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中国生物医学工程学报 2021年第3期40卷 266-271页

作者：蓝文威陈晨张金张家琦黎峰高军峰中南民族大学生物医学工程学院武汉430074 认知科学国家民委重点实验室武汉430074

为区分大脑的情绪状态以及研究在不同情绪状态下的大脑半球不对称性,征选20名健康视听无障碍的受试作为实验对象,联合虚拟现实(VR)技术和脑电(EEG)监测,在不同的VR影片刺激下,采集受试脑电信号,提取各频段的平均功率谱密度,并计算大脑... 详细信息

为区分大脑的情绪状态以及研究在不同情绪状态下的大脑半球不对称性,征选20名健康视听无障碍的受试作为实验对象,联合虚拟现实(VR)技术和脑电(EEG)监测,在不同的VR影片刺激下,采集受试脑电信号,提取各频段的平均功率谱密度,并计算大脑半球不对称性的参考指数,对比在不同情绪状态下各频段与各脑区下的参考指数。结果显示,相较于中性情绪,积极情绪与消极情绪在额区的半球不对称性指数均偏小,但在alpha频段,额区出现积极(0.130±0.227)、中性(0.058±0.240)、消极(0.006±0.130)依次递减的指数趋势,表明积极情绪下左侧额区更加活跃,且积极情绪与消极情绪两组间有具显著差异(P半球不对称性指数较为平均。此结果可为不同情绪的区分提供新思路,也为脑功能疾病以及心理疾病的判断和治疗提供新方法。

关键词：情绪状态半球不对称性指数 EEG 功率谱密度虚拟现实技术

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联合EEG与VR技术的大脑情绪状态的不对称性研究

联合EEG与VR技术的大脑情绪状态的不对称性研究

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作者：蓝文威中南民族大学

学位级别：硕士

大脑是人类中枢神经系统最高级的部分。近十几年,大脑功能状态的研究一直是人类探索自身奥秘的热门,随着脑科学、神经科学及信息科学的快速发展,使用脑电信号（Electroencephalography,EEG）数据进行大脑情绪状态的研究已经形成较为活... 详细信息

大脑是人类中枢神经系统最高级的部分。近十几年,大脑功能状态的研究一直是人类探索自身奥秘的热门,随着脑科学、神经科学及信息科学的快速发展,使用脑电信号（Electroencephalography,EEG）数据进行大脑情绪状态的研究已经形成较为活跃的领域,其中非植入式电极凭借着方便、无创的优势受到了研究者的青睐,不仅如此,采用脑电特征进行情绪研究更能反映情绪的产生和调节过程。与此同时,人工智能的发展为脑电信号与人机交互奠定了良好的基础,对于大脑情绪状态的不对称性的探索也逐渐多样化。本文选取功率谱密度（Power spectral density,PSD）、半球不对称性指数、锁相值（Phase lock value,PLV）、脑网络指标、图论分析等作为研究大脑情绪状态不对称性的工具,征选了20名平均年龄23.9岁、视力听力无缺陷的受试作为实验对象,联合EEG和虚拟现实技术（Virtual reality,VR）技术,是目前较为先进的研究方向,运用视觉、听觉的感官与虚拟三维环境中的物体进行交互,创造出身临其境的感官体验,刺激材料选择能诱发积极、中性、消极情绪的12段影片,通过在不同VR影片的刺激下,采集受试脑电信号,并在此基础上要求受试对同种刺激材料进行诱发情绪程度评分,作为挑选数据的优先性。接着提取各频段的平均功率谱密度,观察左右半球的不对称性,并计算大脑半球不对称性的参考指数,对比在各频段与各脑区下的参考指数。结果表明,alpha频段下的额区在积极情绪的能量大于消极情绪,且呈现积极、中性消极递减的趋势,说明alpha频段是情绪活动的主要特征频段,而且额区的活跃程度与情绪密切相关。脑网络是一种由神经元集群的非线性动力学行为产生的结果。本文在alpha频段利用PLV构建不同情绪下的左右半球功能性脑网络,再通过小世界指标选取合适的阈值,并结合功能连接与脑网络分析。结果发现,连接矩阵与电极连接图表现出积极情绪下额区的左半球电极间相位同步性高于右半球,消极情绪下额区的右半球电极间相位同步性高于左半球,且存在显著差异;网络指标分析中消极情绪的右半球聚类系数高、特征路径长度低,电极对之间进行更有效的信息通讯,存在显著差异,积极情绪则为右半球信息传输效率更高。脑网络的图论分析的结果同样得出此结论。由此推测积极情绪下左半球额区占主导地位,消极情绪下右半球额区占主导地位。本研究主要联合EEG与VR技术探索不同情绪状态下的大脑半球不对称性,不仅是认知科学、神经科学、心理学等领域的重要课题,并与我们的生活状态和质量息息相关。本文为不同情绪的识别研究提供新思路,也为脑功能疾病以及心理疾病的诊断和治疗提供了新方法。

关键词：情绪状态虚拟现实技术功率谱半球不对称性指数锁相值功能连接脑网络

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