音乐情绪感知的脑电研究

1音乐情绪感知的脑电研究来源:【摘要】利用情绪量表筛选出对应“愉快、快乐、悲伤、恐惧”四种情绪的音乐片段作为刺激，同步记录脑电，从脑区、情绪极性、强度等方面对脑电a波功率的变化进行了分析．结果表明：脑电a波功率的变化与情绪的极性和强度密切相关；“快乐与恐惧”、“愉快与恐惧”、“恐惧与悲伤”之间a波功率差异显着；项枕区波功率在负极性情绪中强度强的明显小于强度弱的；在强度强的情绪中，正极性情绪显着大于负极性情绪．关键词：脑电波功率；情绪感知：音乐和脑电；音乐情绪情绪感知作为社会认知的重要部分，在生物进化过程中及现实生活的社会交往中至关重要。关于人类情绪的神经科学研究大都采用静态视觉图像为刺激来诱发情绪【l】，而现实生活中人的情绪显然可由多种不同的刺激源引发。神经科学已发现音乐也是可用来研究情绪的一种有效工具。音乐所具有的优势在于：(1)音乐能够引发相当强度的情绪反应；(2)这些情绪通常可以在不同被试问一致地诱发；(3)音乐不仅可以引发不愉快情绪，也可以引发愉快情绪，而通过静态图像却难以引发愉快情绪【l】。文献【2】报道，脑电(electroencephalogram，EEG)功率谱变化与音乐情绪的极性和强度密切相关；a波功率与大脑活动呈反相关，即仅功率愈大代表脑活动愈少；反之，伍功率愈小代表脑活动愈多；同时OL波段功率比其他波段更能反应大脑行为的变化【31。然而，作为一个新的领域，音乐情绪感知的脑电研究整体上还处于摸索阶段，期待更多更系统而细致的研究。本文从多种角度分析了八名被试者分别在静息状态以及由音乐引发的四种不同情绪状态下脑电仅波功率谱的变化，得到了一些有价值的结论。21实验设计和方法1．1音乐情绪测量实验前使用情绪量表挑选音乐刺激，此量表包括两部分：1)中文版的分化情绪量表(differentialemotionsscale，DES)，为一个形容词检表，包括十种基本情绪，用于测量个体处在特定情绪情境下的情绪分化成分[41。2)对情绪的极性和强度进行测定，包括：(1)询问被试所听音乐是否愉快。(2)询问被试所听音乐的强度大小，答案选项均从“l”到“9”记分，分别对应从“极不愉快”到“非常愉快”、从“格外平和”到“格外激烈”的连续变化。测试后根据此两项得分，以强度为横坐标、愉快度为纵坐标作图，来判定特定音乐所引发情绪的极性和强度【5l。1．2实验设计被试者为八名右利手正常大学生(均未接受过任何专业音乐训练)，平均年龄为21．88±1．73岁。实验刺激为依据30名未参与实验的大学生利用情绪量表对14段音乐进行打分而筛选出的四段音乐，分别对应“愉快、快乐、悲伤、恐惧”四种基本情绪，每段音乐均参考其自然起伏剪辑约2min。其中愉快和快乐属正极性情绪，悲伤和恐惧属负极性情绪，它们共同组成情绪的四个强度等级。实验开始前告知实验的基本目的，指示被试者放松去听并体会每段音乐带来的感受。实验过程如下：(1)令被试者调整状态至平静，分别记录闭眼、睁眼状态下的脑电各2min。(2)为被试者播放两段舒缓而中性的音乐各2min，帮助被试者适应环境。(3)提示被试者实验正式开始，为被试者播放四段音乐刺激，每段刺激播放完毕后要求被试者填写情绪量表；而后被试者调整状态，提示实验者开始播放下一段音乐。四段音乐刺激的播放顺序固定，即总是负极性情绪的音乐在后，正极性情绪的音乐在前，依据是：由负极性刺激所引发的负极性情绪趋向比由正极性刺激所引发的正极性情绪持续较长的时间州，为避免负极性情绪的持续对正极性3情绪的诱发产生干扰，实验设计为负极性刺激总是在正极性刺激之后进行。