《面向語音認知的腦電N400成分時-頻-空域聯合特徵提取研究》是依託北京理工大學，由林艷飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向語音認知的腦電N400成分時-頻-空域聯合特徵提取研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：林艷飛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
語言與人類生活密切相關，認知研究的群體結果表明腦電N400成分可客觀評估大腦的語義處理能力。對個體認知能力的客觀評估是目前臨床腦電套用基礎研究中具有挑戰性的問題。本項目擬基於腦電N400成分客觀評估單個受試的語音識別能力。研究內容包括：（一）單聽、單視、視聽覺三種感官形式誘發N400效應的認知研究，為全面評估語音識別能力提供認知基礎。（二）結合重採樣差分和時空域分析方法，提出個體較少試次下N400波形提取的算法設計，實現對個體語音識別能力的評估。（三）確定與語音識別能力相關的時-頻-空域多種客觀測量指標，此可為語音識別客觀檢測提供多方位的、定量的評價指標。（四）結合時-空域聯合分析方法，描述語音識別任務下各腦區的回響過程，此可評估語音識別任務相關腦區的功能狀態。本項目所提出的時-頻-空域聯合特徵可綜合評估語音識別能力，此可為臨床N400的套用提供支持，具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
N400成分是研究人類大腦語言加工機制的重要腦電成分，其空間分布和波形特徵與大腦的多種認知活動有關，可以用於認知研究和失語症、阿爾茲海默症、缺氧性腦損傷等多種臨床疾病的輔助診斷。疊加平均法是提取N400波形的金標準，但是存在明顯不足。在認知研究和臨床套用中，受試者會因為過長的實驗過程而產生疲勞，因此只能從少量試次的腦電數據中提取N400波形並分析其空-時-頻多域特徵。針對現存方法的不足，本項目提出基於多種語音刺激的N400誘發範式，並通過少試次波形提取算法得到N400的波形，分析其時-頻-空多域特徵。本項目的研究工作按照如下三方面展開：(1) 研究基於多種聽覺、視覺、視聽覺刺激的N400誘發範式；(2) 研究少試次條件下的N400波形提取方法，並分析N400的空-時-頻多域特徵和腦功能狀態分析；(3) 研究對不同刺激條件下的事件相關電位(event-related potential, ERP)的分類方法，提取不同刺激條件下的ERP空-時-頻多域判別特徵，並分析其與語音任務的相關性。本項目取得的研究成果匯總如下：(1) 提出了一種以漢字及其讀音為聽覺、視覺、視聽覺刺激材料的N400誘發實驗，通過調整刺激的信噪比誘發各種刺激條件下不同強度的N400波形，並使用功率譜分析、空間能量分布等多種空-時-頻分析手段分析N400實驗中的腦區回響情況；(2) 引入了多種ERP的提取方法和特徵提取方法，如有監督的信噪比最大化算法、空時級聯濾波、重採樣差分平均、結構化稀疏字典學習、低秩約束的稀疏分解等方法；(3) 探索如何使用機器學習理論對不同刺激條件下的ERP波形進行判別分析，將其空-時-頻特徵與刺激類型進行關聯。綜上所述，本研究團隊較好完成了研究任務，達到了預期目標。特別地，項目成果研究了多種提取N400波形及其空-時-頻特徵的算法。研究成果具有重要的理論意義，與認知和臨床研究中的實用價值。
