Towards Measuring Music Appreciation based on Functional Brain Connectomics: An EEG-steered Graph Learning approach
Creators: name: Χαρίτος, Ιωάννης Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Εγκεφαλική Συνδεσιμότητα
Νευροεπιστήμη
Γραφοεκμάθηση
Brain Connectomics
Neuroscience
Graph Learning

description: Σε αυτήν την εργασία, ερευνούμε τις νευρωνικές συσχετίσεις οι οποίες αναδύονται μεταξύ διαφορετικών περιοχών του ανθρώπινου εγκεφάλου καθώς ο εθελοντής υπόκειται σε υψηλής ποιότητας μουσικά ερεθίσματα. Το διεπιστημονικό πεδίο που προσπαθεί να εξηγήσει τους μηχανισμούς πίσω από την ανάδυση αυτών των μηχανισμών ονομάζεται “Functional Brain Connectomics”. Το πείραμα αποτελείται από 4 (τέσσερα) στάδια: i) Την διεξαγωγή των εγκεφαλογραφημάτων σε κατάσταση ηρεμίας όπου ο εθελοντής δεν εκτίθεται σε κάποιο εξωτερικό μουσικό ερέθισμα καθώς και σε δύο καταστάσεις ακρόασης μουσικής. Μία όπου ο εθελοντής ακούει το κομμάτι το οποίο έχει ο ίδιος χαρακτηρίσει ως το αγαπημένο του κομμάτι και μια στην οποία ακούει ένα κομμάτι το οποίο ο ίδιος χαρακτήρισε ως “χαλαρωτικό» (relaxing). ii) Την εφαρμογή του αλγορίθμου Γραφομάθησης σε κάθε μια από τις διακριτές δοκιμές εγκεφαλογραφήματος για την αποκόμιση ενός αντιπροσωπευτικού γράφου. iii) Την επικύρωση της αξιοπιστίας των προαναφερθέντων γράφων μέσω της διαχωρισιμότητας των προβολών των στον δισδιάστατο Ευκλείδειο χώρο μέσω μιας κατάλληλης ρουτίνας μείωσης. iv) Ερμηνεία των διαφορών στη νευρωνική δραστηριότητα μεταξύ των τριών ειδών δοκιμών με χρήστη των παραπάνω γράφων. Τα αποτελέσματα συνιστούν αυξημένη λειτουργική συνδεσιμότητα στην γενική περιοχή του μετωπιαίου λοβού όταν ο εθελοντής ακούει μουσική τόσο στην περίπτωση του “αγαπημένου” μουσικού κομματιού όσο και στου “χαλαρωτικού” σε αντίθεση με τις καταστάσεις ηρεμίας. Η αυξημένη λειτουργική συνδεσιμότητα εκφράζεται μέσω αυξημένων τιμών στις ακμές των κανονικοποιημένων μέσων γράφων (Matrix means) η οποίοι υπολογίζονται ως αντιπρόσωποι για τις είκοσι δύο (22) δοκιμές του αγαπημένου μουσικού κομματιού και των είκοσι ένα (21) δοκιμών του χαλαρωτικού μουσικού κομματιού σε σύγκριση με τον μέσο γράφο των έντεκα (11) δοκιμών ηρεμίας
description: In this study, we investigate the neural correlations that emerge between different regions of the cerebral cortex of the human brain as the subject is stimulated with pieces of high quality music. The interdisciplinary scientific field that tries to explain the mechanisms behind the emergence of said correlations is called Brain Connectomics. The experiment consists of 4 (four) stages: i) Conducting EEG trials in idle (resting) state where the subject in to exposed to any external stimuli and in 2 music stimulation states. One while the subject listens to the music piece described as its “favorite” piece and another while it listens to a generic music piece labeled as “relaxing”. ii) Applying Graph Learning algorithms to each of these three different classes of EEG trials to extract a representative graph for each of them. iii) Evaluating the credibility of said graphs by the separability of the trials when projecting them into the 2D Euclidean space by some appropriate dimensionality reduction technique. iv) Ιnterpret the differences in neural activity across the states using these graphs. The results indicated increased functional connectivity in the general area of the frontal lobe when the subject is listening to music pieces be it either the one labeled as “favorite” or “relaxing” in contrast with the resting state. Increased functional connectivity is expressed by higher values in the entries of the normalized Matrix means of the 22 favorite and 21 resting music trials when compared to the mean of the resting state ones