$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
أجريت هذه الدراسة وفقا لإرشادات لجنة الأخلاقيات في جامعة تشوتشو. تمت الموافقة على بروتوكول البحث من قبل مجلس مراجعة المؤسسات بجامعة تشوتشو (IRB) بموجب رقم الموافقة QZU-IRB-2026-037. قدم جميع المشاركين موافقتهم الواعية قبل إدراجهم في الدراسة.
التحضير التجريبي وتوظيف المشاركين
تكونت التجربة من أربع مراحل (الشكل 1): التحضير، تصميم التجارب، بناء النموذج، وتحليل النتائج. في مرحلة التحضير، تم تحديد أهداف البحث بناء على مراجعة الأدبيات المتعلقة بالعلاج بالموسيقى، وجمع بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي، ونماذج التعلم العميق. في مرحلة التصميم التجريبي، تم تجنيد 30 مشاركا صحيا لأداء مهام الاستماع إلى الموسيقى. تم تسجيل إشارات EEG وتقييمات الألفة الموسيقية. تم توحيد بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي وتقسيمها إلى نوافذ من 2048 عينة مع تداخل 1024 عينات. تم دمج ميزات الألفة مع بيانات تخطيط الدماغ كنماذج مدخلات. تم بناء نموذجين، CNN+RNN وEEGNet. استخرجت طبقات CNN ميزات الزمن-التردد، والتقطت LSTM ثنائية الاتجاه التبعيات الزمنية. تم استخدام طبقة متصلة بالكامل مع دالة تفعيل سوفتماكس للتصنيف. تم تدريب النماذج بحجم دفعة 50 لكل 30 حقبة باستخدام أداة تحسين آدم. تم تطبيق الانسحاب والتوقف المبكر. تم تقييم الأداء بشكل أساسي باستخدام الدقة كمقياس المبلغ عنه، مع حساب مقاييس الدقة والاستدعاء ودرجة F1 أيضا للتقييم الإضافي.
البيئة التجريبية وإعداد المعدات
أجري التجربة في غرفة هادئة ومغلقة خالية من التداخل الخارجي، مع الحفاظ على درجة حرارة الغرفة عند 27 درجةمئوية. تم استخدام المعدات التالية: جهاز EEG (Muse S، InteraXon Inc.)، نظام EEG رباعي القنوات (TP9، AF7، AF8، TP10) بمعدل أخذ عينات 256 هرتز؛ سماعات الرأس النهائية E3000 داخل الأذن؛ وجهاز كمبيوتر لجمع البيانات يعمل ب Muse SDK وطبقة البث المختبرية (LSL).
قبل كل جلسة تجريبية، كانت أسطح السماعات تلامس الأذن بالكحول تنظف النظافة وتقليل خطر التلوث المتبادل. تم تركيب سماعة Muse S لكل مشارك، مما يضمن استقرارا مستمرا بين جميع الأقطاب الجافة الأربعة (TP9، AF7، AF8، TP10) والجلد. إذا كانت جودة الإشارة سيئة، يتم تعديل موضع عصابة الرأس حتى يتم الحصول على إشارات مستقرة. جلس المشاركون على كرسي مريح مع دعم للظهر وطلب منهم إبقاء أعينهم مغلقة، وتجنب الكلام، وتقليل الحركات الكبيرة للجسم أثناء التجربة.
تحضير محفزات الموسيقى
تم إعداد ثلاثة أنواع موسيقية: الروك، والغنائية (بالاد)، والموسيقى الشعبية. تضمن كل نوع ثلاث أغاني صينية، ليصبح المجموع تسع أغاني. للتحكم في الفروق في الألفة الموسيقية، تم اختيار الأغاني في كل نوع وفقا للمعايير التالية: أغنية قديمة واحدة؛ أغنية شهيرة حالية واحدة (من قائمة أفضل الأغاني في سبوتيفاي)؛ وأغنية جديدة واحدة (من قائمة الإصدارات الجديدة على سبوتيفاي).
تم تحرير كل أغنية إلى مقطع صوتي موحد، يبدأ من المقدمة، يليه المقطع، وينتهي عند الكورس الأول، بمدة إجمالية تتراوح بين 90–130 ثانية. تم تخصيص معرف فريد لكل أغنية (مثل R1–R3، B1–B3، F1–F3) لتسمية البيانات وإدارة الملفات لاحقا.
إجراء تجريبي وتسجيل الاستبيان
قبل التجربة الرسمية، كان يتم إجراء اختبار للصوت من خلال تشغيل مقطع صوتي اختباري. قام المشاركون بضبط الصوت ليكون واضحا ومريحا وغير مرتفع بشكل مفرط، وحافظوا عليه ثابتا طوال التجربة. تم عشوائية ترتيب تشغيل الأغاني التسع (مثل استخدام جدول أرقام عشوائي أو عشوائية برمجية) لتقليل تأثيرات الترتيب. أكمل جميع المشاركين مهام الاستماع إلى الموسيقى بشكل مستقل. تم تقديم كل جزء موسيقي من المقدمة حتى الكورس الأول، واستمر من 90 إلى 130 ثانية. تم توفير فترة راحة مدتها 30 ثانية بين الأغاني. خلال هذه الفترة، أكمل المشاركون استبيان ألفة باستخدام منصة إلكترونية (Questionnaire Star). قيم المشاركون مدى ألفتهم مع كل أغنية باستخدام مقياس ليكرت مكون من خمس نقاط (1 = غير مألوف تماما؛ 5 = مألوف جدا). تم تسجيل تسمية تفضيل المشارك لكل أغنية (0 = عدم الإعجاب؛ 1 = إعجاب) وفقا لنظام التصنيف الثنائي المحدد. يتم توضيح الإجراء التجريبي الكامل في الشكل 2.
