一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统
阅读：971发布：2020-05-11
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1.一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，包括：脑电信号采集模块、脑电信号数据处理模块、反馈音乐生成模块、反馈训练调节模块、数据存储分析模块；
所述脑电信号采集模块用于获取受训者静息态脑电信号；所述脑电信号数据处理模块用于对获取的脑电信号进行预处理，所述反馈音乐生成模块用于对预处理后的脑电信号进行分割、整合，分析脑电信号与音乐信号的映射关系，在构建的反馈音乐类型参考库中进行比对，得出用于音乐反馈训练的反馈音乐类型；所述反馈训练调节模块用于采用与所述反馈音乐类型相适应的反馈音乐对受训者进行反馈训练，实现抑郁情绪的调节；所述数据存储分析模块用于存储和分析受训者情绪调节的过程和结果。
2.根据权利要求1所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述脑电信号采集模块采用三导联系统，电极位置采用国际上广泛采用的10-20系统电极法，选择的电极分别是：位于前额位置的Fp1、Fp2及Fpz，不受头发的干扰，并使用医用贴式湿电极，从而避免电极接触阻抗的干扰。
3.根据权利要求1所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述脑电信号数据处理模块包括对采集的脑电信号进行分段处理的步骤：将采集的连续的脑电信号截取为长度适中的脑电信号片段，每段脑电数据重叠前一片段的部分脑电数据。
4.根据权利要求3所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述脑电信号数据处理模块包括对分段的脑电信号进行去噪滤波的步骤：采用改进的动态AR模型参数和小波分析进行去噪，运用FIR带通滤波器去掉脑电信号中低于0.5Hz和高于50Hz的频段；还包括将脑电信号按照频率进行划分，提取出脑电信号δ，θ，α，β四个频段的波形特征。
5.根据权利要求4所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈音乐生成模块包括脑电数据分割的步骤：首先将每个频段用相应的字符d、t、a、b表示，其中，d表示δ波段，t表示θ波段，a表示α波段，b表示β波段；计算每个频段波形数据的平均值μ和标准差σ；然后，分别计算每个频段的分割阈值，并从多个分割阈值中选择一个最佳的最优阈值；分割阈值的计算公式是：T＝μ±n·σ；μ表示分频后每个频段波形数据的平均值，σ表示分频后每个频段波形数据的标准差；n表示平均值与标准差的比，用于计算平均值与标准差不同比例下的分割阈值以及选择最优阈值；最后，将脑电信号的波形图用对应的四个频段表示，根据计算后选择出的各个频段的最优阈值，分析出各个频段波形活跃的时间点，得出各个频段对应的脑电信号时序关系。
6.根据权利要求5所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈音乐生成模块包括脑电片段整合的步骤：根据分割算法得出的各个频段对应的脑电信号时序关系，比较在同一时间点含有哪些频段，将它们所代表的字符添加到时间序列里，将序列里的四个频段对应的字符通过叠加和排列组成一个完整的脑电字符序列。
7.根据权利要求6所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈音乐生成模块包括构建反馈音乐类型参考库的步骤：首先获取已知的抑郁患者在正性、中性、负性的特定情感音频刺激下的抑郁脑电信号，对获取的脑电信号进行频段划分、脑电数据分割、脑电片段整合，得到整合后的脑电字符序列；根据对应的正性、中性、负性不同情感音频的刺激，对整合后的脑电字符序列分别标记正性、中性、负性情感标签，标记不同情感标签的脑电字符序列在整个脑电信号中存在特定的循环片段，选择一定时间内出现次数最多的脑电字符序列循环片段作为与情感标签对应的反馈音乐类型，得出正性、中性、负性三种反馈音乐类型。
8.根据权利要求7所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈音乐生成模块包括在构建的反馈音乐类型参考库中比对的步骤：通过比对在构建的反馈音乐参考库中的正性、中性、负性三种反馈音乐类型的脑电字符片段在受训者的脑电信号字符序列中出现的次数，判断出受训者脑电信号的情感标签，生成受训者所需的反馈音乐类型。
