新冠疫情期间开展EEG/ERP研究的操作流程及注意事项

张志伟 潘运

摘 要：疫情爆发对高校的科学研究产生了影响。EEG/ERP技术作为认知神经科学研究的重要手段，以其高时间精度及无创性的优点广泛运用于心理学、生理学和体育学等学科中。本文介绍了在认知神经科学研究中ERP技术的主要优势，同时结合疫情防控实际，对高校实验室开展EEG/ERP研究的过程中如何降低新冠病毒感染风险提出规范操作流程。

关键词：新冠病毒;ERP;实验技术

中图分类号：TB     文献标识码：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月爆发以来，不同程度地影响了各行各业的发展。新冠病毒及其对传染病防控在民众中的认识程度加深，而认知神经科学研究却处于中断状态。随着国内采取有效的防疫措施，疫情得到控制后各行业相继复苏。全国高校作为科学研究的主要阵地陆续正常复学，恢复已经中断的各学科课题项目研究势在必行。

1 事件相关电位

脑电（electroencephalogram，EEG）作为一种记录大脑皮层电压变化的电生理技术，近几十年来被广泛地运用于心理学有关感觉，认知，情绪及行为的相关研究中，除此之外在生理学与医学类研究中同样发挥着重要作用。EEG以其高时间分辨率、无创性以及低成本的优势受到研究者的青睐，其研究成果对帮助理解精神类相关疾病及诊断标准做出贡献。事件相关电位（event-related potential，ERP）作为一种EEG类技术，通过对特定事件的EEG信号进行叠加，用于表现一类可定义的参考事件且具有稳定时间关系的普遍电位。ERP技术在认知神经科学研究中具有如下优势：

（1）高时间分辨率。ERP测量认知过程的时间精度通常为毫秒级，在行为实验中得到的反应时仅是刺激与反应之间的间隔，而这一时间段内包含了识别、选择、决策等一系列复杂的认知过程。ERP能够测量该时间段内任何时刻的活动，也就是说ERP能揭示不同的心理过程。

（2）揭示认知延迟阶段。刺激目标呈现异步性（SOAs）研究中，行为实验的结果只能得到不同SOAs反应时的差异，很难推断不同SOAs条件下被试的反应时变化是来自感觉、刺激分类还是反应的哪一个阶段的延迟。通过ERP结果中的P3成分能够解决该问题。已有研究表明，不同SOAs在反应时上存在差异而在P3成分的潜伏期上并不存在差异，说明SOAs反应时变慢主要是刺激分类之后的过程减缓，而不是刺激分类阶段本身减缓。

（3）识别多种认知过程。心理学的研究往往是不同自变量的共同作用，行为结果所得到的反应时与正确率通常将认知过程进行单一化的解释。但是，ERP结果却揭示了实验条件变化并不只是在单一成分上区别，也能在结果中检测出不同ERP成分存在差异。这种多成分上存在差异说明认知神经机制并不仅是区别某一特定的认知过程，而更多的是多种认知过程共同作用的结果。

（4）内隐性测量。行为实验需要被试按照实验指导语做出特定的反应进行测量。一般来讲，被试能够正常完成实验。但是行为实验的主要局限性在于那些不具备自主控制能力的被试不能按照指导语要求完成实验。如语音编码的相关研究中，婴儿不能按照指令进行反应，但通过ERP技术能获得婴儿对不同语音以及音乐旋律的内隐性反应。

（5）诊断标准。ERP技术可测量由精神类疾病导致的脑功能损害，从而提供比传统临床手段更为精细的个体脑功能诊断标准。

（6）无创性与成本低。相较于微电极测量需要将电极插入大脑，ERP仅记录头皮电位变化，不会对被试造成伤害。功能性磁共振成像（fMRI）技术相较于ERP技术同样具备无创的优势，但成本过于高昂，一次完整的ERP实验成本通常低于人民币50元。

脑电研究需要主试与被试间的密切接触以及规范的实验流程。因此在疫情防控背景下脑电相关研究不能顺利开展。实验研究的长期止步不仅阻碍对人类认知过程的理解以及相关精神疾病诊断方法的发展，更可能使研究人员转向其他领域，造成该领域内的阶段性断层问题。由于ERP技術的优点建立在干净，低伪迹的原始数据上，即使是离线数据处理阶段可通过主成分分析（PCA）与独立成分分析（ICA）等方法矫正伪迹，但这些处理会在不同程度上造成原始数据的失真。因此，干净的原始数据是一切ERP实验的基础，开展规范性研究以及降低实验过程中新冠肺炎病毒感染风险是当前脑电研究必须重视的问题。综上所述，本文结合国家卫健委发布的疫情防控指南，以及参考相关实验室防控研究，针对EEG/ERP研究的实验准备，实验进行和实验后三个阶段中如何采集到高质量的原始数据，及降低在研究过程中新冠病毒的传播风险，提出了实验流程应遵循以下两个基本原则：

（1）减少主试与被试在实验过程中感染新冠病毒的风险。

（2）采集高质量的原始EEG数据。

2 实验前阶段

2.1 被试筛选

通过线上招募被试，避免在实验室外进行接触。自愿参加实验的被试自招募日起需要每天向主试报告体温，任何表现出新冠肺炎症状以及与新冠肺炎患者有过接触的人员不能参与实验。主试需要提前一天通知被试实验的时间、地点、时长以及头部清洁等信息。实验需要获得学校学术道德伦理委员会的审查通过。

2.2 实验仪器

导电膏、电极帽、医用胶带、医用酒精、杀菌消毒液、卸妆棉、梳子、一次性钝口注射器、无硅油洗发水、毛巾、吹风机、温度计、一次性口罩、一次性医用手套、刺激呈现设备以及脑电记录设备。

2.3 主试要求

（1）每天进行体温检测，并在实验室记录本上报备体温状况。（2）对实验室的人员出入情况进行详细记录，全程佩戴口罩，戴上手套，及穿防护实验服。（3）被试抵达实验室之前，主试需要对实验接待室、实验室、主试记录室以及盥洗室进行通风后消毒。（4）为了降低感染风险，主试人数不应超过两人，除必要的实验介绍外不应与被试多进行交流。（5）提前开启设备，检查实验程序是否正常运行，脑电记录设备是否接收相应trigger。（6）避免填充电极膏以外的时间与被试直接接触，保持与被试交流的正常社交距离，减少主试在实验室不必要的停留时间，实验室与记录室应隔开。