簡(jiǎn)介

腦電圖(EEG)因其低成本、無創(chuàng)、便攜以及毫秒級(jí)的高時(shí)間分辨率等特點(diǎn)，成為了研究大腦功能、異常和神經(jīng)生理動(dòng)力學(xué)的可靠且廣泛使用的測(cè)量工具。在神經(jīng)信號(hào)處理領(lǐng)域，EEG通常作為一種非侵入性的腦成像技術(shù)用于診斷腦部疾病，而正常EEG則用于研究腦功能。它使研究人員和臨床醫(yī)生能夠研究大腦功能，如記憶、視覺、智力、運(yùn)動(dòng)想象、情緒、感知和識(shí)別，以及檢測(cè)癲癇、卒中、癡呆、睡眠障礙、抑郁癥和創(chuàng)傷等異常。EEG信號(hào)反映了大腦的神經(jīng)元電活動(dòng)，其中包含了有關(guān)大腦狀態(tài)的有用信息。本文將總結(jié)腦電基本原理、腦電實(shí)驗(yàn)、倫理準(zhǔn)則、樣本量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、腦電設(shè)備、刺激呈現(xiàn)軟件以及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備等腦電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

腦電波基礎(chǔ)

自EEG問世以來，對(duì)不同腦振蕩及其與不同腦功能關(guān)系的研究就一直受到研究人員的關(guān)注。Hans Berger發(fā)現(xiàn)腦電圖中存在α波和β波。大腦振蕩按頻段分類，并與不同的大腦狀態(tài)或功能相關(guān)聯(lián)。本文接下來將對(duì)EEG頻段進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。腦電波的典型例子如圖1所示。

①δ（高達(dá)4Hz）

腦電δ波是一種高振幅的腦電波，與深度睡眠階段有關(guān)。δ波還與深度睡眠以外的不同大腦功能有關(guān)，例如，清醒被試的高額葉δ波與皮層可塑性相關(guān)。在認(rèn)知過程中，尤其是與事件相關(guān)的研究中，δ波是一種重要的腦電波。EEG低頻分量，尤其是δ頻段，是事件相關(guān)電位(ERP)P300峰值的主要貢獻(xiàn)者。P300是一個(gè)被廣泛研究和熟知的認(rèn)知加工指標(biāo)。

②θ波（4-8Hz）

在昏昏欲睡狀態(tài)下可以觀察到θ波，在兒童中比在成人中更為常見。在清醒的成年人中，在沒有進(jìn)行任何注意/認(rèn)知活動(dòng)的情況下，高θ波活動(dòng)被認(rèn)為是異常的，并且與不同的腦部疾病有關(guān)，例如，高額葉θ波與抑郁癥患者抗抑郁治療無反應(yīng)有關(guān)。然而，高θ波活動(dòng)在注意加工和工作記憶中起著重要作用。在成人抑郁癥和兒童閱讀障礙等腦部疾病研究中也報(bào)告了θ波活動(dòng)的變化。Pizzagalli等人的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)重度抑郁癥(MDD)治療反應(yīng)較好的人在喙內(nèi)側(cè)扣帶回(BA 24/32)中表現(xiàn)出高θ活動(dòng)。而Klimesch等人的研究報(bào)告了閱讀障礙兒童的θ波活動(dòng)減少。

③α波（8-13Hz）

在正常成年人清醒和放松狀態(tài)下，特別是沒有心理活動(dòng)時(shí)，可以自發(fā)地觀察到α波。在閉眼狀態(tài)下，α波在頂葉位置很明顯。注意加工或認(rèn)知任務(wù)會(huì)減弱α波。α波又分為低頻α波和高頻α波。在工作記憶的保持過程中，已經(jīng)觀察到α波活動(dòng)會(huì)隨著記憶負(fù)荷的變化而變化。此外，個(gè)體α峰頻率是一般智力因素(也稱為g因素)的一個(gè)指標(biāo)。

④β波（13-25Hz）

β波的振幅低于α波、δ波和θ波。傳統(tǒng)上，β波分為低頻β和高頻β。在活躍、焦慮思維、解決問題和深度專注時(shí)，可以在大腦的額葉和中央?yún)^(qū)域觀察到增強(qiáng)的β波。Gola等人報(bào)告稱，在執(zhí)行空間辨別任務(wù)和視覺注意力的高表現(xiàn)參與者中，無論是年輕人還是老年人，枕部的β波能量都有所增加。Engel和Fries對(duì)β波活動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，并給出了β頻段活動(dòng)參與認(rèn)知加工和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的證據(jù)。

