新冠疫情期間開展EEG/ERP研究的操作流程及注意事項

張志偉 潘運

摘 要：疫情爆發(fā)對高校的科學(xué)研究產(chǎn)生了影響。EEG/ERP技術(shù)作為認知神經(jīng)科學(xué)研究的重要手段，以其高時間精度及無創(chuàng)性的優(yōu)點廣泛運用于心理學(xué)、生理學(xué)和體育學(xué)等學(xué)科中。本文介紹了在認知神經(jīng)科學(xué)研究中ERP技術(shù)的主要優(yōu)勢，同時結(jié)合疫情防控實際，對高校實驗室開展EEG/ERP研究的過程中如何降低新冠病毒感染風(fēng)險提出規(guī)范操作流程。

關(guān)鍵詞：新冠病毒;ERP;實驗技術(shù)

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.27.078

新冠肺炎病毒（COVID-19）疫情自2019年12月爆發(fā)以來，不同程度地影響了各行各業(yè)的發(fā)展。新冠病毒及其對傳染病防控在民眾中的認識程度加深，而認知神經(jīng)科學(xué)研究卻處于中斷狀態(tài)。隨著國內(nèi)采取有效的防疫措施，疫情得到控制后各行業(yè)相繼復(fù)蘇。全國高校作為科學(xué)研究的主要陣地陸續(xù)正常復(fù)學(xué)，恢復(fù)已經(jīng)中斷的各學(xué)科課題項目研究勢在必行。

1 事件相關(guān)電位

腦電（electroencephalogram，EEG）作為一種記錄大腦皮層電壓變化的電生理技術(shù)，近幾十年來被廣泛地運用于心理學(xué)有關(guān)感覺，認知，情緒及行為的相關(guān)研究中，除此之外在生理學(xué)與醫(yī)學(xué)類研究中同樣發(fā)揮著重要作用。EEG以其高時間分辨率、無創(chuàng)性以及低成本的優(yōu)勢受到研究者的青睞，其研究成果對幫助理解精神類相關(guān)疾病及診斷標準做出貢獻。事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）作為一種EEG類技術(shù)，通過對特定事件的EEG信號進行疊加，用于表現(xiàn)一類可定義的參考事件且具有穩(wěn)定時間關(guān)系的普遍電位。ERP技術(shù)在認知神經(jīng)科學(xué)研究中具有如下優(yōu)勢：

（1）高時間分辨率。ERP測量認知過程的時間精度通常為毫秒級，在行為實驗中得到的反應(yīng)時僅是刺激與反應(yīng)之間的間隔，而這一時間段內(nèi)包含了識別、選擇、決策等一系列復(fù)雜的認知過程。ERP能夠測量該時間段內(nèi)任何時刻的活動，也就是說ERP能揭示不同的心理過程。

（2）揭示認知延遲階段。刺激目標呈現(xiàn)異步性（SOAs）研究中，行為實驗的結(jié)果只能得到不同SOAs反應(yīng)時的差異，很難推斷不同SOAs條件下被試的反應(yīng)時變化是來自感覺、刺激分類還是反應(yīng)的哪一個階段的延遲。通過ERP結(jié)果中的P3成分能夠解決該問題。已有研究表明，不同SOAs在反應(yīng)時上存在差異而在P3成分的潛伏期上并不存在差異，說明SOAs反應(yīng)時變慢主要是刺激分類之后的過程減緩，而不是刺激分類階段本身減緩。

（3）識別多種認知過程。心理學(xué)的研究往往是不同自變量的共同作用，行為結(jié)果所得到的反應(yīng)時與正確率通常將認知過程進行單一化的解釋。但是，ERP結(jié)果卻揭示了實驗條件變化并不只是在單一成分上區(qū)別，也能在結(jié)果中檢測出不同ERP成分存在差異。這種多成分上存在差異說明認知神經(jīng)機制并不僅是區(qū)別某一特定的認知過程，而更多的是多種認知過程共同作用的結(jié)果。

