一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统

摘要

本发明涉及语言能力客观评价技术领域，特别是指一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统，一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法包括：播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据；根据脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布；根据频率空间信号分布和预设的目标频率进行数据提取，获得目标频率信号值和相邻基线频率信号值；根据目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果；将汉语水平判断结果输入显示器进行显示。本发明不依赖于汉语学习者的主观反馈对汉语言能力进行准确、可靠地评估，拓展了汉语语言能力的评估方法。

说明书

技术领域

本发明涉及语言能力客观评价技术领域，特别是指一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统。

背景技术

脑部的神经震荡(neuraloscillation)是指大脑在加工外部信号时所产生的周期性神经活动，可通过脑电图或脑磁图技术进行采集。当给受测试者播放语音刺激时，如果听者是汉语母语者，大脑能够基于母语词汇和语法知识对语言流中的语言结构(如字、词、短语和句子)进行快速的切割和组织，从而迅速理解语言；如果受测试者不具备汉语知识，则大脑无法进行高层级语言结构(例如词、短语和句子)的组织，表示无法听懂汉语。脑部神经震荡信号能够表征上述母语者构建语言结构的加工过程。

汉语为第二语言习得的人群具备一定程度的汉语词汇和语法知识，但是又相较于汉语母语者有很大的弱势。为了评估汉语学习者的语言能力，目前的主流评估方法主要基于访谈、问卷或行为测试。例如，要求汉语学习者完成汉语能力测试试卷，通过试卷得分评估汉语语言能力。这些评估方法均需要汉语学习者进行主观判断和反馈。在现有技术手段中缺乏根据客观生理指标，判断汉语言学习者语言能力的方法，使得判断不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：

播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据；

根据所述脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布；

根据所述频率空间信号分布和预设的目标频率进行数据提取，获得目标频率信号值和相邻基线频率信号值；

根据所述目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果；

将所述汉语水平判断结果输入显示器进行显示。

可选地，所述播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据，包括：

采用声音刺激器对受测试者播放周期性语音刺激；所述周期性语音刺激的单字频率不高于8Hz；

根据受测试者的脑电图信号或脑磁图信号进行信号采集，获得脑部神经活动信号；

根据所述脑部神经活动信号进行信号放大操作和数模转换操作，获得脑神经数据。

可选地，所述根据所述脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布，包括：

根据所述脑神经数据进行滤波操作、去眼电操作和基线矫正操作，获得处理后的脑神经数据；

根据所述处理后的脑神经数据，通过快速傅里叶变换转化为频率空间的神经震荡信号，获得频率空间信号分布。

其中，所述预设的目标频率是预设高级语言结构的语言频率；

所述预设高级语言结构是指单个字组成词语、短语或句子的语言结构；

所述预设的高级语言结构频率不低于0.3Hz，设定一种或多种高级语言结构频率。

可选地，所述根据所述目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果，包括：

根据所述相邻基线频率信号值，获得相邻基线频率信号平均值；

当所述相邻基线频率信号平均值低于所述目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为1，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为高；

当所述相邻基线频率信号平均值不高于所述目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为0，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为低。

另一方面，提供了一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的系统，该系统应用于一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法，所述一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的系统包括电子设备和显示器，其中：

所述电子设备，用于播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据；根据所述脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布；根据所述频率空间信号分布和预设的目标频率进行数据提取，获得目标频率信号值和相邻基线频率信号值；根据所述目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果；

所述显示器，用于将所述汉语水平判断结果输入显示器进行显示。

可选地，所述电子设备，进一步用于：

采用声音刺激器对受测试者播放周期性语音刺激；所述周期性语音刺激的单字频率不高于8Hz；

根据受测试者的脑电图信号或脑磁图信号进行信号采集，获得脑部神经活动信号；

根据所述脑部神经活动信号进行信号放大操作和数模转换操作，获得脑神经数据。

可选地，所述电子设备，进一步用于：

根据所述脑神经数据进行滤波操作、去眼电操作和基线矫正操作，获得处理后的脑神经数据；

根据所述处理后的脑神经数据，通过快速傅里叶变换转化为频率空间的神经震荡信号，获得频率空间信号分布。

其中，所述预设的目标频率是预设高级语言结构的语言频率；

所述预设高级语言结构是指单个字组成词语、短语或句子的语言结构；

所述预设的高级语言结构频率不低于0.3Hz，设定一种或多种高级语言结构频率。

可选地，所述电子设备，进一步用于：

根据所述相邻基线频率信号值，获得相邻基线频率信号平均值；

当所述相邻基线频率信号平均值低于所述目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为1，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为高；

