与数量。
多模态同步采集
手环、脑电、摄像头、眼动同步接入，毫秒级时间对齐。
特征实时监控
眼动、生理、脑电、表情核心特征实时计算与展示。
数据上传
MATB 任务与问卷结果回传，与生理数据统一时间轴。
数据分析与导出
导入算法配置文件一键处理，生成具有先验知识的特征向量并导出。
数据交付
高低负荷条件下的多模态特征差异，以及统一的公共时间基如何对齐各类数据。
高低负荷条件下的多模态特征差异
以下图表取自平台实测数据：随任务负荷升高，心率与低频功率上升、眨眼频率下降、前额 theta 节律增强、负荷比值（β/θ+α）降低
统一的公共时间基，一键对齐多模态数据
数据导出时，实现所有模态数据与打点事件的时间自动对齐与同步融合
| 分组 | 列名示例 | 说明 |
|---|---|---|
| 共用时间戳 | timestamp | 多模态统一时间基（秒），由同步采集系统提供 |
| 脉搏波特征 | HR_PPG_1、SDNN_PPG_1、RMSSD_PPG_1 … | 心率、心跳间期标准差、相邻心跳间期之差异均方根等脉搏波先验特征 |
| 皮电特征 | mean_SCL、mean_SCR … | 皮肤电水平（SCL）、皮肤电反应（SCR）及其统计指标 |
| 脑电特征 | Fp1_theta、Fp1_alpha、Fp1_beta、Fp1_gamma … | 各电极位置、各频段的功率谱密度与偏侧化指标 |
| 面部表情特征 | AU01_r、AU06_r、AU12_r … | 各面部动作单元（AU）的强度值 |
| 眼动特征 | FixationDuration、PupilDiameter … | 注视时长、瞳孔直径、扫视与注视统计指标 |
| 打点事件 | event | 事件标记名称，如 Rest_start、MATB_Start、MATB_End |
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选型对比
与「自建范式 + 多设备拼装」相比，差别集中在范式、对齐与特征口径三处。
对比为选型参考，任务难度分级与特征清单以实际配置为准。