中国草书艺术审美体验中的脑重构

视觉信息学6（2022）35中国书法审美体验中的脑重构--基于脑复杂网络的研究李瑞a，b，贾晓飞b，d，e，周长乐b，c，张俊松b，c，刘伟华中师范大学教育大数据国家工程实验室，湖北武汉b中国厦门大学信息学院人工智能系艺术计算组Mindc文化和旅游部闽台非物质文化遗产数字化保护与智能化处理重点实验室d中国日照曲阜师范大学脑与语言研究中心Edmond J.教育学院Safra学习障碍研究大脑研究中心，海法大学，以色列ar t i cl e i nf o文章历史记录：2021年9月22日收到2022年1月9日收到修订版，2022年在线预订2022年保留字：中国书法审美体验脑电图脑功能连接复杂网络a b st ra ct中国书法作为一种著名的表演艺术形式，在我国非物质文化遗产中占有重要地位以前的研究集中在中国书法的心理生理益处。其美学属性及其在认知过程中的作用却很少受到关注。本研究采用脑功能网络分析方法，探讨了中国草书艺术审美体验的受试者留在教练上休息了几分钟。然后，他们被要求欣赏草书艺术品。结果表明：（1）书写条件下，额枕区、额顶区、双侧顶叶区和中央枕区的功能连接变化显著;（2）书写条件下，脑功能网络在α 2和γ波段的归一化聚类系数增加。这些结果表明，在中国书法审美体验过程中，大脑功能网络经历了动态重构。提供证据证明中国书法的审美体验与西方艺术有几个相似之处，同时保留其作为东方传统艺术形式的独特特征版权所有©2022作者。由爱思唯尔公司出版我代表浙江大学和浙江大学出版社有限公司这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍中国书法，一个3000年悠久历史的结晶中国传统文化的传承，是一种独特的艺术形式和中国语言的结合。在中国书法艺术品的创作中，书法家通过使用不同的字体，如印章，运行，草书，模型和文书，表达他们的想法和情感（蒋，1973）。汉字的视觉空间模式及其变化构成了一种迷人的艺术本质，给观者的心灵带来了能量（徐等。，2013）。中国书法书法（CCH）是中国书法的练习，通常被用作提高自我修养的传统方式。CCH的训练要求一个人欣赏书法大师的书法作品，并控制毛笔模仿精确的轨迹 每一个中风，导致一些积极的和有益的影响从业者通讯作者：&中国厦门大学信息学院人工智能系艺术计算组M i n d 。电子邮件地址：leerui@mail.ccnu.edu.cn（R. Li），jxiaofei2008@126.com（X.Jia），dozero@xmu.edu.cn（C.Zhou），zhangjs@xmu.edu.cn（J.张）。https://doi.org/10.1016/j.visinf.2022.02.002许多科学家已经研究了CCH训练的心理生理学和临床益处。在临床治疗中，CCH已被应用于注意力缺陷障碍（ADD）、注意力缺陷/多动障碍（ADHD）、阿尔茨海默病和昏迷等多种疾病的治疗和康复。使用CCH的中国书法疗法（CCT）的临床研究发现，接受CCH练习的患者在视觉注意力、控制精度和空间定向方面表现出显着改善（Kao，2006）。从心理学实验的研究来看，CCH训练与几种认知加工如工作记忆、注意力和执行力的增强有关（Chan et al. ，2017年）。此外，神经影像学研究的研究表明，长期接受CCH训练的练习者在后扣带回皮质的灰质体积以及脑区之间的静息状态功能连接方面有显著变化（Chen et al. ，2017，2019）。这些研究为CCH训练的认知功能及其神经机制提供了生理和临床证据。以往对CCH训练的研究主要集中在写作练习的效果上。在CCH训练期间，实践者不仅仅是查看动态笔触。一项研究发现2468- 502 X/©2022作者。由爱思唯尔公司出版代表浙江大学和浙江大学出版社。