基于腦電的腦波音樂研究.pdf

1、腦電信號（Electroencephalogram，簡稱EEG）是人腦神經(jīng)元活動的綜合表現(xiàn)，腦電波包含著豐富的神經(jīng)信息。音樂是人腦智力活動的產(chǎn)物，對人的身心有著巨大的影響。人腦和音樂之間的關(guān)系，腦對音樂的感知和處理，以及音樂對腦的作用機(jī)制，一直是神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。鑒于腦電波與音樂有著類似的信號形式，將腦電波轉(zhuǎn)換為音樂來進(jìn)行分析和研究是可行的。本文提出了兩種將腦電轉(zhuǎn)換為音樂的編碼策略，使生成的音樂能在一定程度上表達(dá)大腦

2、的意識狀態(tài)，并將之應(yīng)用于睡眠腦電。另一方面，腦電信號一般是以視覺的形式來呈現(xiàn)，將腦電轉(zhuǎn)換為音樂的形式也提供了一種以聽覺的形式來監(jiān)測腦電的新手段。
　　本論文中第一類腦波音樂編碼策略是一種較為直接的映射方法。根據(jù)腦電信號和音樂都滿足標(biāo)度性質(zhì)（即都符合Power Law）這一特點(diǎn)，結(jié)合人對音樂要素的感知的費(fèi)希納定律，建立了從腦電信號特征參數(shù)到音樂中樂音的基本要素的對應(yīng)關(guān)系，即振幅－音高，周期－音長，平均功率－音強(qiáng)。結(jié)果顯示，這種方法生

3、成的音樂保留了腦波的標(biāo)度性質(zhì)，且對應(yīng)不同睡眠期的音樂在音高、音長和音強(qiáng)上均顯示出不同的特性。大腦意識活動強(qiáng)烈時的腦波一般體現(xiàn)為高頻低幅，對應(yīng)于音高較低、音長較短的音樂片段；而大腦意識活動較弱時，則對應(yīng)音高較高、音長較長的音樂片段。同時，逆向應(yīng)用這種映射規(guī)則，可以從音樂中重建腦波，因此該方法可以用于腦電的編碼和記錄。
　　本論文中第二類腦波音樂生成方法是一種較為間接的方法。利用小波分析等方法提取腦電信號中的時頻信息，然后結(jié)合近年來計

4、算機(jī)音樂的自動作曲系統(tǒng)的方式，參考音樂中旋律發(fā)展的思想，通過劃分段落，定義音域、節(jié)奏型，產(chǎn)生和弦及旋律等步驟，使用各種音樂要素來表達(dá)相應(yīng)的腦波時頻信息。結(jié)果顯示，這種方法產(chǎn)生的音樂比直接方法產(chǎn)生的音樂有更強(qiáng)的音樂性，且不同睡眠期對應(yīng)的音樂有不同的音域、節(jié)奏型和旋律特征。大腦意識活動強(qiáng)烈時的腦電產(chǎn)生的音樂，節(jié)奏密集，音域較高，聽上去顯得活潑，有豐富的變化；而由大腦意識活動較弱的腦電數(shù)據(jù)產(chǎn)生的音樂，則音域較低，節(jié)奏緩慢，給人低沉舒緩的感覺。