[發明專利]基于鎖相值構建的腦功能連接網絡的情緒分類方法及系統

有效

• 申請號: 202011637022.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112617860B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 鄭向偉;孫曉芳;胡斌;張世麟;鄭法;張利峰
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: A61B5/369
• 分類號: A61B5/369;A61B5/16;A61B5/00;G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了基于鎖相值構建的腦功能連接網絡的情緒分類方法及系統，獲取待分類的腦電信號和基礎情感腦電信號；對待分類的腦電信號去除基礎情感腦電信號，得到情緒腦電信號；對基礎情感腦電信號和情緒腦電信號均進行預處理，對預處理后的基礎情感腦電信號和預處理后的情緒腦電信號均進行小波變換得到若干個頻段；采用鎖相值對基礎情感腦電信號的若干個頻段，建立第一腦功能連接網絡；采用鎖相值對情緒腦電信號的若干個頻段，建立第二腦功能連接網絡；基于第一和第二腦功能連接網絡，通過閾值設置和循環平均，構建二值化腦網絡；計算二值化腦網絡的若干個特征；將二值化腦網絡的所有特征均輸入到訓練后的支持向量機中，得到情緒的分類結果。

技術領域

本申請涉及情緒分類技術領域，特別是涉及基于鎖相值構建的腦功能連接網絡的情緒分類方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本申請相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

情緒是人類高級的表達方式，隨著人工智能的迅速發展，人們對人腦的研究日漸加深，情緒識別是人腦研究的一個重要的領域。當前，大多數情緒分類研究利用腦電圖(EEG)和面部表情識別來進行情緒分類。EEG是記錄大腦皮層表面活動的信號，這是大腦神經元突觸激活的結果。近年來，已經表明，EEG是用于生物特征認證的合適信號，并且具有重要的功能。因此，基于EEG的情感識別應運而生，即利用EEG進行情感識別進而實現在線疲勞監測、遠程教育、心理治療、醫療診斷等。如今，“腦科學與類腦科學研究”(簡稱為“中國腦計劃”)啟動在即，探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導向的腦科學研究以及以建立和發展人工智能技術為導向的類腦研究是新一輪的科研高地，建立標準統一的腦科學研究數據平臺，開展腦科學新技術、新方法研究，探究人腦的腦功能連接網絡，從深層次探索人的大腦情緒將是新的研究方向。

人腦是自然界中最復雜的系統之一,在這個系統中,多個神經元、神經元集群或者多個腦區相互連接成龐雜的結構網絡,并通過相互作用完成腦的各種功能。大腦結構網絡上動力學過程的同步化將大腦在廣泛的時空尺度上連接形成了動態的復雜功能網絡,從而使人腦連接組的研究從大腦結構網絡擴展到了大腦功能網絡。

大腦功能網絡是對大腦結構網絡之上不同的神經元、神經元集群或腦區之間動態活動交互整合的直觀描述。腦功能網絡的連接指不同節點記錄的神經活動信號之間的動態協調性,這種協調性的定義主要包括功能連接和效應連接兩種描述。功能連接是指空間上分離的神經單元，其連接網絡是指不同節點記錄的神經活動信號之間的動態協調性，神經活動在時間上的關聯性或統計依賴關系。

現有技術中存在以下技術問題：

傳統的情緒分類方法無法深入的反映大腦區域的動態的網絡拓撲和具體的神經機制。人腦是一個大型網絡，其功能取決于空間分布區域之間的動態交互。腦電圖(EEG)源連接方法可以實現無創且易于使用的神經成像技術來識別功能性大腦網絡，而且可以高時空分辨率評估所識別網絡的動態。Khosrowabadi等人采用互信息和幅度平方的相干性作為特征研究8個頭皮區域之間的互連性并進行動態情感識別。Dasdemir等人得出信息的同步測度比基于幅度信息的測度對腦電信號的相位變化更加敏感。因此，在這項工作中我們采用了可以捕獲非線性相位同步的鎖相值(Phase Locked Value，PLV)來統計大腦整體的腦域變化。將腦電信號分布的頭皮層的信號采集，按照10-20系統的電極分布，假設每個電極作為一個節點，計算任意兩個電極的之間的相位變化，從而探索大腦功能連接網絡的整體和局部的動態腦連接，進一步提取腦功能連接網絡特征，從而進行情緒分類，探究深層次的情感源定位。

研究發現，腦功能連接網絡時，同時發現在整個的大腦功能連接網絡中存在不少功能連接強度較弱的連接，這些連接不能幫助腦功能連接特征提取和特征計算，增加了計算復雜性和系統運行的時間。

在現階段的研究中大多采用公開數據集進行腦功能連接網絡對情緒識別，現有技術不能擺脫實驗對不同被試的依賴性，系統算法存在一定的局限性。

發明內容