公司这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表视觉信息学期刊主页：www.elsevier.com/locate/visinfR. Li，X.贾角，澳-地Zhou等人视觉信息学6（2022）3536=-=-汉字书写类型中的汉字属性的变化可以引起参与者的快速和隐含的审美偏好（Li et al. ，2015）。此外，中国书法的情感，其存在于书法家创造的笔触的动态变化的视觉空间模式中，即使没有书法背景知识，也可以被观看者感知（Dubal et al. ，2014年）。因此，中国书法的动觉美和书法家在其背后表达的情感可以引起练习者的审美体验，并导致愉快的感觉，这对提高注意力和诱导积极的情绪很重要（Mastandrea et al. ，2019; Sarasso et al. ，2020年）。然而，在观察动态笔触和欣赏中国书法美的过程中，很少有人关注审美经验的认知加工及其神经基础。在这项研究中，我们试图探索大脑动力学如何在中国书法审美体验过程中的变化。从理论研究来看，审美体验被认为是一个连续信息过程的产物，源于几个不同的认知过程的相互作用和整合，包括感知，情感和认知（Chatterjee和Vartanian，2014）。这些认知过程招募了广泛分布的大脑区域。以往对绘画的神经影像学研究发现，枕叶、颞叶的腹侧流与知觉的认知加工有关（ Cattaneo et al. ， 2015 ） 。 前 额 叶 与 情 感 的 审 美 体 验 有 关（Vartanian和Skov，2014）。此外，一些研究发现，前额叶和顶叶皮层在调节审美体验的认知参与中起着基础性作用（Cattaneo etal. ，2014年;法拉利 等人，2017年）。重要的是，大脑并没有一个艺术模块，也不是简单地激活几个大脑区域来完成审美体验。整个大脑是一个复杂的系统，它经历了动态的重新配置（Hutchison et al. ，2013）。脑区之间的并行工作和协同工作形成了一个网络结构，对认知加工的实现起着至关重要的作用。通过神经影像学技术和计算算法的结合，可以检测和分析脑区之间功能连接的动态变化（Stam and Van Dijk，2002）。认知加工过程中大脑网络的重构可以通过图论来测量（Bullmore and Sporns，2009）。先前 研究， 使用 大脑 功能 复杂网络研究了审美体验的认知加工过程，发现在审美刺激的欣赏过程中，功能网络发生了变化。卡尔沃-梅里诺和克罗斯对优美舞蹈的审美体验进行了研究，发现对优美舞蹈的理解和评价与涉及枕-颞-顶叶区域以及前运动皮质的复杂神经网络（Calvo-Merino etal. ，2008年）。Cela-Conde和他的同事们研究了当参与者决定刺激是否美丽时大脑功能网络的变化（Cela-Conde et al. ，2013）。他们发现审美体验依赖于两个网络：一个是包括眶额区（OFC）的快速审美感知网络，另一个主要涉及左额叶和顶枕区的网络与默认模式网络（DMN）部分重合，与对美的刺激的更深层次的认知加工有关此外，2013年，吴将中国传统音乐与噪音和无声背景进行比较，以研究审美体验的功能网络变化。他发现，当参与者听音乐时，大脑功能网络经历了一个显著的重新配置，其中额顶叶，额颞叶，中央顶叶，中央枕叶和颞顶枕叶区域之间的功能连接倾向于诱导α 2带中增加的同步化（Wu et al. ，2013）。这些研究为舞蹈、音乐、视觉刺激等审美体验过程中脑功能网络的变化提供了证据，但对于中国书法艺术品的笔画鉴赏过程中脑功能网络是否发生了显著变化，目前尚不清楚。本研究以中国草书艺术作品为研究对象，探讨中国书法笔画在脑功能网络上的审美体验。记录受试者在安静（静息状态）和欣赏书法作品（书法状态）时的脑电图（EEG）。