基于脑电的音高感知研究

论文摘要

脑电信号(Electroencephalogram,简称EEG)是人脑电活动的综合表现,包含着丰富的神经信息。在过去的一些年里,音乐已经越来越多的作为研究人类认知和脑机制的工具,而音高感知在识别和分辨声源特别是倾听音乐和语言时起到了关键作用,从而成为许多国内外认知科学家研究人类认知及其脑机制的一个重要的切入点。本文通过设计不同音高水平的音乐感知实验获取脑电数据,并把得到的脑电数据进行了局部的和整体的两种方法的分析:1.通过对播放调式变换音乐所得到的脑电数据进行局部的功率谱能量密度分析,结果发现:脑电θ频段功率谱能量与音乐在五度循环上的变化方向密切相关,前额的脑电θ频段功率谱能量随变化后调式与原调式在五度循环上的心理学距离的增大而增大,且右半球在此频段的功率谱能量大于左半球的;倍频和调式变换时,α1频段的功率谱能量的大小均与音乐的变化方向有关,但两侧大脑在此频段几乎不存在差异;β1频段的功率谱能量显著性差异只出现在调式变换时,主要集中在额叶和两侧颞叶。2.从整体着手利用脑电数据建立大脑神经功能性网络,分析该网络的复杂网络统计特征:度分布、聚类系数、信息熵等参数,发现大脑在听任何音高水平的音乐时都呈现无标度特性和小世界网络特征,并且在听原音乐时,大脑功能性网络的信息熵和聚类系数与听其他音高水平音乐时的相比都是最大的,说明此时大脑中有更多的神经元产生聚类,大脑所获得的信息量最大。本文研究表明,脑电信号的变化的确能够反应大脑对不同音高水平的音乐认知,在不同的音高水平特别是对于变化前后的情况,不同频段的脑电的功率谱能量密度和大脑功能性网络的聚类和信息吸收是明显不同的,均为研究不同音高水平音乐感知的非常有意义的方法,且两方法互相补充。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 音高的研究内容及意义
• 1.2 音高研究的发展概况及现状
• 1.3 本论文的选题和研究内容
• 1.4 全文结构安排
• 第二章 音高的研究基础
• 2.1 人脑与脑电
• 2.1.1 人脑的基本生理结构
• 2.1.2 脑电活动的节律性
• 2.2 音高的生理学基础
• 2.3 音高的心理学和相关音乐基础
• 2.3.1 音高、音程、八度
• 2.3.2 移调
• 2.3.3 知觉相似性的研究
• 2.4 音高的神经科学研究
• 第三章 实验设计及基于功率谱的脑电数据分析
• 3.1 实验设计及方法
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 实验条件
• 3.1.3 实验流程
• 3.2 基于功率谱分析简介
• 3.2.1 功率谱分析简介
• 3.2.2 实验数据分析
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 调式变换实验数据的功率谱分析
• 3.3.2 倍频变换实验数据的功率谱分析
• 3.4 小结与讨论
• 第四章 基于脑电图的功能性网络分析
• 4.1 功能性神经网络分析简介
• 4.2 功能性脑网络的构建
• 4.2.1 数据来源
• 4.2.2 基于EEG 的数据功能性脑网络的构建
• 4.3 对功能性脑网络的分析：度的分布、聚类系数和大脑神经网络信息熵
• 4.3.1 度的分布
• 4.3.2 聚类系数
• 4.3.3 大脑神经网络信息熵
• 4.4 小结与讨论
• 第五章 结论和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及攻硕期间的研究成果