اكتساب تخطيط الدماغ وتسجيل البيانات
تم جمع بيانات EEG باستخدام مجموعة تطوير البرمجيات الرسمية لموز وبثها عبر طبقة البث المختبرية (LSL). تم حفظ بيانات EEG المقابلة لكل أغنية كملفات قيم مفصولة بالفواصل (CSV)، تحتوي على الحقول التالية على الأقل: الطابع الزمني (ميلي ثانية); إشارات EEG خام من أربع قنوات (TP9، AF7، AF8، TP10)؛ درجة الألفة المسجلة يدويا (1–5)؛ وتسمية التفضيل (0/1). تم استخدام نظام تسمية ملفات متسق (مثلا، S01_R1.csv، يشير إلى المشارك 01 وأغنية الروك 1) لتسهيل المعالجة الآلية والتتبع.
معالجة البيانات مسبقا، التطبيع، والنوافذ
تم تسجيل إشارات EEG باستخدام جهاز EEG رباعي القنوات Muse S بمعدل أخذ عينات 256 هرتز، وتم تطوير برامج مخصصة باستخدام مجموعة التطوير الرسمية. تم جمع بيانات تخطيط الدماغ الخام من خلال طبقة البث المختبرية (LSL) وحفظها بصيغة CSV. تضمنت ملفات CSV الأعمدة التالية: الطابع الزمني (ميلي ثانية)، قيم EEG الأربع قنوات (TP9، AF7، AF8، TP10)، تقييمات الألفة على الموسيقى للمستخدم (1–5)، وتقييمات تفضيلات الموسيقى للمستخدم.
يتوافق العدد الإجمالي للبيانات مع عدة نوافذ يتم إنشاؤها لكل مشارك ولكل قطعة موسيقية، مما ينتج عنه مجموعة بيانات واسعة النطاق تعتمد على نظام النوافذ. في التجربة الأصلية، تم تمثيل تفضيل الموسيقى كتسمة ثنائية (0 = عدم الإعجاب، 1 = الإعجاب)، مما قد يؤدي إلى دقة عالية مصطنعة وتعميم محدود للنموذج.
لتحسين الأهمية العملية لمهمة التنبؤ، تم تحويل تسميات التفضيلات إلى مقياس تقييم متعدد المستويات: 0 = معارض بشدة؛ 1 = غير موافق; 2 = محايد؛ 3 = موافق; 4 = أتفق بشدة.
قبل التعلم الآلي، كانت البيانات موحدة ومقسمة إلى نوافذ تحتوي على 2048 عينة لكل منها، مع تداخل 1024 عينة بين النوافذ المتجاورة للحفاظ على الاستمرارية الزمنية. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق تعزيز البيانات لزيادة عدد عينات التدريب وتقليل خطر الإفراط في التركيب.
بنية النماذج
تكون نموذج البحث من ثلاث طبقات التفافية، وثلاث طبقات تجميع، وطبقة متصلة بالكامل. تم استخدام التجميع الأقصى لاختيار الميزات، وتطبيق الانقطاع لتقليل الإفراط في التركيب، وتم توليد المخرج النهائي باستخدام طبقة تصنيف softmax. كل نافذة إدخال تضمنت إشارات EEG رباعية القنوات (2048 عينة لكل نافذة) وميزة الألفة. كان الناتج يمثل تصنيف تفضيل خمس فئات. يتم عرض البنية في الشكل 3، ومعلمات النموذج موضحة في الجدول 2.
تدريب النماذج والتحقق المتقاطع
تم تقسيم مجموعة البيانات عشوائيا إلى 80٪ للتدريب و20٪ للاختبار. تم تطبيق التحقق المتقاطع عشر أضعاف، حيث تم استخدام مجموعة فرعية واحدة للتحقق والتسع المتبقية للتدريب في كل تكرار. تم تكرار هذه العملية عشر مرات، وتم تجميع النتائج. تم تعيين معايير التدريب الفائقة كما يلي: فترات = 30؛ حجم الدفعة = 50؛ المحسن = آدم؛ دالة الخسارة = الانحراف التصنيفي؛ مقياس التقييم = الدقة. تم تسجيل أداء النماذج تحت شروط EEG فقط وEEG + الألفة، سواء لجميع الأنواع مجتمعة أو لكل نوع منفرد.
طرق التحليل الإحصائي
تم إجراء تحليل البيانات باستخدام بايثون 3.10 مع TensorFlow 2.12، Keras 2.12، وMNE-Python 1.3. تم إجراء معالجة البيانات وتحليلها باستخدام Pandas 2.1 و NumPy 1.26. تم تجميع مقاييس الأداء من التحقق المتقاطع العشر أضعاف، وتم حساب قيم المتوسط والانحراف المعياري. أجريت المقارنات الإحصائية بين الحالات باستخدام اختبارات t مزدوجة أو اختبارات تصنيف موقع ويلكوكسون، مع مستوى دلالة P < 0.05.