TWI482611B - Emotional brainwave imaging method - Google Patents
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Description
本發明隸屬一種利用情緒性語音建立生物指標之技術領域，具體而言係指一種運用人類六大基本情緒語音的情緒性腦電波造影方法，供作為自閉症臨床診斷與療效監控之生物指標。
按，自閉症病因不明，許多研究懷疑自閉症是由基因控制，再由環境因素觸發，尚無有效的療育和藥物可以治療。根據美國疾病管制局最新的報告，自閉症(Autism Spectrum Disorders,ASDs)的盛行率約為，每一千個孩童就有11.3位患有該疾病，比起2006的報告高出23%；然而，疾管局也指出該盛行率的升高，部份來自過度的診斷、社會福利的促進。
目前自閉症的診斷方法，只能倚賴醫師和心理師的經驗觀察，基於精神病學的行為描述性準則，輔以神經心理的測試，尚無確切客觀指標，遲至兩到三歲才能確立診斷，也未能準確監控療育和藥物之療效。而運用純音為刺激材料之非配對負向腦電位，已有超過30年之研究歷史，具有相當的穩定性和可靠性，其研究成果不乏應用至臨床實驗與衡鑑上，尤其針對難以配合的臨床族群特別受益，例如自閉症、嬰幼兒、昏迷及腦傷的病人。
近年來研究報告指出，非配對負向腦電位與麩胺
酸受體(N-methyl-d-aspartate；NMDA receptor)之功能與活性密切相關，而麩胺酸受體功能又是在記憶與情緒的處理中最重要的機制之一。以自閉症的臨床應用為例，其主要病兆在於處理社交行為的困難。過去文獻曾提出該疾患無法理解他人的情緒狀態【包括：對於情緒語音的辨認等】，為社會認知障礙中常見的外顯特徵；同時，在相關臨床實務的報告中也指出他們在處裡聽覺訊息上存在著顯著地感覺功能失調。過去文獻僅針對此類個案在處理一般性聽覺訊息或人聲【不具情緒意涵之語音】有較多的研究探討，但因所選取受試者的嚴重程度與實驗設計之不同，造成其結果仍有許多分歧與不一致；甚者，之前相關研究對於自閉症患在處理情緒性語音之實證探討仍付之闕如。
換言之，因此如能將處理具情緒語音與合成聲頻之聽覺刺激，是否存在神經電生理訊號歧異，並利用此具有良好信效度且穩定的情緒性非配對負向腦電位，來檢測情緒性語音，以作為自閉症之診斷判定及臨床篩檢將是重要的開發。
緣是，本案發明人乃針對前述關於情緒語音與自閉症的關連深入探討，並利用多年相關的研發經驗積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種情緒性腦電波造影方法，以克服現有對於自閉症患無確切客觀指標所造成的不便與困擾。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種情緒性腦
電波造影方法，藉以利用情緒性非配對負向腦電位的設計，建立出自閉症的鑑別標準，補強臨床診斷上的量化依據，可望提早至新生兒的診斷，亦可提供更為深具實用意涵之生物診斷指標。
據此，本發明主要係透過下列的技術手段，來具體實際前述之目的與功效；其包含有：一情緒語音擷取之步驟，其係錄製人類不同的情緒語音；一建立情緒語音資料庫之步驟，在完成情緒語音擷取後，進行情緒語音的特徵分析，並分別合成該等情緒語音之複雜聲及簡單聲；一導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析之步驟，在完成建立情緒語音資料庫後，將情緒語音利用非配對實驗導入情縮性非配對負向腦電位之收集與分析，同時分別將複雜聲及簡單聲利用非配對實驗收集並分析非配對負向腦電位；一建立診斷/監控生物指標之步驟，在完成導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析後，其係先分析並比較情緒性語音與對應複雜聲、簡單聲對至少一受試者帶來之不同程度行為影響，進一步確認情緒有效性，接著分析情緒性非配對負向腦電波與神經精神病學之臨床鑑別診斷資料，最後建立至少一神經精神病學診斷之生物標籤。
