新冠疫情期間開展EEG/ERP研究的操作流程及注意事項(xiàng)

張志偉 潘運(yùn)

摘 要：疫情爆發(fā)對(duì)高校的科學(xué)研究產(chǎn)生了影響。EEG/ERP技術(shù)作為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的重要手段，以其高時(shí)間精度及無創(chuàng)性的優(yōu)點(diǎn)廣泛運(yùn)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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中ERP技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合疫情防控實(shí)際，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室開展EEG/ERP研究的過程中如何降低新冠病毒感染風(fēng)險(xiǎn)提出規(guī)范操作流程。

關(guān)鍵詞：新冠病毒;ERP;實(shí)驗(yàn)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)傳染病防控在民眾中的認(rèn)識(shí)程度加深，而認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究卻處于中斷狀態(tài)。隨著國(guó)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(guó)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(xiàng)目研究勢(shì)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(yùn)用于心理學(xué)有關(guān)感覺，認(rèn)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(shí)間分辨率、無創(chuàng)性以及低成本的優(yōu)勢(shì)受到研究者的青睞，其研究成果對(duì)幫助理解精神類相關(guān)疾病及診斷標(biāo)準(zhǔn)做出貢獻(xiàn)。事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）作為一種EEG類技術(shù)，通過對(duì)特定事件的EEG信號(hào)進(jìn)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(shí)間關(guān)系的普遍電位。ERP技術(shù)在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中具有如下優(yōu)勢(shì)：

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

（2）揭示認(rèn)知延遲階段。刺激目標(biāo)呈現(xiàn)異步性（SOAs）研究中，行為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果只能得到不同SOAs反應(yīng)時(shí)的差異，很難推斷不同SOAs條件下被試的反應(yīng)時(shí)變化是來自感覺、刺激分類還是反應(yīng)的哪一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)別多種認(rèn)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(shí)與正確率通常將認(rèn)知過程進(jìn)行單一化的解釋。但是，ERP結(jié)果卻揭示了實(shí)驗(yàn)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(cè)出不同ERP成分存在差異。這種多成分上存在差異說明認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制并不僅是區(qū)別某一特定的認(rèn)知過程，而更多的是多種認(rèn)知過程共同作用的結(jié)果。

（4）內(nèi)隱性測(cè)量。行為實(shí)驗(yàn)需要被試按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)語做出特定的反應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。一般來講，被試能夠正常完成實(shí)驗(yàn)。但是行為實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。如語音編碼的相關(guān)研究中，嬰兒不能按照指令進(jìn)行反應(yīng)，但通過ERP技術(shù)能獲得嬰兒對(duì)不同語音以及音樂旋律的內(nèi)隱性反應(yīng)。

（5）診斷標(biāo)準(zhǔn)。ERP技術(shù)可測(cè)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(xì)的個(gè)體腦功能診斷標(biāo)準(zhǔn)。

（6）無創(chuàng)性與成本低。相較于微電極測(cè)量需要將電極插入大腦，ERP僅記錄頭皮電位變化，不會(huì)對(duì)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(shì)，但成本過于高昂，一次完整的ERP實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究的長(zhǎng)期止步不僅阻礙對(duì)人類認(rèn)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(diǎn)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(dú)立成分分析（ICA）等方法矯正偽跡，但這些處理會(huì)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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，開展規(guī)范性研究以及降低實(shí)驗(yàn)過程中新冠肺炎病毒感染風(fēng)險(xiǎn)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(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布的疫情防控指南，以及參考相關(guān)實(shí)驗(yàn)室防控研究，針對(duì)EEG/ERP研究的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)后三個(gè)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(xiǎn)，提出了實(shí)驗(yàn)流程應(yīng)遵循以下兩個(gè)基本原則：

（1）減少主試與被試在實(shí)驗(yàn)過程中感染新冠病毒的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）采集高質(zhì)量的原始EEG數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)前階段

2.1 被試篩選

通過線上招募被試，避免在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行接觸。自愿參加實(shí)驗(yàn)的被試自招募日起需要每天向主試報(bào)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(shí)驗(yàn)。主試需要提前一天通知被試實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)以及頭部清潔等信息。實(shí)驗(yàn)需要獲得學(xué)校學(xué)術(shù)道德倫理委員會(huì)的審查通過。

2.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)、溫度計(jì)、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(jìn)行體溫檢測(cè)，并在實(shí)驗(yàn)室記錄本上報(bào)備體溫狀況。（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)室的人員出入情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，全程佩戴口罩，戴上手套，及穿防護(hù)實(shí)驗(yàn)服。（3）被試抵達(dá)實(shí)驗(yàn)室之前，主試需要對(duì)實(shí)驗(yàn)接待室、實(shí)驗(yàn)室、主試記錄室以及盥洗室進(jìn)行通風(fēng)后消毒。（4）為了降低感染風(fēng)險(xiǎn)，主試人數(shù)不應(yīng)超過兩人，除必要的實(shí)驗(yàn)介紹外不應(yīng)與被試多進(jìn)行交流。（5）提前開啟設(shè)備，檢查實(shí)驗(yàn)程序是否正常運(yùn)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(shí)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(shí)驗(yàn)室不必要的停留時(shí)間，實(shí)驗(yàn)室與記錄室應(yīng)隔開。