[發(fā)明專利]一種人腦語言認(rèn)知建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310454914.0
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN103530505B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洪波;馮士剛;魯明羽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人腦語言認(rèn)知技術(shù)，特別是一種人腦語言認(rèn)知建模方法。

背景技術(shù)

認(rèn)知在人腦中最直接的反映是腦區(qū)激活或抑制程度，從神經(jīng)信息學(xué)的角度，對(duì)語言認(rèn)知研究的關(guān)鍵是研究人腦語言認(rèn)知過程中腦區(qū)狀態(tài)以及這些狀態(tài)遷移的過程，其最重要手段之一是按照神經(jīng)信息學(xué)的要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，刺激受試者(多為特定群體的志愿者)的認(rèn)知功能，并對(duì)其進(jìn)行功能性采集數(shù)據(jù)，然后采用一定建模技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。近些年發(fā)展起來的腦成像技術(shù)(正電子發(fā)射斷層掃描、功能核磁共振)為人們直接觀察和分析人腦功能活動(dòng)提供了手段。當(dāng)前認(rèn)知研究所依賴的腦成像分析技術(shù)主要是通過統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖系統(tǒng)、功能神經(jīng)成像分析系統(tǒng)等基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的建模工具生成相應(yīng)的t檢驗(yàn)?zāi)X圖來發(fā)現(xiàn)哪些腦區(qū)控制某項(xiàng)認(rèn)知功能。這些以統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的認(rèn)知建模方法是基于一個(gè)基本假定對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這個(gè)假定認(rèn)為：給定一定的認(rèn)知刺激，在人腦認(rèn)知中必定出現(xiàn)該刺激的認(rèn)知狀態(tài)。而事實(shí)上，所觀測(cè)的認(rèn)知激活特征具有事件相關(guān)性，認(rèn)知狀態(tài)具有疊加性和數(shù)據(jù)樣本較小的特點(diǎn)，不具備嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)意義，也不滿足統(tǒng)計(jì)認(rèn)知建模方法的前提，因而容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的認(rèn)知結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種適于小樣本、具有動(dòng)態(tài)時(shí)間特征的人腦語言認(rèn)知建模方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種人腦語言認(rèn)知建模方法，包括以下步驟：

A、認(rèn)知狀態(tài)實(shí)例初始化

用h標(biāo)識(shí)人腦中的認(rèn)知狀態(tài)，由于h并不能直接用儀器設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，但在概率上實(shí)驗(yàn)觀察值相對(duì)應(yīng)，因而將h稱為隱性認(rèn)知狀態(tài)，將隱性認(rèn)知狀態(tài)h表示成四元組<W,d,Θ,Ω>，其中：d表示h在時(shí)間上的持續(xù)標(biāo)量；W是時(shí)空維度為d×V的反映矩，其中V為h涉及的腦區(qū)維度；Θ為h的參數(shù)空間，Ω為參數(shù)空間的值域。認(rèn)知觀測(cè)過程中，依輸入刺激Δ，腦認(rèn)知狀態(tài)的激活會(huì)存在一定的時(shí)滯。對(duì)處于激活態(tài)的認(rèn)知狀態(tài)，即是認(rèn)知狀態(tài)實(shí)例，用ξ標(biāo)記，考慮隱性認(rèn)知狀態(tài)h的時(shí)間因素，認(rèn)知狀態(tài)實(shí)例是一個(gè)三元組<h,λ,o>，其中：h為相應(yīng)的隱性認(rèn)知狀態(tài)，λ是實(shí)驗(yàn)刺激的輸入時(shí)間點(diǎn)，o是認(rèn)知狀態(tài)的時(shí)間偏移，認(rèn)知狀態(tài)實(shí)例ξ的起始時(shí)間為λ+o，其持續(xù)時(shí)間d與對(duì)應(yīng)的隱性認(rèn)知狀態(tài)h持續(xù)的時(shí)間相同，都用d(h)表示。

B、映射激活特征與觀測(cè)數(shù)據(jù)間的概率分布

假定在認(rèn)知實(shí)驗(yàn)過程中，t時(shí)段通過成像設(shè)備觀測(cè)受試者的腦激活特征b_t是由L個(gè)認(rèn)知狀態(tài)實(shí)例共同作用的結(jié)果，用ξ₁,ξ₂,…,ξ_L標(biāo)示這L個(gè)認(rèn)知狀態(tài)例，那么記b_t={ξ₁,ξ₂,…,ξ_L}；b_t與觀測(cè)時(shí)間序列S中時(shí)段t、空間維度v的分量s_tv服從正態(tài)分布，即：

s_tv～N(μ_tv(b_t),σ_v)??(1)

其中σ_v是標(biāo)準(zhǔn)方差，它反映與觀測(cè)時(shí)間序列相關(guān)的噪聲分布，具有時(shí)間獨(dú)立性；μ_tv(b_t)反映相應(yīng)時(shí)段所有相關(guān)認(rèn)知狀態(tài)的疊加效果，即滿足下式：