9.根据权利要求8所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈训练调节模块包括音乐反馈训练的步骤：根据获取的受训者所需的反馈音乐类型，选取与所需的反馈音乐类型相适应的反馈音乐，调节受训者的情绪维持在积极、放松的状态；带有正性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为中性偏正性的音乐刺激；带有负性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为负向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为正性的音乐刺激，使抑郁患者的情感上升到积极态；带有中性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正常态，选取对应的反馈音乐应该为正性偏中性的音乐刺激。
10.根据权利要求1至9之一所述的基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，所述反馈训练调节模块包括呼吸训练的步骤：引导受训者将注意力集中在呼吸上，并按呼吸的节奏进行数字差位倒数，直到数字结束为止。
一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统
技术领域
背景技术
[0002] 大脑神经活动时会产生微弱的电场波动，当数以万计的神经同时活动时，电场就会产生有韵律的波动。从头皮上就能测量到这种波动，这就是脑电波。脑电波具有如下的特点：它是由脑神经活动产生且始终存在于中枢神经系统的自发性电位；脑电信号非常微弱；抗干扰性能弱、鲁棒性差；它是随机信号，具有非平稳非高斯和非线性的特点；能够反映神经系统的状态和变化。
[0003] 脑电信号可以实时反映人类的情感变化。脑电信号的研究可应用于了解脑活动机制、人的认知过程和诊断脑疾患等方面。其中，静息态脑电信号多用于研究心理疾病患者与健康人群的对比分析，诱发脑电多用于研究患者的认知功能的变化。因此，采集脑电信号，通过分析可以监测人的生理和心理状态。
[0004] 现代的音乐治疗最初起源于美国，是一门集音乐、医学和心理学为一体的综合性应用学科。美国Temple大学著名音乐治疗学家K.Bruscia教授于1989年出版的《定义音乐治疗》一书中提出了音乐治疗的定义：音乐治疗是一个系统的干预过程，在这个过程中，治疗师利用音乐体验的各种形式，以及在治疗过程中发展起来的，作为治疗的动力的治疗关系，帮助被治疗者达到健康的目的。
[0005] 音乐治疗方法可以分为接受式、即兴式、再创造式音乐治疗。再创造式音乐治疗作为音乐治疗的方法之一，它强调不仅让被治疗者听音乐，而且要亲自参与各种与音乐有关的活动。音乐的演奏、演唱并不要求被治疗者接受过任何音乐训练或具有任何音乐技能，相反，再创造式的音乐治疗正是为那些没有任何音乐技能的被治疗者设计的。
[0006] 音乐治疗是心理治疗的一种方法手段，因此它遵守与一般心理治疗相同的一些治疗原则，如保密原则、交友原则等。除此之外，再创造式音乐治疗还有一些特殊的治疗原则。
[0007] a.循序渐进原则。再创造式音乐治疗要根据来访者的心理特点，循序渐进播放音乐。从音乐的选择的角度来看，要循序渐进。
[0008] b.学习与启发原则。学习与启发原则，是指在进行音乐治疗时，对不懂音乐的来访者进行教育和引导，向来访者介绍有关音乐创作的背景和音乐家所要表达的意境。
[0009] c.体验原则。治疗中让来访者根据音乐所营造的氛围，用心体验自己的情绪或感受。
[0010] 音乐治疗不是随机的、孤立的干预过程，而是有着包括评估，长、短期治疗的建立，治疗计划的建立与实施和疗效的评价在内的严密的、科学的系统干预过程；音乐治疗是运用一切与音乐有关的活动形式作为手段，如听、唱、演奏、音乐创作、音乐与其他艺术等等各种活动，而不是只是听听音乐；音乐治疗过程必须经过包括有音乐、被治疗者和经过专门训练的音乐治疗师这三个因素。
[0012] 1)抑郁症治疗存在缺陷：现有的抑郁症治疗方法包括中西类的药物治疗、心理辅导疗法等，这些治疗方法都存在不同程度的副作用。主流的针对抑郁症的心理治疗，如认知行为治疗，在一定程度上忽视了患者生活的丰富性、情感经验的重要性，过分强调理性和客观性，并且治疗的过程和效果主要依赖治疗师；