当所述相邻基线频率信号平均值不高于所述目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为0，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为低。

另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法。

另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明提供的基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统，通过对脑神经震荡信号的观测和分析，反映了受测试者汉语言加工水平的客观生理指标，预设的高级语言结构具备较高的灵活度，可设置多种目标频率，提高评估指标的灵活性。本发明不依赖于汉语学习者的主观反馈对汉语言能力进行准确、可靠地评估，拓展了汉语语言能力的评估方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的装置框图；

图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供了一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图1所示的一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：

S1、播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据。

可选地，播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据，包括：

采用声音刺激器对受测试者播放周期性语音刺激；周期性语音刺激的单字频率不高于8Hz；

根据受测试者的脑电图信号或脑磁图信号进行信号采集，获得脑部神经活动信号；

根据脑部神经活动信号进行信号放大操作和数模转换操作，获得脑神经数据。

一种可行的实施方式中，本发明采用一系列汉语语音作为刺激材料，这些语音刺激材料单字播放频率为4Hz，每两个字组成一个词语，每四个字组成一个句子，因此本发明预设词语结构频率为2Hz，预设句子结构频率为1Hz。将语音刺激材料通过耳机播放给使用者。

选取64导脑电图记录系统，并同时采集水平与垂直眼电。脑电信号以Neuroscan脑电仪以cdt格式文件存储于计算机中。

S2、根据脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布。

可选地，根据脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布，包括：

根据脑神经数据进行滤波操作、去眼电操作和基线矫正操作，获得处理后的脑神经数据；

根据处理后的脑神经数据，通过快速傅里叶变换转化为频率空间的神经震荡信号，获得频率空间信号分布。

一种可行的实施方式中，对计算机中存储的脑电信号进行预处理，包括0.2-60Hz的滤波及利用独立成分分析方法去除眼电伪迹，并与声音的起始位置进行对齐。

将脑电仪采集的每个通道的脑电信号通过快速傅里叶变换转化为频域表征，提取频率表征中特定频率的信号值与其相邻频率的信号值，提取预设高级语言结构频率的信号值A，以及相邻两侧基线频率的信号值B和C。

S3、根据频率空间信号分布和预设的目标频率进行数据提取，获得目标频率信号值和相邻基线频率信号值。

其中，预设的目标频率是预设高级语言结构的语言频率；

预设高级语言结构是指单个字组成词语、短语或句子的语言结构；

预设的高级语言结构频率不低于0.3Hz，设定一种或多种高级语言结构频率。

一种可行的实施方式中，预设高级语言结构是指单个字组成词语、短语或句子的语言结构，高级语言结构频率不能过低，过低则导致信号不易被检出，因此所述预设的高级语言结构频率不低于0.3Hz。可设定一种或多种高级语言结构频率。

预设高级语言结构频率＝语音刺激单字播放频率/n，n代表每n个字构成词语、短语或句子(n≥2)。

S4、根据目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果。

可选地，根据目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果，包括：

根据相邻基线频率信号值，获得相邻基线频率信号平均值；

当相邻基线频率信号平均值低于目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为1，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为高；

当相邻基线频率信号平均值不高于目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为0，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为低。

一种可行的实施方式中，在受测试者的脑神经信号频率空间信号分布中，当汉语学习者能够进行对预设高级语言结构进行较好的神经加工时，所得到的预设高级语言结构频率信号值A显著高于(B+C)/2，当汉语学习者语言加工能力弱无法很好地进行语言结构的加工时，目标频率信号值A接近于(B+C)/2。

