$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Bu çalışma, Quzhou Üniversitesi Etik Komitesi'nin yönergelerine uygun olarak yürütülmüştür. Araştırma protokolü, Quzhou Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından QZU-IRB-2026-037 onay numarasıyla onaylanmıştır. Tüm katılımcılar, çalışmaya dahil edilmeden önce bilgilendirilmiş onay sundu.
Deneysel hazırlık ve katılımcı katılımı
Deney dört aşamadan oluşuyordu (Şekil 1): hazırlık, deneysel tasarım, model yapım ve sonuç analizi. Hazırlık aşamasında, müzik terapisi, EEG veri toplanması ve derin öğrenme modelleri üzerine literatür incelemesine dayanarak araştırma hedefleri tanımlandı. Deneysel tasarım aşamasında, 30 sağlıklı katılımcı müzik dinleme görevlerini yerine getirmek üzere seçildi. EEG sinyalleri ve müzik tanıdıklık dereceleri kaydedildi. EEG verileri standartlaştırıldı ve 1024 örnek örtüşmesi olan 2048 örnek penceresine bölündü. Aşinalık özellikleri, model girdileri olarak EEG verileriyle birleştirildi. İki model oluşturuldu: CNN+RNN ve EEGNet. CNN katmanları zaman-frekans özelliklerini çıkardı ve çift yönlü LSTM zamansal bağımlılıkları yakaladı. Sınıflandırma için softmax aktivasyon fonksiyonuna sahip tamamen bağlı bir katman kullanıldı. Modeller, Adam optimizatoru kullanılarak 30 dönem boyunca 50 adet parti boyutuyla eğitildi. Okuldan ayrılma ve erken bırakma uygulandı. Performans, öncelikle raporlanan metrik olarak Doğruluk kullanılarak değerlendirildi; ek değerlendirme için Hassasiyet, Hatırlama ve F1 puanı metrikleri de hesaplandı.
Deneysel ortam ve ekipman kurulumu
Deney, dış müdahaleden uzak, sessiz ve kapalı bir odada yapıldı ve oda sıcaklığı 27 oC'de tutuldu. Aşağıdaki ekipmanlar kullanıldı: bir EEG cihazı (Muse S, InteraXon Inc.), 256 Hz örnekleme hızına sahip dört kanallı EEG sistemi (TP9, AF7, AF8, TP10); Final E3000 kulak içi kulaklıklar; ve Muse SDK ile Lab Streaming Layer (LSL) çalıştıran bir veri toplama bilgisayarı bulunmaktadır.
Her deneysel seanstan önce, kulaklıkların kulak temaslı yüzeyleri hijyen sağlamak ve çapraz kontaminasyon riskini azaltmak için alkolle temizlendi. Muse S kulaklığı her katılımcıya takıldı; böylece dört kuru elektrodun (TP9, AF7, AF8, TP10) ve deri arasında stabil temas sağlandı. Sinyal kalitesi zayıfsa, kafa bandı konumu sabit sinyaller elde edilene kadar ayarlanırdı. Katılımcılar, sırt desteğiyle rahat bir sandalyeye oturdu ve deney sırasında gözlerini kapalı tutmaları, konuşmalarından kaçınmaları ve büyük vücut hareketlerini en aza indirmeleri talimatı verildi.
Müzik uyarıcıları hazırlama
Üç müzik türü hazırlandı: rock, lirik (balad) ve halk müziği. Her türde üç Çin şarkısı yer alıyordu ve toplamda dokuz şarkı vardı. Müziğe aşinalık farklarını kontrol etmek için, her türdeki şarkılar şu kriterlere göre seçildi: bir eski şarkı; güncel popüler bir şarkı (Spotify Top Songs listesinden); ve bir yeni şarkı (Spotify Yeni Yayınlar listesinden).
Her şarkı, girişten başlayıp ardından kıta ve ilk nakaratla sona eren standart bir ses bölümüne dönüştürüldü; toplam süresi 90–130 saniye idi. Her şarkıya (örneğin, R1–R3, B1–B3, F1–F3) sonraki veri etiketleme ve dosya yönetimi için benzersiz bir tanımlayıcı atandı.
Deneysel prosedür ve anket kaydı
Resmi deneyden önce, test ses klibi oynatılırken ses testi yapıldı. Katılımcılar, ses seviyesini net, rahat ve aşırı yüksek olmayan bir seviyeye ayarladılar ve deney boyunca sabit tuttular. Dokuz şarkının çalma sırası, sıralanma etkilerini azaltmak için rastgele yapıldı (örneğin, rastgele sayı tablosu veya yazılım rastgeleleştirme kullanılarak). Tüm katılımcılar müzik dinleme görevlerini bağımsız olarak tamamladı. Her müzik bölümü, girişten ilk nakarata kadar 90–130 saniye sürerek sunuldu. Şarkılar arasında 30 saniyelik bir dinlenme süresi sağlandı. Bu süre boyunca katılımcılar, çevrimiçi bir platform (Questionnaire Star) kullanarak bir tanıdıklık anketi doldurdular. Katılımcılar, her şarkıya aşinalıklarını beş puanlı bir Likert ölçeğiyle değerlendirdiler (1 = tamamen tanımayan; 5 = çok tanıdık). Katılımcının her şarkı için tercih etiketi (0 = beğenme; 1 = beğenmek) önceden tanımlanmış ikili sınıflandırma şemasına göre kaydedildi. Tam deneysel prosedür Şekil 2'de gösterilmiştir.