藉此，透過本創作前述技術手段的具體實現，讓本發明的情緒性腦電波造影方法可透過六種不同情緒語音
的資料庫建立，佐以語音擷取技術合成相對應物理聲學特徵之複雜頻與簡單聲，研發出情緒性非配對負向腦電位作為不同情緒向度辨識能力的客觀定量之生物指標，供用於自閉症臨床之診斷與監控。
為使 貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如后，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。
本發明係一種情緒性腦電波造影方法，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。
本發明情緒性腦電波造影方法主要架構係如第一、二圖所示，其包含有一情緒語音擷取(S01)，一建立六大基本情緒語音資料庫(S02)、一導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析(S03)、以及一建立診斷/監控生物指標(S04)之步驟；其中所述情緒語音擷取(S01)之步驟，首先，進行錄製人類六大基本情緒語音，以不同聲調發出中性的、生氣的、噁心的、疼痛的、快樂的、悲傷的與害怕的等六種
帶有不同情感之“DADA”音節。接著，進行情緒語音大樣本評分，將這些帶有情感的聲音給眾多聴眾評分，依據每一種不同情感的韻律分類，以判定聲音中的情緒元素，其中被評為最沒有情感的聲音被選擇為“中性刺激”。最後，選取評分最高之各類別情緒語音確保情緒效度，其選定的刺激標準係將被評分為極端帶有情緒的聲音刺激語調會伴隨情緒中立的聲音放入聲音編輯程式進行編輯，使其具有相同時間長度和響度，但不同情緒語調保留不同基頻F0和其他頻率的共振峰；所述建立情緒語音資料庫(S02)之步驟，首先，係進行分析情緒語音之聲學物理特徵，其係於聲學中頻譜能量分布與時間向度是控制聲音的非常重要元素，透過攫取聲音中重要的頻譜與時間向度資訊所合成出的聲音能夠達到最大限度的聲音控制；接著，擷取各類別情緒語音之振動信封，並取得各類別情緒語音之基本頻率輪廓與中央頻率；之後，透過提取每個人聲【中性、快樂、厭惡、噁心、害怕、傷心】原基本頻率輪廓，然後合成一個正弦波形式，再將基本頻率輪廓與振動信封合成「複雜聲」；同時，以相同方式，透過提取中央頻率與振動信封合成「簡單聲」；所述導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析(S03)之步驟，其係將「情緒語音」利用非配對實驗導入情縮性非配對負向腦電位之收集與分析，同時分別將「複雜聲」及「簡單聲」利用非配對實驗收集並分析非配對負向腦電位；所述建立診斷/監控生物指標(S04)之步驟，首先，
係分析並比較情緒性語音與對應複雜聲、簡單聲對受試者帶來之不同程度行為影響，進一步確認情縮有效性；接著，分析情緒性非配對負向腦電波與神經精神病學之臨床鑑別診斷資料；最後，建立神經精神病學診斷之生物標籤。
藉此，組構成一可供建立客觀量化生物指標的情緒性腦電波造影方法者。
而本發明較佳實施例之具體實施，則仍請參看第一、二圖所示，首先，錄製人類六大基本情緒語音，由一位女性和一位男性專業配音員透過三種不同聲調發出六種帶有不同情感【中性的、生氣的、噁心的、疼痛的、快樂的、悲傷的與害怕的】之“DADA”音節，聽起來為“搭搭”的無意義音節，並要求發聲員針對“DADA”在每一種情感的韻律類別，分別各錄製十次。接著，進行情緒語音大樣本評分，把這些帶有情感的聲音給眾多聴眾評分【如本發明以一百二十位聽眾，男、女各一半為評分樣本】，依據每一種不同情感的韻律類別。聽眾聽到刺激後會填寫一份有五點規模的量表，來判定聲音中的情緒元素，如：從“非常快樂”到“完全不快樂”，或是從“非常生氣”到“完全不生氣”，其中被評為最沒有感情的聲音被選擇為“中性刺激”。最後，選取評分最高之各類別情緒語音確保情緒效度，其選定的刺激標準如下，被評分為極端帶有情緒的聲音刺激如“非常快樂”和“非常生氣”之語調會伴隨情緒中立的聲音放入聲音編輯程式【例如Sound Forge 9.0 and Cool Edit Pro 2.0】進行編輯，使其具有相同時間長度【如550ms】和響度【例如57dB~
