基于 EEG 和 ERP 信号分析的情感认知研究

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1、分类号密级太原理工大学博士学位论文题目基干ＥＥＧ和ＥＲＰ信号分析的情感认知研究ＥｍｏｔｉｏｎＣｏｇｎｉｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＡｎａｌｓｉｓｙ央文并列题目ｏｆＥＥＧａｎｄＥＲＰＳｉｇｎａｌｓ畅江研究生姓名：学号．２０１３３１００３１专业：电子科学与技术研究方向：脑认知与语音信息处理导师姓名：张雪英职称：教授学位授予单位：太原理工大学论文提交日期２０１８／０６地址？太原：山西

2、太原理工大学声明，本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：ｔｅｎ二日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印

3、、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论全文；⑤学校可以公布学位论文的部部分或内（保论）。容密学位文在解密后遵守此定规签：＾：名日期Ｍｇｘａ导：私皆：Ｘ“师签名卷日Ｗ、８期、太原理工大学博士研究生学位论文基于EEG和ERP信号分析的情感认知研究摘要脑电(Electroencephalograph,EEG)是记录人类大脑活动的电信号，事件相关电位(Event-RelatedPotentials

4、,ERP/ERPs)是特定刺激所诱发出的脑电信号，其获得方式通常需要将多个相同事件的EEG信号进行叠加。通过对情感语音和自然界非言语声音所诱发的EEG信号使用认知心理学和信号处理方法进行特性分析，较之单纯使用认知心理学方法或信号处理方法，能获得更深入和更全面的情感认知信息，可为人机交互的深入研究提供理论基础，也可为医生诊断和处置病人提供有价值的参考。因此，基于EEG和ERP信号分析的情感认知研究具有重要的理论意义和实用价值。本文研究方向属于脑认知与语音信息处理交叉学科，主要基于认知心理学方法和信号处理方法对

5、情感脑电信号和情感语音及非言语情感声音信号的分析与处理来综合探索并试图解决情感语音和声音在脑认知过程中的相关问题。首先，为了采集有效的情感脑电信号，给出了实验材料的筛选和预处理方法；其次，采用认知心理学方法，针对情感语音声学参数(基频和时长)的不同以及言语的可理解性与非言语之间的差异，提出它们在情感认知过程中是否存在差异的问题，进行实验设计、实验假设及实验结果推测；再次，基于认知心理学方法不能对脑电信号进行有效识别的情况，提I太原理工大学博士研究生学位论文出改进的压缩感知方法，用于语音信号和脑电信号的重构去

6、噪中，并对单试次ERP信号进行有效识别；最后，从认知心理学及信号处理角度对全文研究内容进行总结和评价。本文的主要研究内容及创新点如下：(1)情感诱发材料的筛选及处理。基于已有TYUT2.0情感语音库无法满足实验要求的情况，本文对TYUT2.0情感语音数据库的情感类型(增加了中性语音)和数量进行了补充和完善，同时建立了TYUT2.1非言语情感声音数据库。此外，为了便于ERP波形的叠加，本文采用端点检测方法对语音信号起始处的无声部分、字词间距以及首字时长问题进行预处理，实验发现，语音信号经过预处理以后所诱发出的

7、ERP波形成分更明显。(2)汉语情感语音声学参数对ERP成分的影响。基于汉语情感语音不同持续时长和平均基频可能会对ERP成分产生影响的问题进行了实验探索和研究，通过分析N100、P200和N300成分对研究假设进行推论。在持续时长研究方面，选择短时长(0.50-1.00s)、中时长(0.50-2.00s)和长时长(2.50-3.00s)三组实验材料的四种情感(悲伤、生气、高兴和惊奇)进行ERP分析和研究。实验结果发现，当诱发材料的持续时长较短时，更容易通过P200幅值观测出情感之间的显著性差异。在平均基频研

8、究方面，实验材料按照平均基频的不同被分为―高兴>悲伤‖和―悲伤>高兴‖两组，分别对两组实验的悲伤、高兴和中性三种情感进行ERP分析。实验结果指出，N100成分的幅值会受到声音基频的影响，而P200和N300成分的幅值大小并不完全依赖基频，推测其与语音的其它感知信息有关。总之，根据时长和基II太原理工大学博士研究生学位论文频的ERP分析结果，本文推测时长和基频参数只对ERP早期成分产生一定影响，对情感认知的整体过程