脑磁图信号时域分析算法及其在语音响应分析中的应用

发布时间：2020-04-15 22:53

【摘要】：语音是人类的主要交流方式。语音理解过程中,大脑利用内隐的语言学知识,从语音这种声音信号中解码出说话人所要表达的意义。日常生活中,语音往往以连续声音流的形式呈现,从连续语音流中分离出分层级的离散语言结构(比如音节、词汇、短语和句子)并构建其神经表征是语音理解的核心步骤。已有研究表明语音理解过程中会产生与语音中音节、短语和句子节奏同步的神经响应,但是已有方法在信号处理过程中丢失了信号的相位信息,只能利用频域的幅度谱对信号进行分析。针对这个问题,本文提出一种新的神经响应分析方法,这种新的方法可以对齐不同被试的神经响应相位,从而实现对神经响应的时域分析。首先,本文提出一种基于多数据集典型相关分析(multiset Canonical CorrelationsAnalysis,mCCA)的脑磁图分析方法,并采用交叉检验方法,基于真实数据对该方法的效果进行验证。分析结果表明这种新方法综合分析多个被试的脑电响应,可以对齐被试间的响应相位。其次,本文利用降噪源分离(Denoising SourceSeparation,DSS)对数据进行降维,并发现基于DSS子空间的方法可以进一步提升mCCA脑磁图分析的效率和稳定性。本论文的分析也揭示了之前通过研究脑磁图信号频谱能量无法揭示的一些问题:首先,大脑皮层对不同层级语法结构的追踪响应出现在刺激的开始,而不是随着刺激不断重复而缓慢建立。其次,不同层级语法结构的神经追踪响应是缓慢的神经波动,而不是一系列出现在句子边界的冲激响应。最后非常重要的是,音节神经响应和短语、句子的神经响应在空间上是可分离的。综上,本文提出了一种基于多数据集的脑磁图分析方法,可以稳定地实现对多被试脑磁图响应的时域分析。
【图文】：

脑磁图,测量设备,框图,磁屏蔽

精密的仪器以及很好的抗干扰措施。目前通用的脑磁设备主要由磁屏蔽系统、磁逡逑场探测装置、头位置指示器、刺激系统、信息结合处理系统以及灌液氦装置组成，逡逑详见图１．２。逡逑磁屏蔽系统主要是最大化降低外界磁场的干扰，一般是一个在脑磁装置外部逡逑建立一个磁屏蔽室。磁场探测装置则主要是由超导量子干涉仪构成，此干涉仪是逡逑唯一具有测量生物磁场敏感度的探测器，能将烎弱的磁场信号转化为电信号。头逡逑位置指示器则能够把头部进行数字化，并投影到一个坐标系统中方便后续分析。逡逑刺激系统主要是通过一些实验方法诱发脑磁场并作为后续分析的依凭。信息结合逡逑处理系统是一台数据采集计算机，可用来对数据进行一些初步的处理和分析。最逡逑后的灌液氦装置则是间隔固定周期给超导量子干涉仪灌液氦来保持其超导状态。逡逑２逡逑

包络图,连续语音,皮层,包络

语音理解过程中，大脑利用内隐的语言学知识，从语音这种声音信号中解说话人所表徸的意义。日常生活中，语音往往以连续声音流的形式呈现，从的语音流中分离出离散的语言结构并构建其神经表征是语音理解的核心步骤音流中的语言结构是分层级进行组织的，，在人类语言中，小的语言单元可以俎合成为大的语言单元。这一迭代组合过程产生了一系列不同大小的，不同的语言结构，比如音素、音节、词汇、短语和语句。语言单元间的迭代组合类语言灵活表达语义的基础，也是人类语言最核心的特征。所以，为了理解解析语言的过程，不同大小的语言单元在大脑中的表征方式是一个很关键的｜邋［１，１５，１７，３９，４１，４６］邋0逡逑有研究表明当人听到连续语音的时候使用脑磁图和脑电图观测到的大脑的活动会追踪声音韵律在音节和音素层级处理上的一些特点［７，９，１（）－２（），２８，２９，３６］。，有文章更进一步表明了大脑皮层的活动能并发追踪更高层级的语法结构，短语和句子［８］，见图１．４ａ。不过，对于短语和句子的神经追踪响应，以往的
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.6;R338

【相似文献】