[0013] 2)通常情况下，基于脑电的音乐治疗方法主要是通过倾听音乐对受试者的情绪进行干预，这种与聆听相关的音乐治疗方法称为接受式的音乐治疗方法，但由于每个人对于音乐的应激反应不同，该方法并不具有普适性。且该干预方法属于较低层次的干预手段，容易使患者产生“免疫”，而不能起到很好的效果；
[0014] 3)脑电信号采集设备不具有普式性：医用脑电信号采集仪，设备复杂，成本高，需要专人负责采集；便携式脑电采集仪，脑电采集电极的个数、位置不确定，脑电采集电极和传输数据的方式，以及成本和应用领域都不同，功耗大，A/D转换位数低；
[0015] 4)数据建模与分析缺乏相对可靠性：建模数据少，所含信息量小，使数据模型不具有良好的平衡性和有效性。脑电提取算法不佳，无法获得纯净的生理脑电信号。单一的数据分析方法，使得特征提取和选择的结果缺乏代表性和精确性。这些缺点致使不能针对受试者的特征信息给出合理化的辅助治疗。
发明内容
[0016] 本发明提出一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，通过对抑郁脑电信号的采集和处理，分析脑电信号与音乐信号的映射关系，生成不同情感音频刺激下的反馈音乐，通过相应的反馈音乐训练，达到改善抑郁患者情绪的目的。
[0017] 本发明的技术方案是：
[0018] 1.一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，其特征在于，包括：脑电信号采集模块、脑电信号数据处理模块、反馈音乐生成模块、反馈训练调节模块、数据存储分析模块；所述脑电信号采集模块用于获取受训者静息态脑电信号；所述脑电信号数据处理模块用于对获取的脑电信号进行预处理，所述反馈音乐生成模块用于对预处理后的脑电信号进行分割、整合，分析脑电信号与音乐信号的映射关系，在构建的反馈音乐类型参考库中进行比对，得出用于音乐反馈训练的反馈音乐类型；所述反馈训练调节模块用于采用与所述反馈音乐类型相适应的反馈音乐对受训者进行反馈训练，实现抑郁情绪的调节；所述数据存储分析模块用于存储和分析受训者情绪调节的过程和结果。
[0019] 2.所述脑电信号采集模块采用三导联系统，电极位置采用国际上广泛采用的10-20系统电极法，选择的电极分别是：位于前额位置的Fp1、Fp2及Fpz，不受头发的干扰，并使用医用贴式湿电极，从而避免电极接触阻抗的干扰。
[0020] 3.所述脑电信号数据处理模块包括对采集的脑电信号进行分段处理的步骤：将采集的连续的脑电信号截取为长度适中的脑电信号片段，每段脑电数据重叠前一片段的部分脑电数据。
[0021] 4.所述脑电信号数据处理模块包括对分段的脑电信号进行去噪滤波的步骤：采用改进的动态AR模型参数和小波分析进行去噪，运用FIR带通滤波器去掉脑电信号中低于0.5Hz和高于50Hz的频段；还包括将脑电信号按照频率进行划分，提取出脑电信号δ，θ，α，β四个频段的波形特征。
[0022] 5.所述反馈音乐生成模块包括脑电数据分割的步骤：首先将每个频段用相应的字符d、t、a、b表示，其中，d表示δ波段，t表示θ波段，a表示α波段，b表示β波段；计算每个频段波形数据的平均值μ和标准差σ；然后，分别计算每个频段的分割阈值，并从多个分割阈值中选择一个最佳的最优阈值；分割阈值的计算公式是：T＝μ±n·σ；μ表示分频后每个频段波形数据的平均值，σ表示分频后每个频段波形数据的标准差；n表示平均值与标准差的比，用于计算平均值与标准差不同比例下的分割阈值以及选择最优阈值；最后，将脑电信号的波形图用对应的四个频段表示，根据计算后选择出的各个频段的最优阈值，分析出各个频段波形活跃的时间点，得出各个频段对应的脑电信号时序关系。
[0023] 6.所述反馈音乐生成模块包括脑电片段整合的步骤：根据分割算法得出的各个频段对应的脑电信号时序关系，比较在同一时间点含有哪些频段，将它们所代表的字符添加到时间序列里，将序列里的四个频段对应的字符通过叠加和排列组成一个完整的脑电字符序列。
[0024] 7.所述反馈音乐生成模块包括构建反馈音乐类型参考库的步骤：首先获取已知的抑郁患者在正性、中性、负性的特定情感音频刺激下的抑郁脑电信号，对获取的脑电信号进行频段划分、脑电数据分割、脑电片段整合，得到整合后的脑电字符序列；根据对应的正性、中性、负性不同情感音频的刺激，对整合后的脑电字符序列分别标记正性、中性、负性情感标签，标记不同情感标签的脑电字符序列在整个脑电信号中存在特定的循环片段，选择一定时间内出现次数最多的脑电字符序列循环片段作为与情感标签对应的反馈音乐类型，得出正性、中性、负性三种反馈音乐类型。