（4）內(nèi)隱性測量。行為實驗需要被試按照實驗指導(dǎo)語做出特定的反應(yīng)進行測量。一般來講，被試能夠正常完成實驗。但是行為實驗的主要局限性在于那些不具備自主控制能力的被試不能按照指導(dǎo)語要求完成實驗。如語音編碼的相關(guān)研究中，嬰兒不能按照指令進行反應(yīng)，但通過ERP技術(shù)能獲得嬰兒對不同語音以及音樂旋律的內(nèi)隱性反應(yīng)。

（5）診斷標準。ERP技術(shù)可測量由精神類疾病導(dǎo)致的腦功能損害，從而提供比傳統(tǒng)臨床手段更為精細的個體腦功能診斷標準。

（6）無創(chuàng)性與成本低。相較于微電極測量需要將電極插入大腦，ERP僅記錄頭皮電位變化，不會對被試造成傷害。功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)相較于ERP技術(shù)同樣具備無創(chuàng)的優(yōu)勢，但成本過于高昂，一次完整的ERP實驗成本通常低于人民幣50元。

腦電研究需要主試與被試間的密切接觸以及規(guī)范的實驗流程。因此在疫情防控背景下腦電相關(guān)研究不能順利開展。實驗研究的長期止步不僅阻礙對人類認知過程的理解以及相關(guān)精神疾病診斷方法的發(fā)展，更可能使研究人員轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域，造成該領(lǐng)域內(nèi)的階段性斷層問題。由于ERP技術(shù)的優(yōu)點建立在干凈，低偽跡的原始數(shù)據(jù)上，即使是離線數(shù)據(jù)處理階段可通過主成分分析（PCA）與獨立成分分析（ICA）等方法矯正偽跡，但這些處理會在不同程度上造成原始數(shù)據(jù)的失真。因此，干凈的原始數(shù)據(jù)是一切ERP實驗的基礎(chǔ)，開展規(guī)范性研究以及降低實驗過程中新冠肺炎病毒感染風(fēng)險是當(dāng)前腦電研究必須重視的問題。綜上所述，本文結(jié)合國家衛(wèi)健委發(fā)布的疫情防控指南，以及參考相關(guān)實驗室防控研究，針對EEG/ERP研究的實驗準備，實驗進行和實驗后三個階段中如何采集到高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)，及降低在研究過程中新冠病毒的傳播風(fēng)險，提出了實驗流程應(yīng)遵循以下兩個基本原則：

（1）減少主試與被試在實驗過程中感染新冠病毒的風(fēng)險。

（2）采集高質(zhì)量的原始EEG數(shù)據(jù)。

2 實驗前階段

2.1 被試篩選

通過線上招募被試，避免在實驗室外進行接觸。自愿參加實驗的被試自招募日起需要每天向主試報告體溫，任何表現(xiàn)出新冠肺炎癥狀以及與新冠肺炎患者有過接觸的人員不能參與實驗。主試需要提前一天通知被試實驗的時間、地點、時長以及頭部清潔等信息。實驗需要獲得學(xué)校學(xué)術(shù)道德倫理委員會的審查通過。

2.2 實驗儀器

導(dǎo)電膏、電極帽、醫(yī)用膠帶、醫(yī)用酒精、殺菌消毒液、卸妝棉、梳子、一次性鈍口注射器、無硅油洗發(fā)水、毛巾、吹風(fēng)機、溫度計、一次性口罩、一次性醫(yī)用手套、刺激呈現(xiàn)設(shè)備以及腦電記錄設(shè)備。

2.3 主試要求

（1）每天進行體溫檢測，并在實驗室記錄本上報備體溫狀況。（2）對實驗室的人員出入情況進行詳細記錄，全程佩戴口罩，戴上手套，及穿防護實驗服。（3）被試抵達實驗室之前，主試需要對實驗接待室、實驗室、主試記錄室以及盥洗室進行通風(fēng)后消毒。（4）為了降低感染風(fēng)險，主試人數(shù)不應(yīng)超過兩人，除必要的實驗介紹外不應(yīng)與被試多進行交流。（5）提前開啟設(shè)備，檢查實驗程序是否正常運行，腦電記錄設(shè)備是否接收相應(yīng)trigger。（6）避免填充電極膏以外的時間與被試直接接觸，保持與被試交流的正常社交距離，減少主試在實驗室不必要的停留時間，實驗室與記錄室應(yīng)隔開。