62dB，平均59分貝】，但不同情緒語調保留不同基頻F0和其他頻率的共振峰；接著，建立情緒語音資料庫，其係將聲學中頻譜能量分布與時間向度是控制聲音的非常重要元素，透過攫取聲音中重要的頻譜與時間向度資訊所合成出的聲音能夠達到最大限度的聲音控制。因此，為了控制不同的聲學特性對於實驗中可能的解釋，我們採取人工合成的方式保留原始人聲的重要頻譜與時間向度訊息建立一套對應的非人聲聲音刺激。具體來說，每一個相應的複雜的聲音被創造，首先提取每個人聲【中性、快樂、厭惡、噁心、害怕、傷心】原基本頻率輪廓，然後合成一個正弦波形式，最後應用這個合成的聲音與原來的聲音信封再做一次合成，合成出來的聲音稱為複雜聲。以類似的方式，將提取的成分從基頻輪廓改為中央頻率，所合成的聲音稱為簡單聲。對於時間向度上的控制：三類【人類情緒聲、合成複雜聲、合成簡單聲】都保留有和原始聲相同的包絡線【即聲音信封】。而對於聲譜能量分布上的控制，複雜合成聲和簡單合成聲分別保留了原始人聲的基頻共振輪廓和中心頻率。
之後，導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析，由於非配對負向腦電位【Mismatch Negativity，MMN】是事件相關電位【ERP】的一種，非配對【Mismatch】之名，來自於刺激的方式，欲產生MMN，必須讓受試者接受一連串相同的聽覺刺激【standard】，並間雜少數不同的刺激【deviant】於其中。這些較罕見的聽覺刺激可能在頻率、長度、強度、空間方位與原刺激相異。正常
的受試者會在罕見刺激後約200毫秒左右出現特殊的負向波，即MMN。任何感覺系統偵測到外在刺激的改變，且無論是否被注意到，MMN都會被激發，但最常被研究的領域是聽覺。MMN的觀測指標主要為腦波之振幅與出現之潛伏期，通常MMN異常是指其振幅變小。本發明的導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析主要分為三個區塊【人聲、複雜合成聲與簡單合成聲】，從已建立之人類情緒語音與合成聲音資料庫中透過自行開發之實驗播放程式與腦電波收錄軟、硬體同步連線，得到分析所需之參數，透過不同參數對應不同類別的聲音刺激處理，可擷取對相同情緒類別處理之大腦訊號，將其平均以提高訊雜比【signal to noise ratio】。每位受試者須要聽三種不同的聲音所組成的不匹配實驗序列。在每一序列中，受試者會在安靜的施測空間中進行腦電波的收集與記錄。受試者在聽取聲音的同時，必須觀看帶字幕的無聲電影，以被動型式處理聽覺刺激，因為其注意力並未放在聲音刺激上而是在電影中。在人聲序列中，未帶情緒的中性聲韻為時常出現的標準刺激(S)；另外兩個帶有情緒的變異音節【如快樂與生氣】則作為無預警偶爾出現的音節(D1、D2)。在複雜聲與簡單聲的序列裡，相應的合成音各自成為S、D1和D2。每一序列裡有800個標準音，100個D1和100個D2，這是一個偽隨機的序列，目的是讓兩個變異音節之間至少存在兩個標準音。刺激與刺激之間相隔1200毫秒。最後，利用32電極通道的腦電波來記錄及收集大腦神經活動時所產生的微細生理電訊號；
最後，建立診斷/監控生物指標，其透過六種不同情緒語音【中性的、生氣的、噁心的、快樂的、悲傷的、害怕的】的資料庫建立，佐以語音擷取技術合成相對應物理聲學特徵之複雜頻與簡單聲，研發出情緒性非配對負向腦電位作為不同情緒向度辨識能力的客觀定量之生物指標，供用於自閉症臨床之診斷與監控。
