基于音乐刺激诱导脑状态的方法研究

摘要

近些年来，随着科技的发展，人们生活节奏逐渐加快，致使工作生活的压力也逐渐变大，长期压力的积累会对身体健康产生严重危害。而随着认知神经学和心理学研究的不断进步，揭示出可以通过调节大脑活动状态的方法来帮助人们及时调节自身生理状态，这类方法的研究越来越受到重视。调节大脑的方式很多，其中音乐因其蕴含了人类丰富的情感，以其独特的律动刺激着人们的听觉，故以音乐的形式来对大脑状态进行诱导调节的方式也越来越受到青睐。本文对大脑诱导调节的方法研究取得了以下工作成果：
　　1）提出了一种基于轻音乐的节拍渐变和左右声道振幅交替变化的音乐刺激方法。通过对实验收集到的脑电波数据进行重心频率的计算及分析，以及对EEG数据采取离群点处理、数据标准化等操作后，在时域、频域等方面进行脑电信号的特征提取，使用多种机器学习分类算法对实验调节前后的脑电信号进行分类识别，从而验证了该方法相比于原轻音乐能更快且有效达到预期刺激效果。
　　2）提出了一种基于中国古典轻音乐的节拍渐变和左右声道振幅交替变化的音乐刺激方法。对该方法下的实验EEG重心频率的分析研究表明：通过该方法对大脑进行调节，调节时间持续约为2min时，能够促进诱导大脑进入放松状态，相比于中国古典原轻音乐以及其他类型歌曲，调节时间缩短了约1~2min；且基于时域、频域进行特征提取的随机森林算法对调节前、调节后两阶段EEG数据进行分类识别，平均识别准确率高达86.69％，相比于中国古典原轻音乐以及其他类型歌曲，高出2%~7%。以上结果表明基于中国古典轻音乐的节拍渐变和左右声道振幅交替变化的音乐刺激方法，相比于中国古典原轻音乐以及其他类型歌曲，前者能够更快且有效的促进诱导大脑进入放松状态。
　　3）提出了一种基于西方电子合成轻音乐的节拍渐变和左右声道振幅交替变化的音乐刺激方法。对该方法下的实验EEG重心频率的分析研究表明：通过该方法对大脑进行调节，调节时间持续约为1~2min时，能够促进提高大脑的警觉性，相比于西方电子合成原轻音乐，调节时间缩短了近一半；且基于时域、频域进行特征提取的随机森林算法对调节前、调节后两阶段EEG数据进行分类识别，平均识别准确率高达85.48%，相比于西方电子合成原轻音乐，高出2.08%。以上结果表明基于西方电子合成轻音乐的节拍渐变和左右声道振幅交替变化的音乐刺激方法，相比于西方电子合成轻音乐，前者能够更快且有效的诱导大脑提高精神警觉性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及贡献

1.4 本文的组织结构

第2章 脑电与音乐的基础理论

2.1 脑电信号与音乐的基础

2.2 音乐刺激材料生成模型

2.3 脑电信号的采集

2.4 本章小结

第3章 基于重心频率的脑电信号分析

3.1 脑电信号的处理流程

3.2 脑电功率谱重心频率的计算

3.3 脑电功率谱重心频率的分析及讨论

3.4 本章小结

第4章 基于机器学习的脑状态分类

4.1 大脑状态分类的识别算法原理

4.2 脑电信号的预处理

4.3 脑电信号的特征提取

4.4 分类结果分析及讨论

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来研究工作

参考文献

致谢

附录（攻读硕士学位期间参与的科研项目和研究成果）