[0025] 8.所述反馈音乐生成模块包括在构建的反馈音乐类型参考库中比对的步骤：通过比对在构建的反馈音乐参考库中的正性、中性、负性三种反馈音乐类型的脑电字符片段在受训者的脑电信号字符序列中出现的次数，判断出受训者脑电信号的情感标签，生成受训者所需的反馈音乐类型。
[0026] 9.所述反馈训练调节模块包括音乐反馈训练的步骤：根据获取的受训者所需的反馈音乐类型，选取与所需的反馈音乐类型相适应的反馈音乐，调节受训者的情绪维持在积极、放松的状态；带有正性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为中性偏正性的音乐刺激；带有负性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为负向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为正性的音乐刺激，使抑郁患者的情感上升到积极态；带有中性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正常态，选取对应的反馈音乐应该为正性偏中性的音乐刺激。
[0027] 10.所述反馈训练调节模块包括呼吸训练的步骤：引导受训者将注意力集中在呼吸上，并按呼吸的节奏进行数字差位倒数，直到数字结束为止。
[0028] 本发明的技术效果：
[0029] 本发明提出一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，基于音乐治疗原理，对脑电信号进行实时收集、处理和分析，将处理过的脑电数据片段映射到音乐信号上，将脑电信号转化为音乐信号，根据在不同情感音频刺激下得到的反馈音乐类型，通过相应的反馈音乐训练，达到改善抑郁患者情绪的目的。附图说明
[0030] 图1是本发明基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统的结构示意图；
[0031] 图2是国际10-20系统及电极位选择图；
[0032] 图3是脑电数据分段采集处理示意图。
[0033] 图4是构建反馈音乐类型参考库的流程图；
[0034] 图5是脑电信号分割示意图。
[0035] 图6是脑电信号整合示意图。
[0036] 图7是本发明基于脑电的音乐反馈抑郁情绪调节系统的工作流程图；
[0037] 图8是下丘脑-垂体-肾上腺轴作用机制图。
[0038] 图9是音乐反馈调节抑郁症患者情绪的作用机理图。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0040] 如图1所示，是本发明基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统的结构示意图。
[0041] 一种基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统，包括：脑电信号采集模块、脑电信号数据处理模块、反馈音乐生成模块、反馈训练调节模块、数据存储分析模块；脑电信号采集模块用于获取受训者静息态脑电信号；脑电信号数据处理模块用于对获取的脑电信号进行预处理，反馈音乐生成模块用于对预处理后的脑电信号进行分割、整合，分析脑电信号与音乐信号的映射关系，在构建的反馈音乐类型参考库中进行比对，得出用于音乐反馈训练的反馈音乐类型；反馈训练调节模块用于采用与所述反馈音乐类型相适应的反馈音乐对受训者进行反馈训练，实现抑郁情绪的调节；数据存储分析模块用于存储和分析受训者情绪调节的过程和结果。
[0042] 脑电信号采集模块采用三导普适化脑电采集系统(关联专利：专利号：CN201520628152.6)采集脑电信号。与传统的脑电采集系统相比，普适环境下的脑电采集对脑电的釆集和处理有新的特点：脑电可随时随地采集，导联越少越好；釆集过程尽量简单，避免复杂的任务诱发脑电；脑电信号处理过程快速，占用资源少。
[0043] 脑电采集的电极放置位置，如图2所示，本实施例参考了国际上广泛采用的10-20系统电极法。采用三导联系统，因为前额叶脑区与情绪变化和精神类疾病有很强的关联性，所以选择的电极分别是：Fp1、Fp2及Fpz，三个电极位于前额的位置，不受头发的干扰，并使用医用贴式湿电极，从而避免电极接触阻抗的干扰；采集的Fp1、Fp2、Fpz三个电极上的脑电信号，通过蓝牙传输设备传输到数据处理模块。
