Кратко: можно интегрировать несколько психофизиологических сигналов (HRV, ЭДР/GSR, ЭЭГ, дыхание, пульсовая волна/PPG, температурa кожи, салива́рный кортизол, ЭМГ, зрачковая реакция, актиграфия). Ниже — что измеряют, как применять в исследовании учебной нагрузки и основные ограничения/интерпретационные сложности.
1) Вариабельность сердечного ритма (HRV)
- Что измеряет: вегетативную регуляцию (симпато‑/парасимпатический баланс).
- Методы/интеграция: измерение по ЭКГ (предпочтительно) или PPG (но чувствителен к движению). Рекомендуемые параметры записи: частота дискретизации для ЭКГ $\ge 250\text{–}500\text{Hz}$, для PPG $\ge 25\text{–}100\text{Hz}$. Стандартные метрики: временные (SDNN, RMSSD), спектральные (LF, HF, LF/HF), нелинейные (SampEn, Poincaré). Формулы: $\mathrm{RMSSD}=\sqrt{\frac{1}{N-1}{\sum }_{i=1}^{N-1}(\Delta R{R}_i{)}^2}$. Частотные полосы: $\mathrm{LF}=0.04\text{–}0.15\text{Hz},\mathrm{HF}=0.15\text{–}0.4\text{Hz}$.
- Ограничения: чувствителен к физической активности, позе, дыханию; требует очистки артефактов R‑пиков; для надежной спектральной оценки обычно нужны окна $\sim 5\text{мин}$ (короткие окна $1\text{–}2\text{мин}$ менее надежны). Интерпретация LF/HF неоднозначна.
2) Кожно‑гальваническая реакция (EDA/GSR)
- Что измеряет: потливость, отражающую симпатическую активацию (фазные SCR и тонические SCL).
- Интеграция: носимые датчики на запястье/пальцах; частота дискретизации $\ge 10\text{Hz}$.
- Ограничения: чувствительна к температуре, влажности, движению; требует деконволюции для выделения SCR; специфичность низкая (любой сильный аффект/активация вызывает рост).
3) Дыхание (респирация)
- Что измеряет: частоту и глубину дыхания; важно для контроля влияния на HRV (респираторная синусоидальная аритмия).
- Интеграция: ремни на грудь/живот или дыхательные датчики; синхронизировать с HRV.
- Ограничения: дыхание самому по себе меняется при задачах (мысленная нагрузка, стресс) — нужно учитывать как ковариату.
4) Электроэнцефалография (EEG)
- Что измеряет: мозговые ритмы, индексы внимания/нагрузки (увеличение тета, снижение альфа и т.п.).
- Интеграция: лабораторные или мобильные шлемы; анализ спектра, ERP при стимульных задачах.
- Ограничения: чувствителен к движению/артефактам, требуется хорошая синхронизация, сложная предобработка и интерпретация (симптомы усталости vs стресс vs когнитивная нагрузка).
5) Пульсовая волна/PPG (в носимых устройствах)
- Что измеряет: сердечный ритм, опосредованно HRV; удобен для длительных полевых записей.
- Ограничения: артефакты при движении, точность меньше, чем у ЭКГ.
6) Зрачковая реакция (пупиллометрия)
- Что измеряет: когнитивная нагрузка и эмоциональная активация (пupil dilatation).
- Интеграция: стационарные или мобильные трекеры; требует контролируемого освещения.
- Ограничения: сильная зависимость от освещённости и взгляда.
7) ЭМГ (напряжение мышц)
- Что измеряет: мышечное напряжение (например, трапециевидная область при психологическом напряжении).
- Ограничения: чувствителен к позе и движению.
8) Температура кожи и актиграфия (активность/сон)
- Что измеряют: периферическая вазоконстрикция/вазодилатация; общую двигательную активность и сон.
- Ограничения: медленные изменения, менее специфичны для острых стрессовых эпизодов.
9) Салива́рный кортизол
- Что измеряет: активацию HPA‑оси (хронический/фазовый стресс).
- Интеграция: сбор слюны, анализ immunoassay; учитывать момент времени (реакция с пиком $\sim 20\text{–}30\text{мин}$ после стресса).
- Ограничения: низкая временная разрешающая способность, сильная суточная вариабельность, требует лабораторной обработки.
Интерпретационные сложности и общие ограничения
- Неспецифичность сигналов: многие физиологические изменения одинаково вызваны стрессом, когнитивной нагрузкой, физической активностью, эмоциями или стимулом тревоги.
- Конфаундеры: физическая активность, поза, кофеин/никотин, лекарства, сон, гидратация, питание, менструальный цикл; освещение (для зрачков), температура окружающей среды (для EDA).
- Параллельность процессов: HRV отражает быстрые автономные реакции, кортизол — медленные эндокринные; сравнивать нужно с учётом временных лагов.
- Качество сенсоров: носимые устройства упрощают сбор в полевых условиях, но точность ниже клинических приборов; движение даёт артефакты.
- Статистические и методологические сложности: автокорреляция временных рядов, множественное тестирование, необходимость внутри‑индивидуальной нормализации, выбор окон анализа (фазовые vs тонические изменения).
- Этические/практические: информированное согласие, приватность биоданных, комфорт студентов (инструменты не должны влиять на учебный процесс).
Практические рекомендации для исследования учебной нагрузки студентов
- Комбинируйте методы: минимум HRV (ЭКГ/PPG) + EDA + акселерометр + саморепорты/эмпирические отметки событий для лучшей специфичности.
- Контролируйте дыхание или измеряйте его параллельно при анализе HRV.
- Используйте внутри‑субъектную нормализацию (изменение относительно базовой сессии) и смешанные модели для анализа.
- Для спектральных HRV‑оценок применяйте окна $\sim 5\text{мин}$; для финишных/фазных реакций EDA анализируйте SCR в окнах $0\text{–}5\text{с}$ после события.
- Документируйте контекст (физическая активность, напитки, сон) и синхронизируйте таймстемпы всех датчиков.
- Предварительно пилотируйте сенсоры в реальных учебных условиях, чтобы оценить артефакты и приемлемость для студентов.
Вывод: интеграция возможна и полезна, но требует мульти‑модального подхода, тщательной предобработки, контроля конFOUNDеров и осторожной интерпретации — физиологические изменения редко указывают однозначно на «стресс» без контекстуальных и поведенческих данных.