[发明专利]一种人脑语言认知建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人脑语言认知技术，特别是一种人脑语言认知建模方法。

背景技术

认知在人脑中最直接的反映是脑区激活或抑制程度，从神经信息学的角度，对语言认知研究的关键是研究人脑语言认知过程中脑区状态以及这些状态迁移的过程，其最重要手段之一是按照神经信息学的要求设计实验，刺激受试者(多为特定群体的志愿者)的认知功能，并对其进行功能性采集数据，然后采用一定建模技术对这些数据进行分析。近些年发展起来的脑成像技术(正电子发射断层扫描、功能核磁共振)为人们直接观察和分析人脑功能活动提供了手段。当前认知研究所依赖的脑成像分析技术主要是通过统计参数图系统、功能神经成像分析系统等基于统计学的建模工具生成相应的t检验脑图来发现哪些脑区控制某项认知功能。这些以统计为基础的认知建模方法是基于一个基本假定对样本数据进行统计分析，这个假定认为：给定一定的认知刺激，在人脑认知中必定出现该刺激的认知状态。而事实上，所观测的认知激活特征具有事件相关性，认知状态具有叠加性和数据样本较小的特点，不具备严格的统计意义，也不满足统计认知建模方法的前提，因而容易导致错误的认知结果。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种适于小样本、具有动态时间特征的人脑语言认知建模方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种人脑语言认知建模方法，包括以下步骤：

A、认知状态实例初始化

用h标识人脑中的认知状态，由于h并不能直接用仪器设备进行观测，但在概率上实验观察值相对应，因而将h称为隐性认知状态，将隐性认知状态h表示成四元组<W,d,Θ,Ω>，其中：d表示h在时间上的持续标量；W是时空维度为d×V的反映矩，其中V为h涉及的脑区维度；Θ为h的参数空间，Ω为参数空间的值域。认知观测过程中，依输入刺激Δ，脑认知状态的激活会存在一定的时滞。对处于激活态的认知状态，即是认知状态实例，用ξ标记，考虑隐性认知状态h的时间因素，认知状态实例是一个三元组<h,λ,o>，其中：h为相应的隐性认知状态，λ是实验刺激的输入时间点，o是认知状态的时间偏移，认知状态实例ξ的起始时间为λ+o，其持续时间d与对应的隐性认知状态h持续的时间相同，都用d(h)表示。

B、映射激活特征与观测数据间的概率分布

假定在认知实验过程中，t时段通过成像设备观测受试者的脑激活特征b_t是由L个认知状态实例共同作用的结果，用ξ₁,ξ₂,…,ξ_L标示这L个认知状态例，那么记b_t={ξ₁,ξ₂,…,ξ_L}；b_t与观测时间序列S中时段t、空间维度v的分量s_tv服从正态分布，即：

s_tv～N(μ_tv(b_t),σ_v)  (1)

其中σ_v是标准方差，它反映与观测时间序列相关的噪声分布，具有时间独立性；μ_tv(b_t)反映相应时段所有相关认知状态的叠加效果，即满足下式：