[0044] 脑电信号数据处理模块用于对采集的脑电信号进行预处理，首先将采集的脑电信号进行分段处理：由于反馈音乐需要具有连续性、节奏感以及时效性，实时的反应抑郁症患者的生理状态，因此，每次实时处理的原始脑电信号长度要适中，如果截取的脑电信号太长，则处理后脑电数据转化成的音乐片段缺乏时效性，不能准确反应抑郁症患者实时的生理状态；如果截取的脑电信号太短，则不能有效地表示患者的生理状态，导致转化后音乐片段失去了连续性和节奏感以及反馈的有效性，从而降低了反馈训练的情绪调节效果。本发明选择以6s的脑电信号作为一次处理的数据，其中每次处理需要重叠前3s的数据，即第一次处理采集到的6s的原始脑电数据，之后每次处理的6s数据是由本次采集的3s原始脑电数据和上次采集的后3s原始脑电数据，如图3所示。这样每次有6s的数据用作判断抑郁症患者的生理状态，并将这种状态转化成了3s的反馈音乐，从而抑郁症患者会每隔3s获得一次音乐所带来的反馈信息，既保证了音乐的有效性，又保证了反馈信息的时效性。
[0045] 然后，因为在脑电信号的采集过程中，脑电数据很容易受到环境因素的干扰而产生一些与生理信号无关噪声信号，并且采集到的脑电数据或多或少的都会受到眼动的影响。所以脑电信号数据处理模块对采集的脑电信号采用改进的动态AR模型参数和小波分析进行去噪，运用FIR带通滤波器去掉脑电信号中低于0.5Hz和高于50Hz的频段，同时，将脑电信号按照频率进行划分，提取出脑电信号δ，θ，α，β四个频段的波形特征。这些标记了情感标签的每个导联的脑电信号经过预处理分成δ波段、θ波段、α波段和β波段四个频段。
[0046] δ波：1--3Hz，幅度在20μV-200μV主要反应人在深度睡眠的状态或者有严重器质性脑疾病患。
[0047] θ波：4--7Hz，幅度在10μV－40μV，主要反映人处于睡眠初期、冥想状态、困倦时、感情压抑时。
[0048] α波：8--13Hz，幅度在30μV－50μV，主要反映人处于清醒、安静并闭眼状态。
[0049] β波：14--30Hz，幅度在5μV－20μV，主要反映人处于精神紧张、情绪激动或亢奋以及思维活跃、注意力集中时的状态。
[0050] 反馈音乐生成模块包括构建反馈音乐类型参考库的步骤。图4是构建反馈音乐类型参考库的流程图。
[0051] 反馈音乐类型参考库的构建是基于973项目(项目代码：2014CB744600)实验的最新数据模型，实验所得出的不同情感刺激对应的脑电信号字符片段将作为本系统的基础指标参量。为此进行以下操作，用于构建指标参量库，进而形成反馈音乐的生成模型，具体流程如下：
[0052] 首先采用国际上明确了情感状态的音频(正、中、负)的特定情感来刺激抑郁症患者，采集记录下不同情感刺激下的脑电信号；人体在不同的状态下各个频段的活跃状态会存在差异，其中活跃度即为各频段波形的幅值。因此，将这些标记了情感标签的脑电信号进行脑电频段划分，分成四个频段的波形会存在差异；然后进行脑电数据分割和脑电片段整合，通过设计各个频段波形的阈值，选择出各个频段波形活跃的时间点，并将四个频段处理后的活跃波形按时序对比，记录不同情感刺激下频段活跃度的时序关系，即脑电字符序列，从整个时序关系中找出出现次数较多时序关系片段，并用它表示抑郁症患者受到刺激下产生的情感状态，即这种时序关系片段与对应的情感音频刺激形成指标参量；最后，进行反馈音乐设计，将每种时序关系片段转化为一种反馈音乐片段，每段反馈音乐与对应的情感刺激形成映射关系，得到与不同情感刺激对应的反馈音乐类型。
[0053] 本发明的脑电数据分割采用了一种与均值和标准差等统计量相关的阈值选择方法，其目的是获得分割后具有生理意义并可以描述脑电信号分割前的主要生理信息的频段波形。该方法使脑电信号的每个频段分割段数达到最大的同时，其每个频段的分割阈值也达到最优。既保留了分割前脑电数据的特性，又保证了分割后的脑电数据比较简化。我们将脑电数据用符号d、t、a、b表示，其中每个符号对应一个频段，这样脑电数据就可以用这些符号的叠加和排列表示出来。该阈值选择方法分为两部分：第一步，搜索并选择每个频段的最佳阈值；第二步，将所选的阈值用于对应频段波形的分割。
