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文檔簡介
1、腦電信號(Electroencephalogram,簡稱EEG)是人腦神經(jīng)元活動的綜合表現(xiàn),包含豐富的神經(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。大腦和音樂之間的關(guān)系,一直是神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點問題。研究如何將腦電信號轉(zhuǎn)換為音樂,并對得到的音樂進(jìn)行分析和研究,對深入探討大腦與音樂的關(guān)系有重要意義。
本文從挖掘腦電信號與音樂的數(shù)理共性入手,提出了系列的基于腦電與音樂共同遵循的無標(biāo)度性質(zhì)的腦波音樂轉(zhuǎn)換
2、方法,主要工作如下:
1.根據(jù)腦電的振幅和音樂中音高的分布都滿足的無標(biāo)度特征,提出了基于單道EEG數(shù)據(jù)的無標(biāo)度腦波音樂方法,將EEG信號按照波形特征標(biāo)記為“事件”,將一個事件映射為一個音符,其中事件的時間長度映射為音長,波形的振幅按照無標(biāo)度關(guān)系映射為音高,平均功率映射為音強(qiáng)。實際的EEG信號被用于音樂生成,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同狀態(tài)下的腦波音樂可以被較好地區(qū)分,與另一種基于喚醒度水平的腦波音樂生成方法相比,這種無標(biāo)度的方法忠實反映了波
3、形的細(xì)節(jié)信息,并保留了信號原有的無標(biāo)度性質(zhì)。同時開發(fā)了相應(yīng)的實時腦波音樂系統(tǒng),可以用于實時監(jiān)控或者反饋。
2.在單道無標(biāo)度腦波音樂方法基礎(chǔ)上,提出了一種將兩道對稱電極的EEG信號轉(zhuǎn)換為兩聲部合奏腦波音樂的方法。首先將取自左右半球?qū)ΨQ電極的信號分別轉(zhuǎn)換為MIDI音樂序列,然后根據(jù)中國五聲調(diào)式和西方七聲調(diào)式的概念對其進(jìn)行處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)音樂的音高分布都符合無標(biāo)度性,且兩種調(diào)式在大腦不同狀態(tài)下得到的標(biāo)度指數(shù)有顯著的差異,其中五聲調(diào)式的
4、音樂聲部之間的協(xié)和性更高,其和聲音程的分布更符合無標(biāo)度性。另外,經(jīng)過五聲調(diào)式的處理,大腦兩種不同睡眠狀態(tài)音樂的差異變得更為明顯。
3.通過對大量音樂作品的分析,發(fā)現(xiàn)音程的協(xié)和性振蕩具有無標(biāo)度性,可以一定程度上反映作曲家的創(chuàng)作偏好,據(jù)此建立的音樂家網(wǎng)絡(luò)可以反映他們之間在和聲應(yīng)用上的傳承和相互影響。在此基礎(chǔ)上,提出了無標(biāo)度振蕩的腦波音樂方法,首先將兩個電極的信號分別轉(zhuǎn)換為MIDI音樂序列,然后利用同樣滿足無標(biāo)度振蕩的EEG相位同步
5、指數(shù),對該合奏音樂的音程協(xié)和性和音強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)兩個信號同步指數(shù)高時,音樂協(xié)和性就高,音強(qiáng)較大;當(dāng)同步指數(shù)低時,音樂趨向于不協(xié)和,音強(qiáng)較小。對安靜狀態(tài)下睜眼和閉眼的腦波合奏音樂進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)調(diào)整后音樂的標(biāo)度指數(shù)更加接近原始腦電信號。這種方法可以對大腦各腦區(qū)的協(xié)作性的動態(tài)變化進(jìn)行藝術(shù)性地表達(dá)。
4.分析和討論了音樂中節(jié)奏的功率譜,選擇了各種不同風(fēng)格的中國樂曲,包括古曲、兒歌、流行樂和地方戲曲,發(fā)現(xiàn)其節(jié)奏功率譜均符合標(biāo)度分布。在此
6、基礎(chǔ)上,提出了多聲部腦波音樂方法。在將每個電極的信號分別轉(zhuǎn)換為MIDI音樂序列后,模擬作曲家的創(chuàng)作,設(shè)計了藝術(shù)濾波器,保留原始音樂中符合調(diào)式和節(jié)拍要求的音符,最終形成多聲部的合奏音樂。結(jié)果表明,合奏腦波音樂比單道音樂更具節(jié)奏感,其音樂性與豐富性也明顯優(yōu)于單道音樂。此外,合奏腦波音樂還具有更接近原始數(shù)據(jù)的標(biāo)度指數(shù),且更加易于區(qū)分不同的狀態(tài)。
5.將無標(biāo)度腦波音樂用于齒科正畸疼痛控制。實驗中,被試在放置弓絲以后,被分為三個組,施以
7、不同的干預(yù)措施。腦波音樂組的被試要求每天聆聽本人的腦波音樂,該音樂采用的是在放置弓絲前采集的安靜閉眼狀態(tài)的EEG數(shù)據(jù);空白對照組的被試不接受任何干預(yù);認(rèn)知行為療法(CBT)組的被試要求每天聆聽相應(yīng)的錄音指導(dǎo)。實驗結(jié)果表明,腦波音樂對于正畸疼痛有較好的控制作用,與空白組和CBT組相比,腦波音樂組在疼痛量表得分上比其他兩組有明顯的降低,其EEG相干網(wǎng)絡(luò)的連接密度明顯大于空白組,比CBT組也略大,網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更接近小世界屬性。這說明腦波音樂在疼痛
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