University of Oulu

Measuring the effects of cognitive stress and relaxation using a wearable smart ring

Saved in:
Author: Honkanen, Tomi1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Computer Science and Engineering, Computer Science
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1 MB)
Pages: 30
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202004291567
Language: English
Published: Oulu : T. Honkanen, 2020
Publish Date: 2020-04-29
Thesis type: Master's thesis
Tutor: Kortelainen, Jukka
Reviewer: Seppänen, Tapio
Kortelainen, Jukka
Description:

Abstract

Prolonged stress is known to be a risk factor for various kinds of diseases, such as cardiovascular diseases. If stress could be easily measured, it would enable monitoring of stress and help people make better choices to achieve a healthier lifestyle. In this study, a polysomnography system as well as a wearable smart ring were used to measure the responses of central and autonomic nervous systems from ten healthy test subjects (five male and five female), aged 23–26. The responses were measured in two conditions: cognitive stress induced by a mental calculation task and relaxation induced by a focused attention meditation exercise.

Power spectral densities of two electroencephalography frequency bands, alpha and beta, were calculated to represent the central nervous system response. The autonomic nervous system response was measured using heart rate, heart rate variability and peripheral (finger) temperature. In cognitive stress, alpha and beta bands both showed higher activity, increasing by 53.26% and 94.70%, respectively. Heart rate also increased by 19.33%, while heart rate variability decreased by 25.65% and peripheral temperature change was 0.77℃ lower.

Results show that the changes in autonomic nervous system responses acquired by the smart ring correlate with the changes in central nervous system responses acquired by the polysomnography system. This suggests that a smart ring could be used for an indirect measurement of human stress level. Follow-up studies with larger sample sizes are needed to confirm the findings of this study and to determine the most suitable features for representation of human stress level.

Kognitiivisen stressin ja rentoutumisen vaikutusten mittaaminen älysormuksella

Tiivistelmä

Pitkittynyt stressi toimii riskitekijänä lukuisille sairauksille, kuten sydän- ja verisuonitaudeille. Stressin vaivaton mittaaminen mahdollistaisi stressitason seuraamisen, mikä vuorostaan auttaisi ihmisiä tekemään parempia valintoja terveellisemmän elämäntyylin puolesta. Tässä tutkimuksessa käytettiin polysomnografialaitteistoa sekä puettavaa älysormusta keskushermoston ja autonomisen hermoston vasteiden mittaamiseen kymmeneltä terveeltä koehenkilöltä (viisi miestä ja viisi naista), iältään 23–26. Vasteet mitattiin kahdessa tilassa: päässälaskutehtävän aikaansaamassa kognitiivisessa stressissä sekä hengitykseen keskittyvän meditaatioharjoituksen aikaansaamassa rentoutumisessa.

Kahdelle elektroenkefalografian taajuuskaistalle, alfalle ja beetalle, laskettiin tehon spektritiheydet kuvastamaan keskushermoston vastetta. Lisäksi laskettiin syke, sykevälivaihtelu sekä ääreislämpötila (sormen lämpötila) kuvastamaan autonomisen hermoston vastetta. Kognitiivisessa stressissä sekä alfa- että beetakaistan aktiivisuus kasvoi, alfalla 53,26 % ja beetalla 94,70 %. Myös syke nousi 19,33 %, kun taas sykevälivaihtelu pieneni 25,65 % ja ääreislämpötilan muutos oli 0,77 ℃ pienempi.

Tulokset osoittavat, että älysormuksella mitatut autonomisen hermoston vasteen muutokset korreloivat polysomnografialaitteistolla mitattujen keskushermoston vasteen muutosten kanssa. Tämä antaa ymmärtää, että älysormusta voitaisiin käyttää ihmisen stressitason epäsuoraan mittaamiseen. Suuremman kokoluokan jatkotutkimuksia tarvitaan varmistamaan tämän tutkimuksen löydökset sekä määrittämään sopivimmat fysiologiset piirteet kuvastamaan ihmisen stressitasoa.

see all

Subjects:
Copyright information: © Tomi Honkanen, 2020. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.