古琴音樂背景下EEG的非線性分析及其可視化.pdf

1、在自然界中,許多復(fù)雜和有趣的現(xiàn)象都能夠被歸為非線性現(xiàn)象。大腦的認(rèn)知活動(dòng)便是其中之一。用來解釋非線性現(xiàn)象的理論稱作非線性動(dòng)力系統(tǒng),也叫做混沌理論。人的大腦在物質(zhì)上的表現(xiàn)是一個(gè)不斷變化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),如何描述這個(gè)系統(tǒng)的特征并探尋此特征和大腦認(rèn)知狀態(tài)之間的某種關(guān)聯(lián)我們所關(guān)心的。通過記錄某種大腦活動(dòng)時(shí)的腦電數(shù)據(jù)EEG并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化處理,并采用統(tǒng)計(jì)計(jì)算來找到不同大腦狀態(tài)下的各種腦電數(shù)據(jù)參數(shù)的變化情況是一種有效的研究方法。本文的實(shí)驗(yàn)便是

2、在此思路上試圖分析被試在聆聽古琴音樂這種極具東方特點(diǎn)的古老音樂時(shí)大腦狀態(tài)的非線性特征,并將這些特征用有效的可視化方法表示出來。
　　 本文首先介紹了當(dāng)前非線性混沌動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)理論,目的在于為隨后引出的腦科學(xué)研究中使用的非線性分析方法做一個(gè)鋪墊。
　　 其次,文章闡述了關(guān)于EEG的數(shù)據(jù)處理部分的內(nèi)容。EEG數(shù)據(jù)實(shí)際上是一組離散時(shí)間序列,該序列來自于對(duì)大腦皮層放電的分布采樣,EEG的特殊性在于其是和大腦活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的非線性數(shù)據(jù)

3、。因此要將EEG中的非線性特征進(jìn)行提取必然要遵循非線性數(shù)據(jù)處理的一般流程,例如相空間重構(gòu)。針對(duì)不同需求計(jì)算不同的非線性特征,這些特征可以屬于動(dòng)力學(xué)、信息學(xué)或是復(fù)雜理論的范疇。本文詳細(xì)介紹了其中的動(dòng)力學(xué)特征關(guān)聯(lián)維度(D2)和復(fù)雜度度量LZC復(fù)雜度以及信息學(xué)上的互信息。這幾種方法也是在隨后的實(shí)驗(yàn)中使用到的。
　　 本文的第三個(gè)主題是實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中分別記錄了16位無古琴音樂訓(xùn)練背景的中國在校大學(xué)生在平靜狀態(tài)、噪聲背景和古琴音樂背景三