脑波音乐

编辑:涌流网互动百科 时间:2020-01-22 05:22:18
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脑波音乐脑波音乐的概念

脑波音乐,简单说就是由脑波衍生出来的音乐,它含有大脑的生理信息。近年来,国内外的相关研究人员基于不同理论,提出了多种方法将单导或多导脑电信号(Electroencephalograph,简称EEG)以及和EEG同步采集的功能磁共振信号(functional magnetic resonance imaging, 简称fMRI)转换为音乐,并对得到的音乐进行分析和应用,展示了探索大脑与音乐关系的一个新途径。

脑波音乐脑波音乐的意义

EEG是人脑神经电活动的表现,包含着丰富的神经信息,而音乐是人脑智力活动的产物,同时也对人的身心有着巨大的影响。大脑和音乐之间的关系,一直是神经科学、心理学及音乐学等领域研究的热点问题。脑功能和音乐之间存在着千丝万缕的联系,以音乐的形式来记录、分析大脑中的生理信号,是神经科学研究中的新尝试。这项工作对于进一步研究音乐对脑的作用机制以及脑对音乐的认知活动等都具有重要的意义。同时,脑波音乐作为一种包含生理状态信息的音乐形式,也为生物反馈和治疗提供了一个独特的方式。脑波音乐研究涉及到神经科学、音乐学、美学、工程学等多个学科,是一个独具魅力的交叉研究领域。

脑波音乐脑波音乐研究现状

将EEG转为音乐的研究在国外开始较早,自Hans Berger于1924年发现人类EEG以来,脑波可听化与脑波音乐的研究即进入了研究者的视野,成为脑功能研究中一个特别的领域。Andian和Mattews在1934年首先报道了人类脑波的发声。1965年,Alvin Lucier使用脑波信号作为音乐创作的材料,成功举办了名为“独奏者音乐”(Music for Solo Performer)的现场音乐会。上世纪60年代末,Richard Teitelbaum、David Rosenboom等人也开始使用EEG信号来制作音乐。这些早期的研究工作,主要是靠电子器件来实现信号采集和音乐制作过程,因此在信号处理手段方面比较单一,音乐效果也不是很理想。同时由于在制作思路上缺乏明确的学术支撑,相关研究在70年代后期转入了低潮。自上世纪90年代以来,脑波音乐研究重新受到了重视,各种数据可听化技术的应用,大大丰富了脑波音乐制作的方法,如有人提出了基于滤波的分频段的编码对应方法,以及基于相干性分析的编码对应方法等。在2004年的关于声音表达的国际会议(International Conference on Auditory Display,ICAD)上,脑波音乐被列为一个专题,得到了来自脑电研究者,音乐家和可听化设计者的共同关注。
在国内,神经信息教育部重点实验室吴丹等于2009年率先提出了基于无标度性的脑波音乐编码假说。该假说是基于EEG与音乐都遵循“无标度性”这一非线性动力学现象提出的。在脑电方面的研究表明,EEG的振幅、相位和频率等参数都服从无标度性,EEG的功率谱也具有无标度性。根据该方法,EEG的周期与音乐中的音长相对应,EEG的振幅与音乐中的音高相对应,EEG中的平均能量变化与音乐中的音强相对应。音乐中的音色则可以任意选定,如钢琴。通过以上规则,可以将EEG直接实时地转化成音乐。
2012年,神经信息教育部重点实验室卢竞等人进一步使用了与EEG同步采集的fMRI来对应音乐中的音强,从而制作了EEG结合fMRI信号的音乐(EEG-fMRI brain music)。该音乐比单纯的脑波音乐更符合无标度特性。
2013年,神经信息教育部重点实验室吴丹等又进一步发展了基于“艺术滤波”策略的多声部合奏脑音乐。该研究认为,大脑实现其多脑区之间的协作配合就类似多声部音乐中不同声部之间的合作。基于此,研究者采取了一种类似音乐家创作过程的滤波器策略,在单道脑波音乐的基础上,加入节拍滤波和调式滤波,创作出多声部脑波音乐,更好地从整体上表达大脑的音乐性。
相比之前的其它脑电发声方法,上述脑波音乐更好地兼顾了科学性与艺术性。然而,此项研究仍然存在着一些问题尚待解决,如音乐中的音长的设定还是比较人为性的,实验数据采用的是头表脑电,存在参考电极和容积导体效应问题,导致脑电对应的真正脑区仍不明确等。今后的研究还需要进一步探索更多、更科学的脑波音乐创作方法,以使其能更准确地反映人体的生理状态,增强其科学性及其应用价值。

脑波音乐脑波音乐的应用

经研究发现,脑波音乐可应用于大脑状态监测(如癫痫病人、阿尔兹海默症患者等),也可应用于神经反馈与音乐治疗(如齿科正畸疼痛控制等),以及实验音乐创作等领域,更多的应用研究正在进行中。