[發明專利]基于腦電特征的情緒狀態識別方法

有效

• 申請號: 201210199052.7
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102715911A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 張迪;明東;陳龍;李南南;柯余峰;許敏鵬;綦宏志;萬柏坤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16;A61B5/0476
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種情緒狀態識別方法。特別是涉及一種可用于臨床情緒障礙疾病的診斷及療效評價、情緒的神經反饋調節的基于腦電特征的情緒狀態識別方法。

背景技術

情緒是人腦的高級功能，保證著有機體的生存和適應，對個體的學習、記憶、決策有著重要的影響。情緒也是個體差異的來源，是許多個性特征和心理病理的關鍵成分。隨著社會的發展，各年齡、各領域人們的情緒困擾越來越多、越來越嚴重，各種與情緒相關的疾病發病率越來越高，如抑郁癥、狂躁癥、焦慮癥、強迫癥、情感障礙等。對情緒的正確識別和調節對改善人類生活品質，保障身心健康具有重大意義。

目前國內外研究者通過表情、語音、姿勢信號來識別人的情緒，運用多種模式識別的方法已經得到了一些效果，但由于信號的易控性及可偽裝性，結果無法排除被試主觀因素的影響，有時無法觀測到潛在的、真實的情感狀態。情緒是大腦皮層和皮層下神經過程協同活動的結果，且瞬變性強。腦電是自發的不受人為控制的放電活動，具有時間分辨率高和簡便易行的優勢，因而利用腦電來識別情緒并揭示其復雜的神經機制是可行的，基于EEG的情緒識別研究為情緒障礙疾病的診斷和治療評價提供新的途徑，同時也為負面情緒的神經反饋調節和訓練提供科學全面的理論基礎。基于腦電的情緒研究近年來受到了越來越多的關注。

目前基于腦電的情緒識別研究，識別率尚待提高。因為這類情緒研究大多在誘發條件下進行，誘發腦電中除了與情緒相關的腦電成分外還含有大量的背景信號，例如基于情緒圖片的誘發腦電中，就含有一些視覺誘發電位、自發腦電等。背景信號的存在干擾了與情緒相關的腦電特征的有效提取，在一定程度上影響了識別率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種通過共空間模式濾波方法，去除背景信號干擾，增強與情緒相關的腦電信號，提取出更有效的特征來提高多類情緒誘發腦電識別率的的基于腦電特征的情緒狀態識別方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于腦電特征的情緒狀態識別方法，包括如下階段：

（1）數據采集階段，所述的數據采集是在國際情緒圖片誘發條件下，提取被試在不同愉悅度等級圖片誘發下的64導腦電數據；

（2）數據預處理階段，

對采集到的64導腦電數據進行改變參考電位、降采樣、帶通濾波、去除眼電四個步驟的處理；

（3）特征提取階段，

所述的特征提取階段是將預處理后的信號用共空間模式算法進行濾波后提取時域特征；

（4）特征識別

特征提取后，使用支持向量機分類器對特征進行識別，將不同情緒狀態區分開。

所述的數據采集階段包括進行如下步驟：

1）實驗設計：從國際情緒圖片庫中選擇了45張圖片，按愉悅度范圍分為3個等級，每個等級15張圖片；等級1、2、3分別對應代表消極、中性、積極情緒圖片；包含45次任務，每次刺激任務時間為14秒，有三個時段，即圖片呈現時段A、休息時段B和提醒時段C；

2）腦電采集：采集EEG的實驗程序是在stim2平臺下設計的，腦電采集儀器使用的是scan4.3，使用的腦電電極帽是10-20標準64導聯。

所述的數據預處理階段中的改變參考電位，是將CZ導聯處的原參考電位變為位于兩側乳突部位的M1、M2處導聯的電位。

階段（2）中所述的降采樣，是將腦電信號的采樣頻率由1000Hz降為128Hz。

階段（2）中所述的帶通濾波范圍為1Hz～45Hz。

階段（2）中所述的去除眼電是通過獨立分量分析濾波的方法予以去除。

階段（3）中所述的特征提取階段包括如下步驟：

1）共空間模式濾波：

三類任務原始的腦電信號為64×384維的矩陣：設為X₁，X₂和X₃其中64為導聯通道數，384為每個通道在刺激任務下的前3秒的數據點數，則每一類信號的歸一化協方差矩陣分別為：