[0054] 该方法运用脑电数据的统计学特征计算最佳阈值。首先，计算每个频段波形数据的平均值和标准差(μ，σ)。这是阈值计算方法的两个输入变量。然后，分别计算每个频段的分割阈值，并从多个分割阈值中选择一个最佳的阈值。分割阈值的计算公式是：T＝μ±n·σ，μ表示分频后每个频段波形数据的平均值；σ表示分频后每个频段波形数据的标准差；n表示平均值与标准差的比，用于计算平均值与标准差不同比例下的分割阈值，以及选择最优阈值。选择最优阈值的过程如下：初始化n0的值并逐阶增加ni，计算ni变换过程中的阈值Ti，i为计算阈值的数量。当频段波形的某个或多个数据超过对应的阈值Ti时，将超过的部分按波形的时序长度标记为一个片段。对整个频段重复分割过程，得到在阈值Ti下频段中每个片段的长度和片段总个数。通过对比分析每个阈值Ti的片段密度图，即可选择出最优阈值。选择对应频段中获得的片段数最多的阈值，且每个导联上的每个频段都有其对应的最优阈值。最后，我们会将脑电信号的波形图用其对应的四个频段表示，如图5所示。图中是在一整段脑电波下分为4个频段，每个频段的波形片段(短条带)代表该频段在这个时间点波形处于活跃状态，也是根据阈值划分的字符片段。
[0055] 然后进行脑电信号的整合：整合目的是将这四个具有生理意义并可以描述脑电信号分割前的主要生理信息的分段字符组合成为一个脑电信号的字符序列，分割算法也给出了与频段波形对应的分段字符组成的脑电信号的波形片段，比较在同一时间点含有哪些脑电频段，将它们所代表的字符添加到时间序列里。如图6所示，图6中截取的部分脑电，在第一个时间点包含α和β波片段，则将ab作为组合添加到时间序列里；第二个时间点包含θ、α和β波片段，则将tab作为组合添加到时间序列里；……，将序列里的四个频段对应的字符通过叠加和排列组成了一个完整的脑电信号字符序列。这些生成的片段型字符序列对于整个脑电信号来说会存在特定的循环周期，选取本次音频刺激下产生的字符序列里出现次数最多的字符序列片段，作为该音频刺激下的脑电特征。经过正性、中性、负性3种音频刺激后，分别将抑郁患者的这3类脑电数据经过分割和整合之后，得到对应的3类脑电字符序列。从每一类脑电字符序列中选出在一定时间内出现次数最多的脑电信号字符片段，将这种音频刺激产生的情感作为该脑电信号字符片段的标签。如下表所示：
[0056]
[0057] 得出：正性标签对应的脑电信号字符片段为(ab)(abd)(abt)(abdt)(abd)；负性标签对应的脑电信号字符片段为(ab)(abt)(abdt)(bd)；中性标签对应的脑电信号字符片段为(bd)(bdt)(bt)；这3种字符片段是基于大量已知的抑郁症患者在不同情感音频刺激下的脑电数据所得出的结果，将作为反馈音乐类型参考库的基础指标参量。()里面的符号a、b、d、t代表频段，是经过分割算法选出的，表示这一时刻有代表性的频段是无序的，比如(ab)和(ba)是一样的。
[0058] 反馈训练调节模块包括音乐反馈训练的步骤：根据获取的受训者所需的反馈音乐类型，选取与所需的反馈音乐类型相适应的反馈音乐，调节受训者的情绪维持在积极、放松的状态；带有正性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为中性偏正性的音乐刺激；带有负性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为负向的情绪状态，选取对应的反馈音乐应该为正性的音乐刺激，使抑郁患者的情感上升到积极态；带有中性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正常态，选取对应的反馈音乐应该为正性偏中性的音乐刺激。
[0059] 反馈训练调节模块还包括呼吸训练的步骤：引导受训者将注意力集中在呼吸上，并按呼吸的节奏进行数字差位倒数，直到数字结束为止。
[0060] 数据存储模块包括受训者信息的创建、查询、修改、删除和资料的存储，以及系统对受训者进行情绪调节过程及结果。所有数据都是由数据库支持系统的(DBSS)进行存储的。数据存储主要分两类，第一类是接受训练者的基本信息，包括：测试者的编号、姓名、性别、年龄、接受训练的方案、接受训练的次数、联系地址等。第二类是该测试者在最近一次受训时的脑电数据。除了接受训练的方案和受训练的次数发生改变外，第一类数据基本不变。第二类数据会经常发生变化，只存储最近一次训练时的脑电信号数据。另外，本系统也可将数据存储为XML格式的文件，以用于以后的网上传输和远程调用，进行结果评估和数据挖掘。
[0061] 如图7所示，是本发明基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统的工作流程图。包括以下步骤：
[0062] 1)脑电信号采集：采集受试者正常状态下的FP1，FP2，FPz三个电极位的脑电信号；
[0063] 2)脑电数据处理：对采集的脑电信号进行数据处理；
[0064] 3)反馈音乐生成：对脑电信号进行分割、整合，得出受试者脑电信号对应的反馈音乐字符序列，判断出对应的情感标签；
[0065] 4)音乐反馈训练：选取与所述情感标签相适应的反馈音乐对受试者进行音乐反馈训练，