EEG alımı ve veri kaydı
EEG verileri resmi Muse SDK kullanılarak alındı ve Lab Streaming Layer (LSL) üzerinden yayınlandı. Her şarkıya karşılık gelen EEG verileri, en azından şu alanları içeren Virgül Ayrılmış Değerler (CSV) dosyaları olarak kaydedildi: zaman damgası (milisaniye); dört kanaldan (TP9, AF7, AF8, TP10) ham EEG sinyalleri; elle kaydedilen aşinalık notu (1–5); ve tercih etiketi (0/1). Otomatik işlem ve izlenebilirliği kolaylaştırmak için tutarlı bir dosya isimlendirme geleneği kullanıldı (örneğin, katılımcı 01 ve rock şarkısı 1'i belirten S01_R1.csv).
Veri ön işleme, normalizasyon ve pencereleme
EEG sinyalleri, 256 Hz örnekleme hızına sahip Muse S dört kanallı EEG cihazı kullanılarak kaydedildi ve resmi geliştirme kiti kullanılarak özel programlar geliştirildi. Ham EEG verileri Lab Streaming Layer (LSL) üzerinden alındı ve CSV formatında kaydedildi. CSV dosyaları şu sütunları içeriyordu: zaman damgası (milisaniyeler), dört kanallı EEG değerleri (TP9, AF7, AF8, TP10), kullanıcı müziği tanıdıklık dereceleri (1–5) ve kullanıcı müziği tercih dereceleri.
Toplam veri girişi sayısı, her katılımcı ve her müzik parçası için oluşturulan birden fazla pencereye karşılık gelir ve pencereleme şemasına bağlı olarak büyük ölçekli bir veri seti ortaya çıkar. Orijinal deneyde, müzik tercihi ikili bir etiket olarak temsil ediliyordu (0 = sevmemek, 1 = beğenmek), bu da yapay olarak yüksek doğruluk ve sınırlı model genellemesine yol açabilir.
Tahmin görevinin pratik önemini artırmak için, tercih etiketleri çok katmanlı bir değerlendirme ölçeğine dönüştürüldü: 0 = Kesinlikle Katılmıyorum; 1 = Katılmıyorum; 2 = Nötr; 3 = Katılıyorum; 4 = Kesinlikle katılıyorum.
Makine öğreniminden önce, veriler standartlaştırılmış ve her biri 2048 örnekten oluşan pencerelere bölünmüş, zamansal sürekliliği korumak için bitişik pencereler arasında 1024 örnek örtüşüyordu. Ayrıca, eğitim örneklerinin sayısını artırmak ve aşırı uyum riskini azaltmak için veri artırma uygulandı.
Model mimarisi
Araştırma modeli üç konvolüsyon katman, üç havuz katmanı ve tam bağlantılı bir katmandan oluşuyordu. Özellik seçimi için maksimum havuzlama kullanıldı, aşırı uyumu azaltmak için dropout uygulandı ve nihai çıktı softmax sınıflandırma katmanı kullanılarak üretildi. Her giriş penceresi dört kanallı EEG sinyalleri (pencere başına 2048 örnek) ve bir aşinalık özelliği içeriyordu. Çıktı, beş sınıf tercih derecesini temsil ediyordu. Mimari Şekil 3'te gösterilmekte ve model parametreleri Tablo 2'de özetlenmiştir.
Model eğitimi ve çapraz doğrulama
Veri seti rastgele olarak %80 eğitim ve %20 test için ayrıldı. On katlı çapraz doğrulama uygulandı; her iterasyonda bir alt küme doğrulama için, kalan dokuz alt küme ise eğitim için kullanıldı. Bu süreç on kez tekrarlandı ve sonuçlar toplandı. Eğitim hiperparametreleri şu şekilde ayarlandı: Dönemler = 30; Parti sayısı = 50; Optimizer = Adam; Kayıp fonksiyonu = kategorik çaprazentropi; Değerlendirme metriği = Doğruluk. Model performansı, hem tüm türlerin birleşimi hem de bireysel türler için sadece EEG ve EEG + aşinalık koşulları altında kaydedildi.
İstatistiksel analiz yöntemleri
Veri analizi Python 3.10 ile TensorFlow 2.12, Keras 2.12 ve MNE-Python 1.3 kullanılarak gerçekleştirildi. Veri işleme ve analizi Pandas 2.1 ve NumPy 1.26 kullanılarak gerçekleştirildi. 10 katlı çapraz doğrulamadan elde edilen performans metrikleri toplandı ve ortalama ile standart sapma değerleri hesaplandı. Durumlar arasındaki istatistiksel karşılaştırmalar, eşleştirilmiş t-testleri veya Wilcoxon imzalı sıralama testleri kullanılarak yapıldı ve P < 0.05 anlamlılık seviyesi oldu.