2024-04-06 18:07:53 | 来源: 互联网整理
你好，
这是上下，我是妙君姐~
在情感渲染、疼痛共情、恐惧泛化等相关领域，我们可以利用皮电反应来测量受试者的相关生理指标。
那么皮肤电反应到底是什么？ 如何测量？ 如何进行数据处理？
今天，雯雯受邀为我们分享皮肤电数据的介绍和预处理指南。 希望你会喜欢~
Part1 相关概念详解
皮肤电反应是情绪的生理指标。 它代表身体受到刺激时皮肤电导的变化。 皮肤电反应作为交感神经系统功能的直接指标，也可以作为大脑唤醒和警觉程度的间接指标（来自百度百科）。
皮电导作为一种易于获取、能够很好量化情绪反应的基本生理信号，已广泛应用于情绪识别研究中。
皮电数据在统计之前需要经过一定的预处理，具体的预处理流程是怎样的？ 本文将从以下几个部分介绍皮电预处理过程。
Part2 皮电数据介绍
皮肤电信号主要由缓慢变化的基础（强直）活动——皮肤电导水平和快速变化的阶段性（phasic）活动——皮肤电导反应组成，如上图所示（韩英，董雨琪，&毕井刚，2018） 。
2.1 皮肤电导水平（SCL）
SCL是没有任何环境刺激的皮肤电导基线。 它在几十秒到几分钟内缓慢而轻微地变化。 SCL的上升和下降根据个人的反应、皮肤干燥程度或自主调节能力而不断变化（韩英，董玉琪，＆毕井刚，2018）。
皮肤电导的基础水平存在个体差异，与性格特征有关。 例如向一文、颜克乐、卢云清(2000)的研究中，测量了大学生皮肤电导基础水平与MMPI量表的关系。
2.2 皮肤电导反应（SCR）
相位响应高于基准水平，具有更高的幅度和更快的变化，并以“GSR突发”或“GSR峰值”的形式显示。
SCR 对特定的情绪刺激事件敏感。 事件相关皮肤电导反应（ER-SCR）会在情绪刺激发生后1到5秒内爆发； 非特异性皮肤电导反应（NS-SCR）在人体中以 1 至 3 分钟的速度自发发生，与任何刺激无关（韩英，董玉琪，＆毕敬刚，2018）。
Part3 事件相关的皮肤电导反应
下图（来自mindware官网）是理想的皮肤电导反应。 刺激后，皮肤电在0-4秒内逐渐达到峰值，并在0.5-5秒内恢复。 观察皮肤电反应最多需要9秒。
因此，在设计皮肤电实验时，应注意刺激的间隔时间。 两次刺激之间的间隔应至少为 10 秒，以避免混淆对两次刺激的反应。
刺激后，皮肤电极水平应明显上升，峰值是皮肤电极反应是否良好的重要指标。 皮肤电的单位是微西门子（μS），数值大约在5-50μS之间。
受试者的皮肤干燥程度、个体差异、电极垫、采集地点等都是影响因素。 采集数据时应严格遵循操作流程，确保数据质量。
Part4 如何判断数据质量
本节图片均来自mindware官网。
下图是理想的皮电数据，线条细（没有太多噪音），起伏明显，上升明显。
质量较差的数据分为以下几类：
① 高频噪声
受高频噪声影响的皮肤电响应如上图所示。 线条较粗，但整体波动还是比较明显。
此类问题通常是由电气干扰引起的：连接录音笔的电线是否与其他电线交叉或靠近其他电气设备，电源是否连接正常，主体周围是否有电线或设备。
这个问题对数据没有特别的影响，而且这个噪声也可以通过滤波操作过滤掉。
② 无信号和低幅度信号
没信号。 如上图所示，线条很粗，数值在0左右，可能是无信号或低幅度信号。 可以通过呼吸测试（让受试者深呼吸以观察受试者的皮肤电极反应）来区分。 如果深呼吸后仍然没有信号，没有起伏就说明没有信号。
信号缺失可能与设备连接、电极片过期等有关，导致设备无法采集到受试者的信号。
有些受试者手容易出汗，实验过程中电极片可能会脱落。 您可以使用医用胶带固定电极片以防止这种情况发生。
低幅信号如上图所示，数值在0附近，但有轻微波动。 这与个人的生理机能有很大关系。 一些受试者的皮肤电反应不太敏感。 正式实验前需要进行预测和呼吸测试，以排除此类受试者。
此外，皮肤过于干燥的受试者也可能受到影响。 实验前避免使用香味或酒精类洗手液洗手。 并选择正确的电极片（供实验使用，不是过期的电极片），以及正确的粘贴位置（指尖、手掌等）。
Part5 皮电数据预处理
根据上述，可以在分析前过滤掉一些不良数据，但尽量只排除非信号类型的数据。
获得最终数据涉及两个步骤：第一步是时间窗口、基线和最大值的选择； 第二步是数据修正。
5.1 时间窗口、基线和响应最大值的选择
事件相关皮肤电导反应是计算刺激引起的皮肤电导值。 根据上面的介绍，皮肤电达到峰值需要一定的时间，所以我们需要选择一个合适的时间窗口进行计算。
我们需要选择一个时间窗口值作为基线值，并选择一个时间窗口值作为最大响应值。 两者相减就是刺激引起的原始值。
例如，可以选择刺激前1-3秒的平均值作为基线值，刺激后8秒的最大值作为最大响应值； 也可以选择刺激后1-5秒的最小值作为基线值，最大值作为最大反应值。
这些选择主要取决于受试者的任务和实验类型，需要参考以往的同类型研究来确定。
例如，在恐惧习得实验中，无条件刺激 US 之后是条件刺激 CS。 如果测量US诱发值，选择响应最大值的时间窗口不宜太长。 刺激后5秒左右比较合适，因为CS也会诱发皮肤电极值，选择太长的时间窗测得的峰值可能是CS诱发的，而不是US诱发的。
根据您选择的时间窗口导出采集的数据，并用基线值减去最大响应值，得到原始皮肤电值。
5.2 数据修正
得到的减法值中，小于0或0.01或0.02μS（这些值在分析中比较常用，具体值请参考之前的研究）视为0反应，将这些值记为0。
我们最终获得的数据需要用于方差检验分析或回归分析，而这些分析的前提是变量服从正态分布。
此步骤对收集的数据进行标准化。 常用的归一化过程包括平方根和对数化。
① 平方根（x'=√x）：
陈伟等人的电皮研究中使用的归一化方法。 （2018）和冯彪等人。 (2017) 是平方根归一化。 该方法还可以使数据方差均匀。
② 对数化（x'=logx）：
Ahrens 等人的皮肤电研究中使用的方法。 （2016）和穆勒等人。 (2019) 是对数。 当原始数据存在最小值且为零时（x做对数时不能为0），可取x'=log(x+1)。 该方法还可以使数据方差均匀。
经过0次反应的转化和归一化后，得到最终的数据。
本次分享到此结束。 希望疫情期间在家学习的大家有所收获！
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