[0066] 5)分析受试者情绪：调节受试者的的情绪维持在积极、放松的状态。
[0067] 本发明针对抑郁症患者设计了一种以音乐作为反馈手段的生物信息反馈抑郁情绪调节方法，其调节过程为：首先，专家利用医学仪器测量抑郁症患者自身感受弱或认知错误的生理或病理信息，并将这种内在生物信息结合外在身体表现通过视觉、听觉等感知方式直观地反馈给患者。其中，内在生物信息，即为通过医学仪器测量得到的脑电信号，而直观地反馈方式，即为上文中脑电信号通过分割、整合处理转化成的音乐信号。然后，专家通过抑郁症患者接收的音乐信息确定患者自身的生理心理状态，为其设计特定的反馈训练。最后，通过一定时间的反馈训练，抑郁症患者可以通过反馈音乐明确自身的生理或病理状态，并可以自由地控制一些生理向的机体功能，以及实现一些简单情绪的快速调节。具体的反馈训练过程如下：
[0068] 训练过程分为两部分：呼吸训练、音乐训练。
[0069] 第一部分的呼吸训练主要运用了呼吸调节方法：
[0070] ①在训练的整个过程中我们需要保证实验环境的安静，以排除实验环境对反馈训练的影响。我们让抑郁症患者坐在凳子上，同时双脚平放在地面上，双手自然放于大腿上，上半身保持直立的坐姿。②抑郁症患者闭上眼睛，感受并放松身躯。但为了避免抑郁症患者进入睡眠状态，我们要求其在整个训练过程中背部保持挺直，精神要在一个清醒的状态。③引导抑郁症患者将注意力集中在呼吸上，并按呼吸的节奏进行差位倒数，如吸气时默数数字10，下次呼气时默数数字8，……，直到数字结束为止。如果倒数过程中出现错误，抑郁症患者应及时地做出调整，集中注意力。④为了避免抑郁症患者由于训练时间过长，而产生手脚麻木、情绪厌烦等不利于抑郁症患者集中精神、放松身心的状态，我们会根据抑郁症患者的具体情况对实验的时间进行调整，确保呼吸训练过程的顺利进行。在呼吸训练完成时，抑郁症患者会达到一种头脑清醒，身心放松的状态。
[0071] 第二部分的音乐训练以音乐反馈为主要调节方法，以为想象放松方法为辅助调节方法：
[0072] ①在音乐训练过程中，我们让抑郁症患者靠坐在凳子上，让抑郁症患者保持一个相对舒适的坐姿。我们会为抑郁症患者佩戴脑电采集设备，并讲解系统的功能及操作流程，让抑郁症患者明确每个反馈音乐所表示的生理心理状态。②抑郁症患者会从数据处理模块接收到带有患者自身生理或心理状态信息的音乐信号。这些音乐信号是根据受试人群自身特别选择的带有一定情感刺激的反馈音乐片段，这些音乐信号会根据自身的脑电信号的变化而实时变化的生成。③通过这些反馈音乐平稳刺激以及专家的想象引导，抑郁症患者的情绪将维持在积极、放松的状态。
[0073] 这些反馈音乐的生成是根据带有正性、负性、中性三种情感标签的脑电信号字符序列所确定的。每段脑电信号会通过分割和整合算法得到脑电信号字符序列，通过比较在反馈音乐生成模块中生成的正性、中性、负性三种反馈音乐类型的脑电字符片段在受训者的脑电信号字符序列中出现的次数，判断出受训者脑电信号的情感标签，生成受训者所需的反馈音乐类型，其中，带有正性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正向的情绪状态，其对应的音乐片段应该为中性偏正性的音乐刺激。这种刺激不需要太强烈，能够维持抑郁患者的情绪状态就行。而带有负性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为负向的情绪状态，其对应的音乐片段应该为正性的音乐刺激。这种状态下，抑郁症患者需要强烈的正性刺激，使抑郁患者的情感上升到积极态。此外，带有中性标签的脑电信号字符序列表示抑郁症患者的生理心理状态为正常态，即无喜无悲，其对应的音乐片段应该为正性偏中性的音乐刺激。国际上不同的古典音乐都有其相应的情感类型，选取有代表性的情感状态所对应的古典音乐，构建情感类型反馈音乐库。音乐训练中的用于干预的音乐刺激从所构建的音乐库中选择。这样就生成了患者所需的某类型反馈音乐，即完成了上述音乐训练的第二步。
[0074] 本发明采用音乐干预的方法对抑郁情绪进行调节，音乐干预的作用机制如下：
[0075] 生理/物理作用。音乐可以引起各种生理反应，如血压降低、呼吸减慢、皮肤温度升高、肌肉电位降低、血管容积增加、血液中的去甲肾上腺素和肾上腺素的含量降低等，从而明显地促进人体的内稳态，减少紧张焦虑，促进放松。研究表明，听觉信息会影响杏仁核、海马体等的活性，而这些边缘系统结构之间形成了一个网络，并且这个网络在情感加工中起着至关重要的作用。