音乐由电脑播放并通过耳塞传入被试者耳中，被试者在所有听音乐的过程中均闭眼。脑电信号通过EGISystem200型脑电记录仪记录，采集通道为128道。电极按GSN．128标准放置，电极阻抗均调至40kQ以下。工作中主要分析四个电极位置的EEG信号，即国际lO．10系统的F3、F4、P03和P04，它们分别代表左半球、右半球、前半球(额区)、后半球(顶枕区)等不同脑区阴。所有电极均以中央头顶(Cz)为参考，记录数据通过0．1-48Hz的带通滤波，采样率为500Hz。1．3数据处理及分析所有EEG信号都进行了眼动伪迹去除，并按时间截为长度约10s的数据段。分别选择各被试者在每种状态下的数据段lO个，用DFT变换进行功率谱估计，由此计算得到仅波(8～13Hz)的平均功率谱，然后对所有数据取对数后再进行平均，最终每个被试者的每个状态都对应一个值，该数据用于后续分析。与情绪相关的脑波成分可能包括0波、p波和0波等，但0波的变化最容易观察。因此作为系列研究的第一步，本文以对脑电波的分析为切入点，对处理后的脑电波功率谱进行重复测量方差分析，以分析各因素(包括情绪类型、极性、强度、大脑偏侧性以及脑区前后)对仅波功率谱大小的影响，其中显着性水平定义为P0．05。统计分析采用SPSS软件(13．0版本)。2结果2．1情绪测量结果实验前所进行的情绪DES测量结果和情绪极性．强度测量结果，图中所示均为30人得分的平均值。图la的结果表明，实验所采用的音乐刺激能够有效地诱发四种目标情绪；图lb的结果表明，所选的四种情绪在二维图上具有良好的分散性。42．2脑电波功率谱统计分析结果2．2．1额区以情绪极性(正、负)、强度(强、弱)、大脑半球(左、右)为组内因素，对额区(F3、F4)进行三因素重复测量方差分析，结果未发现任何显着性差异。但对此结果的进一步分析中发现有以下趋势：在正极性情绪和负极性情绪中，强度强的情绪的0【功率都小于强度弱的情绪：而在强度强和强度弱的情绪中，正极性情绪的a功率都大于负极性情绪(正．强：6．59±0．20：正-弱：6．63±0．27；负．强：6．39+0．13；负．弱：6．59±0．18)。这些趋势表明，脑电口功率随音乐情绪的极性和强度变化而分布不同，正极性情绪的相对大于负极性情绪，强度强的情绪的Ⅸ功率相对小于强度弱的情绪的IX功率。2．2．2顶枕区以与额区相同的方法对顶枕区0,03、P04)进行三因素重复测量方差分析，发现音乐情绪的极性×强度交互效应显着旷(1，7)=14．087，p0．007)，表明顶枕区IX功率也随情绪的极性和强度变化而分布不同：在负极性情绪中，强度强的情绪的伐功率(7．16±0．26)显着小于强度弱的情绪的(7．43±0．32)，即“恐惧悲伤”：而在强度强的情绪中，正极性情绪的(7．42±O．32)显着大于负极性情绪的仅功率(7．16-1-0．26)，即“快乐恐惧”。大脑半球的主效应显着旷(1，7)=7．285，pO．031)，表明在任何条件下大脑左半球的0c功率(7．25±0．31)都显着小于右半球(7．46+0．31)，这与目前公认的非音乐家人士的音乐感知主要在右半球的结论是一致的。除此之外未见其他任何主效应或交互效应显着。2．2．3额区与顶枕区为了分析两者之间的整体差异，本文将额区和顶枕区左右半球的a功率分别相加，重新构造数据表，以脑区(前．额区、后．