通过测量不同通道之间的功能联系，构建不同脑电频段的脑功能图，对这些脑电波形进行了进一步的分析在前人研究的基础上，我们假设在欣赏草书艺术品的过程中，大脑网络发生了显著的重构在书写状态和静息状态下，额叶、中央、顶叶和枕叶等脑区之间的功能通过这种方法，我们可以更深入地了解中国书法艺术品的审美体验，从而加深我们对书法艺术品的认识CCH培训的好处。2. 材料和方法2.1. 参与者17名健康、母语为普通话、右利手的大学生，包括11名男性和6名女性，年龄从19岁到30岁（平均年龄22.3，SD2.6），从一个当地一所大学以有偿受试者的身份参加了实验。所有患者均报告视力正常或矫正视力正常，无神经或心理障碍病史。此外，没有人接受过任何专业的书法教育。本研究已获得中国厦门大学信息科学与工程学院区域伦理委员会批准（HP2017004）。在实验之前，每个参与者都提供了知情同意书。2.2. 刺激本研究选用了中国古代书法大师怀素的草书《子虚帖》（图）。①的人。整幅作品被分成12幅相同大小的图片，分辨率为600*465像素。所有这些照片中有完整的人物。12幅图片的效价和唤醒度通过来自另外10名参与者的九点量表自我评估假人（SAM）问卷进行评估。此外，74名参与者（22名男性和52名女性，平均年龄27岁，SD11.5），谁没有收到任何专业的书法培训，参加一份关于十二幅书法图的字义调查问卷在问卷中，被试被要求识别书法图片中每个字符的含义，并对图片的熟悉程度进行评分，评分范围为1（完全无法识别）到5（完全可以识别）。2.3. 程序在实验中，参与者首先睁大眼睛，在教练上休息几分钟。然后，他们被要求完成一项书法鉴赏任务。该任务包含三个区组，随机提供12个试验在每个街区。对于每一条线索，我们提供了一个启动图片，其中包含一个固定在中心和灰色背景R. Li，X.贾角，澳-地Zhou等人视觉信息学6（2022）3537±（）下一页k我N|·|（k我2（w2−w1）、、j）在时间窗内（W1<2、、、、、、MFig. 1. 唐代书法大师怀素写的中国草书。图二. 两个样本试验与不同的中国书法艺术作品的图片写的书法大师名为怀素在唐代。从1400到2200 ms，屏幕中央随机出现一个注视点，然后出现一幅书法图片，持续1500 ms。每个参与者鼻子上的参考电极。从左眼的眶上和眶下电极记录垂直眼球运动。水平眼球运动记录从电极上的双眼外肌。在记录期间，所有EEG电极的阻抗保持在低于5 k▲。记录采样率为500 Hz。记录后，我们使用Neuroscan 4.5消除眨眼，肌肉电位和伪影。3. 理论/计算3.1. 构建复杂网络对于复杂网络分析，连续EEG数据被过滤成六个频带：delta（1然后分别从静息状态和36幅草书中提取脑电波为避免过渡效应，将连续脑电波的前5秒和后5秒数据进行了分离.对于每个受试者，从静息状态中选择一个30s的无伪影每幅书法图画的时间为1500 ms，300 ms的前刺激波用于基线校正然后，在伪影抑制步骤中，排除EEG波超过100µ V的时期。三十六代对应书法图像从62个通道（不包括HEO和VEO）中提取，然后将其组合为连续的时间序列用于将来的分析。为了测量EEG通道的成对时间序列之间的相关性，我们使用同步似然（SL）（Stam和Van Dijk，2002）。这种测量方法在网络分析的几次计算中得到了应用同步的程度是衡量成对的EEG时间序列的形状相似。给定M个同时记录的时间序列，每个序列的长度为N。嵌入的向量Xk，i通过时间延迟嵌入来重构：Xk，i = xk，i，xk，i+1，xk，i+2 l，. . . ，xk，i+（m− 1）lk= 1 ， 2 ， . . .， M ， i = 1 ， 2 ， . . .， N（ 1）其中，k表示信道号，i表示离散时间，l是滞后，m是嵌入维数。对于每个通道k和时间点i，概率P ε被定义作为比距离ε：1∑Pε =θ（ε−<$Xki−Xkj<$）（2）j=1w 1 <|i−j|

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