[0076] 人际/社会作用。音乐是一种社会性的非语言交流的艺术形式，音乐活动(包括歌唱、乐器演奏、创作等)本身就是一种社会交往活动，在音乐活动中人们能够感受到安全愉快的人际交往环境，从而学习和提高语言能力、正确的社会行为、与他人合作的能力，并提高自信心和自我评价。
[0077] 心理/情绪作用。音乐对人的情绪的影响力非常大，音乐治疗师通过音乐来改变人的情绪，最终改变人的认知及行为。音乐起到了独特的催化作用，音乐调节情绪的目的不在于被调节者在音乐能力方面的增长，而在于音乐心理体验使被治疗者情绪、行为及思想观念上产生改变，通过这些改变，使患者心理得到改善和成长，对环境有更强的适应性。
[0078] 抑郁症又称抑郁障碍，以显著而持久的心境低落为主要临床特征。抑郁障碍患者的症状表现多样化，可分为情感症状和躯体症状。情感症状通常是抑郁障碍患者最显著、最普遍的症状表现，包括：抑郁心境、快感缺失、自罪感、低自尊等。抑郁障碍患者的躯体症状表现多样，涉及到机体的各个器官的症状。症状表现形式受多种因素的影响，涉及生理与心理的各种因素。先天性抑郁症有遗传倾向，后天性抑郁症伴随着应激反应及脑神经结构的变化，长期处于紧张和悲伤状态会导致脑结构中神经元的损伤和萎缩，最明显是海马体。
[0079] 应激反应会引起边缘系统的萎缩而导致抑郁，下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴是一个复杂的脑边缘结构的集合，其主要功能是控制应激反应和调节身体活动。正常情况下，下丘脑-垂体-肾上腺轴的调节过程如下，参见图8：作为内分泌系统的调节中枢，下丘脑分泌促激素释放激素会使垂体分泌促激素。这些促激素将会随着血液流动到达不同的内分泌腺，并促进各个内分泌腺分泌的激素。当血液中激素过多并打破内稳态平衡时，这些激素就会反过来抑制下丘脑和垂体的功能。当机体受到应激刺激时，糖皮质激素的水平会循环提高，但是有抑郁倾向的患者脑部的一些区域，如下丘脑、海马体等，可能由于长时间受到高浓度的糖皮质激素刺激，而导致神经突触数量的减少，严重地将会引起海马体中神经元的凋亡。海马体的萎缩与下丘脑-垂体-肾上腺轴的活性异常、糖皮质激素水平的升高以及负反馈调节机制的破坏有关。这些脑部结构的萎缩将导致部分内分泌系统不能正常的运行，引起情绪紊乱并减弱了机体正确对应刺激的能力，使人陷入极度紧张、焦虑等负向情绪中。
[0080] 如图9所示，是音乐反馈调节抑郁症患者情绪的作用机理图。
[0081] 长时间的情绪低落是抑郁症患者的主要症状，这使得抑郁症患者的感知路径也与常人不同。这种感知路径包括对外部信息的感知引起对外部信息的情绪和生理反应，进而影响大脑边缘系统反应，通过HPA轴的负反馈调节会引起一系列生理反应；抑郁症状也会导致患者更容易感知外部的刺激信息，比如带有悲伤情感的音乐，图片和视频。在患者不断受到这些负性情感的信息刺激时，在情绪低落的基础上，抑郁症患者常常会产生无助感、无用感，并且自责、自卑，严重时会出现幻觉。与此同时，他们的心理反应也会变得心境低落、紧张焦虑、自我否定等。这样长期以来，抑郁症患者的脑边缘系统结构对所接收到的刺激信号进行加工，在不断的负性情感状态下，会引起糖皮质激素水平的升高和神经突触的数量的减少，严重地将会引起前额叶、下丘脑和海马体等区域中神经元的凋亡。从而进一步破坏了HPA轴的负反馈调节机制。这时会致使脑部活动异常紊乱，应激能力差，进而引发患者内分泌失调，情绪受到严重影响等一系列生理变化。针对这些生理反应，本发明设计了基于脑电信号的音乐反馈抑郁情绪调节系统。在反馈环路中，通过采集患者的脑电信号并将脑电图作为抑郁症患者的情绪监控信号，通过脑电信号的分割和整合算法，找到患者脑电信号所映射的音乐信号，根据音乐信号的性质类别生成反馈音乐；这种将脑电生物信号转化为抑郁症患者可以理解的音乐信号的方法，可以使其通过反馈音乐明确自身的生理心理状态，进行内部信息的感知，在此基础上，系统为患者设计了一系列包括呼吸训练和音乐训练的训练方案，进行音乐反馈调节训练，通过对内部信息的情绪与心理反应，引起大脑边缘系统反应，进而再通过HPA轴的负反馈调节调节生理反应。当抑郁症患者接受音乐反馈情绪调节训练时，副交感神经将会释放乙酰胆碱等抑制激素，从而降低血液中各类激素的水平，并明显地促进机体内稳态，如血压降低、呼吸减缓、减少紧张焦虑和维持内环境的稳态，实现对负向情绪的调节。
[0082] 应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造的保护范围当中。
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