透過前述之說明，由於跨情緒向度之情緒語音【正向快樂的語音與負向生氣的語音】測量得到的非配對腦電波在診斷自閉症上具有高度敏感性與特異性，契合自閉症族群核心的社會化情緒處理缺失之臨床症狀與理論解釋，使本發明可發現自閉症的個案不論在處理合成聲或情緒音之聽覺刺激，在非配對負向腦電位的振幅上，相較於健常受試者均有顯著偏低的特徵。特別是在具情緒性語音的刺激中，健康受試者可顯見負向與正向情緒語音於神經電生理訊號之區分【負向情緒較正向情緒為大】；另外，自閉症個案的情緒負波與臨床嚴重程度，存在著顯著正相關之趨勢，亦即功能程度愈嚴重的自閉症疾患，其處理負向情緒語音的神經歷程有愈嚴重地缺損。甚者，藉由統計檢定，更發現若負向情緒語音之非配對負向腦電位之振幅的截點定為-2.88μv，其對於判定是否為自閉症的敏感度高達95.8%，同時對於判定是否不具自閉症疾患的特異度亦達到91.7%。此重關係的發現，對於泛自閉症於臨床實務上的診斷應用提供了極具重要的生物指標，其亦補足了過去相關診斷標準所缺乏的客觀性數據與實證，特別是非配對負向腦電位目前
已知與特定基因受體的功能有關，對於接續探討自閉症疾患的病因與整合基因-腦-行為之神經科學實證。
藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的加工物創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。
(S01)‧‧‧情緒語音擷取
(S02)‧‧‧建立六大基本情緒語音資料庫
(S03)‧‧‧導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析
(S04)‧‧‧建立診斷/監控生物指標
第一圖：為本發明情緒性腦電波造影方法的簡要流程示意圖。
第二圖：為本發明情緒性腦電波造影方法的詳細流程解說示意圖。
(S01)‧‧‧情緒語音擷取
(S02)‧‧‧建立六大基本情緒語音資料庫
(S03)‧‧‧導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析
(S04)‧‧‧建立診斷/監控生物指標
Claims (4)
- 一種情緒性腦電波造影方法，其包含有：一情緒語音擷取之步驟，其係錄製人類不同的情緒語音；一建立情緒語音資料庫之步驟，在完成情緒語音擷取後，進行情緒語音的特徵分析，並分別合成該等情緒語音之複雜聲及簡單聲；一導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析之步驟，在完成建立情緒語音資料庫後，將情緒語音利用非配對實驗導入情縮性非配對負向腦電位之收集與分析，同時分別將複雜聲及簡單聲利用非配對實驗收集並分析非配對負向腦電位；一建立診斷/監控生物指標之步驟，在完成導入情緒性非配對負向腦電位之收集與分析後，其係先分析並比較情緒性語音與對應複雜聲、簡單聲對至少一受試者帶來之不同程度行為影響，進一步確認情緒有效性，接著分析情緒性非配對負向腦電波與神經精神病學之臨床鑑別診斷資料，最後建立至少一神經精神病學診斷之生物標籤；藉此，組構成一可供建立客觀量化生物指標的情緒性腦電波造影方法者。
- 依據申請專利範圍第1項所述之情緒性腦電波造影方法，其中該情緒語音擷取步驟包含有：首先係進 行錄製人類基本情緒語音，以不同聲調發出不同情感之音節；接著，進行情緒語音大樣本評分；最後，選取評分最高之各類別情緒語音確保情緒效度。
- 依據申請專利範圍第1項所述之情緒性腦電波造影方法，其中該情緒語音擷取之步驟中擷取的語音包含中性的、生氣的、噁心的、疼痛的、快樂的、悲傷的與害怕的等人類六大基本情緒語音。
- 依據申請專利範圍第1項所述之情緒性腦電波造影方法，其中該建立情緒語音資料庫步驟的執行包含有：首先進行分析情緒語音之聲學物理特徵；接著擷取各類別情緒語音之振動信封；之後透過提取每個人聲原基本頻率輪廓，然後合成一個正弦波形式，再將基本頻率輪廓與振動信封合成複雜聲；同時以相同方式，透過提取中央頻率與振動信封合成簡單聲。
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