顶枕区)为组间因素、情绪类型(快乐、愉快、恐惧、悲伤)为组内因素进行重复测量方差分析，结果表明：组间因素脑区的主效应显着旷(1，14)=4．944，p0．043)，5脑区对功率大小分布有显着的影响，顶枕区的14．71±0．51)显着大于额区的(13．10+O．51)，这是人在清醒状态时脑电仪节律在枕区和顶区分布最为显着的必然结果：组内因情绪类型不同而有显着性差异；脑区与情绪类型间无交互效应(F(3，12)=0．4，P=0．756)。进一步对情绪类型的四个水平进行多重比较，结果表明：“快乐”和“恐惧”、“愉快’’和“恐惧”、“恐惧和“悲伤”之间相比分别有显着性差异p≤O．023)，具体为“恐惧快乐”、“恐惧愉快”和“恐惧悲伤”(恐惧：13．56±0．29；快乐：14．01±0．381愉快：14．03±0．44；悲伤：14．02±0．36)，其余水平间均无显着性差异.3分析和讨论由情绪测量结果可知，实验所采用的音乐刺激可有效地诱发四种情绪，且其情绪极性、强度分布恰当，与实验目的十分相符。在通过被试自我评估而测量情绪时，若仅对实验的目标情绪进行询问，并不能充分证明该情绪已有效发生，为此，本文采用DES量表对十种不同的情绪成分进行评估，避免了只对目标情绪进行测评而导致的不准确性。根据情绪的“激励。抑制”模型31，大脑左额区活动与快乐、兴趣、幸福感等行为激励性情绪有关，右额区与恐惧、厌恶、悲伤等行为抑制性情绪有关。进一步的研究表明，较多的左额区EEG活动总是与正极性情绪的处理相关，而较多的右额区EEG活动则总是与负极性情绪的处理相关，a波功率值则为：处理正极性情绪时左额区a功率小于右额区，处理负极性情绪时左额区功率大于右额区17,功率。此外，额区脑电总活动大小随音乐情绪强度的减小而减小，即额区脑电随音乐情绪强度的减小而增加。本文的研究表明：(1)不仅额区，而且顶枕区的脑电0‘功率随音乐情绪强度的减小而增加。具体表现为在额区正和负极性情绪中，强度强的情绪对应的相对小于强度弱的情绪121；在顶枕区负极性情绪中，强度强的情绪对应的o‘功率显着小于强度弱的情绪；在额区和顶枕区13,总功率的分析中则有“恐惧快乐”、“恐惧愉6快”和“恐惧悲伤”的结论；尤其是“恐惧”作为实验中强度最强的刺激，所引发的总功率比其他三种强度较弱的刺激均小。(2)脑电功率与情绪极性有关HJ，且受情绪强度的调制。具体表现为：在额区，强度强和弱的情绪中，正极性情绪的09功率相对大于负极性情绪；在顶枕区，强度强的情绪中正极性情绪的显着大于负极性情绪：在额区和顶枕区的分析中则有“快乐恐惧”，“愉快恐惧”等显着性差异。这些结果表明，强或弱的情绪中，脑电信号在正极性情绪中的仅功率要大于负极性情绪，且与情绪极性的关系受音乐强度的调制，即强度强的负极性情绪a功率最小，而强度弱的正极性情绪0c功率最大。4结束语本文以音乐为刺激进行了情绪感知与脑电之间联系的研究，主要从脑区、大脑半球偏侧性、情绪极性和强度等方面分析了脑电的变化规律，得出脑电tl,功率的变化与情绪极性和强度密切相关的结论。这些结果初步显示了深入开展音乐情绪感知的脑电研究的可行性。音乐作为一种有效的情绪诱发源，不论在情绪感知的心理和生理研究方面，还是在实际应用方面，都具有很好的应用前景。尤其是近年来临床上有关音乐疗法以及脑神经科学上有关脑机接口等方面发展的兴起，使得对音乐、情绪、脑电之间关系的研究显得更有价值。若能根据入对不同音乐的情绪反应在脑电节律上的变化规律来编曲，并用于临床上的音乐治疗，其应用价值是不言而喻的