在本发明中，将A、B、C三者同时作为特征，当该频率信号值升高时，即当A>(B+C)/2时，输出结果表征值为“1”，将该目标频率代表的语言结构加工判断为“高”；当内源性目标信能量未升高时，即当A≤(B+C)/2时，输出结果表征值为“0”，将其判为“低”，这样就可以实现一个二类(“高/低”)的信号分类。

S5、将汉语水平判断结果输入显示器进行显示。

一种可行的实施方式中，在该步骤中根据汉语水平判断结果输入显示器，进入结果输出界面，该界面作为信号输出端，将反映语言结构加工的生理信号输出为可视化结果，对单个预设高级语言结构频率进行检测后，使用显示器将判断指令输出为“高”和“低”。当分类检测结果为“1”时，表明脑电信号中存在强烈的表征该语言结构的神经信号，说明使用者具备很好的加工该语言结构的能力，此时脑电信号将该预设频率对应的语言结构加工能力判断为“高”，显示器界面输出“语言结构：语言加工能力高”。

在本发明中，语言结构是词语或句子。当分类检测结果为“0”时，说明脑电信号中不存在强烈的加工该语言结构的信号，说明使用者不能很好地加工该语言结构，脑电信号判断为“低”，显示器界面输出“语言加工能力低”。对所有预设高级语言结构频率进行检测后，将所有结果进行输出，在本发明中输出为“词语：语言加工能力高；句子，语言加工能力低”。

本发明提供的基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统，通过对脑神经震荡信号的观测和分析，反应了受测试者汉语言加工水平的客观生理指标，预设的高级语言结构具备较高的灵活度，可设置多种目标频率，提高评估指标的灵活性。本发明不依赖于汉语学习者的主观反馈对汉语言能力进行准确、可靠地评估，拓展了汉语语言能力的评估方法。

图2是根据一示例性实施例示出的一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的系统框图，该系统应用于一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法。参照图2，该系统包括系统包括电子设备和显示器，其中：

电子设备210，用于播放语音刺激，对受测试者进行数据采集，获得脑神经数据；根据脑神经数据进行快速傅里叶变换，获得频率空间信号分布；根据频率空间信号分布和预设的目标频率进行数据提取，获得目标频率信号值和相邻基线频率信号值；根据目标频率信号值和相邻基线频率信号值进行判断，获得汉语水平判断结果；

显示器220，用于将汉语水平判断结果输入显示器进行显示。

可选地，电子设备210，进一步用于：

采用声音刺激器对受测试者播放周期性语音刺激；周期性语音刺激的单字频率不高于8Hz；

根据受测试者的脑电图信号或脑磁图信号进行信号采集，获得脑部神经活动信号；

根据脑部神经活动信号进行信号放大操作和数模转换操作，获得脑神经数据。

可选地，电子设备210，进一步用于：

根据脑神经数据进行滤波操作、去眼电操作和基线矫正操作，获得处理后的脑神经数据；

根据处理后的脑神经数据，通过快速傅里叶变换转化为频率空间的神经震荡信号，获得频率空间信号分布。

其中，预设的目标频率是预设高级语言结构的语言频率；

预设高级语言结构是指单个字组成词语、短语或句子的语言结构；

预设的高级语言结构频率不低于0.3Hz，设定一种或多种高级语言结构频率。

可选地，电子设备210，进一步用于：

根据相邻基线频率信号值，获得相邻基线频率信号平均值；

当相邻基线频率信号平均值低于目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为1，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为高；

当相邻基线频率信号平均值不高于目标频率信号值，输出汉语水平判断结果的表征值为0，将受测试者对预设的目标频率的内容的语言能力判定为低。

本发明提供的基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法及系统，通过对脑神经震荡信号的观测和分析，反应了受测试者汉语言加工水平的客观生理指标，预设的高级语言结构具备较高的灵活度，可设置多种目标频率，提高评估指标的灵活性。本发明不依赖于汉语学习者的主观反馈对汉语言能力进行准确、可靠地评估，拓展了汉语语言能力的评估方法。

图3是本发明实施例提供的一种电子设备300的结构示意图，该电子设备300可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessingunits，CPU)301和一个或一个以上的存储器302，其中，所述存储器302中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器301加载并执行以实现上述一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法的步骤。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述一种基于神经震荡评估汉语学习者语言能力的方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。