[发明专利]一种基于脑电源成像的连续语音包络神经夹带提取方法

说明书

本发明公开了一种基于脑电源成像的连续语音包络神经夹带提取方法，包括如下步骤：编制语音信号并提取语音信号包络；采集被试在语音信号刺激下的脑电数据；对采集的脑电数据进行预处理；对多个被试的脑电数据采用时空对准方法，提取电极空间共同神经响应；计算提取的电极空间共同神经响应在脑源空间的映射；基于mTRF算法由语音包络预测源空间共同神经响应；计算源空间上连续语音包络的神经夹带；由预测得到的源空间共同神经响应，与计算得到的共同神经响应在脑源空间的映射间的皮尔逊相关系数，评估神经夹带。本发明结合共同神经反应提取和源重构方法，便于在源空间中分析脑电和语音的耦合效应，分析连续语音感知和理解过程中人脑的工作机制。

技术领域

本发明涉及一种脑电分析领域，特别涉及一种基于脑电源成像的连续语音包络神经夹带提取方法。

背景技术

目前，近年来，采用自然语音故事作为刺激来研究语言处理已成为越来越多科研人员的研究方向。而语音幅度包络包含有关韵律、语速、语调和语音感知所必需的重要信息。在复杂环境中，神经振荡对特定节奏的选择性注意会影响感觉、运动和认知过程。当人们收听语音时，他们双侧听觉皮层的皮层振荡活动和部分高阶脑区的皮层振荡活动会在delta和theta频带(1-8Hz)与语音包络保持恒定的相位关系。这种现象被称为“语音-大脑夹带”效应，已经通过脑电图(EEG)、立体定向脑电图(SEEG)和脑磁图(MEG)记录方法可靠地观察到。在神经夹带(neural entrainment)研究中，刺激通常是演讲或故事中一段长的片段(大约30秒到180秒)，并且只向受试者呈现一次，以减小启动效应。虽然EEG是一种低成本、易于采用并且广泛应用于神经学研究的技术，但与SEEG和MEG相比，基于EEG数据的神经夹带分析通常局限于电极空间。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于脑电源成像的连续语音包络神经夹带提取方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于脑电源成像的连续语音包络神经夹带提取方法，包括如下步骤：

步骤1，编制语音信号，并提取语音信号包络；

步骤2，采集被试在编制的语音信号刺激下的脑电数据；

步骤3，对采集的脑电数据进行预处理；

步骤4，对多个被试的脑电数据采用时空对准方法，提取电极空间共同神经响应；

步骤5，计算提取的电极空间共同神经响应在脑源空间的映射；

步骤6，基于mTRF算法由语音包络预测源空间共同神经响应；

步骤7，计算源空间上连续语音包络的神经夹带；由步骤6预测得到的源空间共同神经响应，与步骤5计算得到的共同神经响应在脑源空间的映射间的皮尔逊相关系数，评估神经夹带。

进一步地，步骤1中，编制语音信号的方法为：将多个故事的录音切分成若干段，每段录音包含一个完整的情节片段；将一个故事中的若干段录音按时间顺序排列编制为一组语音信号。

进一步地，步骤1中，提取语音信号包络的方法具体包括以下分步骤：

步骤1-1，采用伽马通滤波器组来将语音信号分成n个子带，每个子带间隔1个等效矩形带宽，并去除子带的起始延迟，对子带的末端进行零填充；

步骤1-2，设子带信号为x_n，将其变换为|x_n|^0.6来提取子带包络，对n个子带包络求均值，以获得语音信号包络。

进一步地，n取28～64。

进一步地，步骤2中，被试分为两组，一组输入的语音信号按时间轴正向播放；另一组输入的语音信号按时间轴反向播放；所有语音信号刺激均为单声道，采样率为10.1～44.1kHz，刺激幅度归一化为具有相同的均方根值。