⑤γ波（25Hz以上）

γ波是一種快速振蕩，通常在有意識(shí)的感知過程中發(fā)現(xiàn)。與其他慢速腦電波相比，γ波由于其振幅小且受肌肉偽影污染嚴(yán)重而被低估，因而未得到廣泛研究。時(shí)間位置的高γ活動(dòng)與記憶過程有關(guān)。有研究報(bào)告表明，γ活動(dòng)與注意力、工作記憶和長(zhǎng)期記憶過程有關(guān)。γ活動(dòng)也與精神疾病有關(guān)，如精神分裂癥、幻覺、阿爾茨海默癥和癲癇。

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實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性

每項(xiàng)科學(xué)研究都以一個(gè)問題開始，以一個(gè)可能的解決方案結(jié)束。在實(shí)驗(yàn)研究中，特別是在大腦研究中，這個(gè)問題可能像“哪些腦區(qū)與抑郁和壓力狀態(tài)有關(guān)？”或“α波在壓力和焦慮中扮演什么角色？”一般。實(shí)驗(yàn)問題促使研究人員做出一個(gè)研究假設(shè)，即關(guān)于給定操作如何改變某些測(cè)量的描述。研究假設(shè)可以是一般的，也可以是具體的。EEG研究中的一個(gè)假設(shè)示例可以是這樣的陳述“抑郁癥患者額葉皮層的腦電圖α活動(dòng)將減少”。在假設(shè)陳述中，研究人員可以進(jìn)一步將假設(shè)具體化，例如“與左額葉相比，右額葉區(qū)域的EEG額葉α激活將更高。假設(shè)的科學(xué)特征是它應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。高度具體的假設(shè)很容易被證偽，而且信息量更大。

在EEG研究中，需要大量的資源，包括設(shè)備成本、時(shí)間和人力資源(包括實(shí)驗(yàn)者、被試和研究助理)等方面。EEG設(shè)置過程通常需要一定的時(shí)間；數(shù)據(jù)收集過程根據(jù)試次數(shù)量或條件的不同而有很大差異。被試數(shù)量取決于要檢驗(yàn)的效應(yīng)大小和每名被試需要收集的試次數(shù)量。此外，原始EEG數(shù)據(jù)需要研究人員清除信號(hào)中存在的偽跡。因此，一個(gè)不完善的EEG實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)會(huì)給研究人員帶來很大的麻煩，因?yàn)樗礋o法回答既定的假設(shè)，要么提供難以解釋以得出結(jié)論的結(jié)果。因此會(huì)浪費(fèi)大量的人力和物力資源。研究人員需要制定良好的計(jì)劃，從被試招募到最終結(jié)果的解釋，需要考慮到實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)步驟，包括所有可能的風(fēng)險(xiǎn)、限制、混淆變量和資源。

腦電實(shí)驗(yàn)：倫理問題和指南

動(dòng)物和人類實(shí)驗(yàn)在科學(xué)和醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中有著悠久的歷史。在實(shí)驗(yàn)過程中使用人類被試對(duì)于科學(xué)進(jìn)步和促進(jìn)醫(yī)療福祉至關(guān)重要。然而，研究風(fēng)險(xiǎn)始終存在且不可避免。因此，在實(shí)驗(yàn)中使用人類被試，特別是在醫(yī)療保健領(lǐng)域，會(huì)引起倫理、法律、政治和人文方面的問題。盡管在文獻(xiàn)中，無創(chuàng)頭皮EEG記錄中沒有報(bào)告嚴(yán)重的健康相關(guān)問題，但在人類被試EEG實(shí)驗(yàn)中仍有許多問題需要考慮。

①倫理問題

最重要的問題是被試的知情同意，即被試是否有能力決定其參與。當(dāng)兒童、患者或殘疾被試參與研究時(shí)，這種情況需要尤其注意。知情同意書應(yīng)包括哪些內(nèi)容？有時(shí)，知情同意書中提供的信息并不充分。被試對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏了解可能會(huì)導(dǎo)致被試誤以為自己不能勝任實(shí)驗(yàn)。

②倫理審批指南

以下是EEG研究中倫理批準(zhǔn)要考慮的一般準(zhǔn)則。

A.一般原則

倫理委員會(huì)的職責(zé)是確保實(shí)驗(yàn)研究的倫理標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)人類參與者的權(quán)利、尊嚴(yán)和福祉，保護(hù)研究人員免受不公正的批評(píng)。此外，倫理委員會(huì)還確保了研究對(duì)社會(huì)的益處。因此，每個(gè)涉及人類參與者的EEG實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)開始之前都必須經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)授權(quán)的倫理委員會(huì)的倫理審查和倫理批準(zhǔn)。如果需要在其他機(jī)構(gòu)或大學(xué)外進(jìn)行EEG實(shí)驗(yàn)，那么研究人員有責(zé)任獲得當(dāng)?shù)貍惱砦瘑T會(huì)的批準(zhǔn)。研究人員設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)必須確保對(duì)社會(huì)有益，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中遵循合理原則。主要研究者有責(zé)任確保所提議的實(shí)驗(yàn)工作中不存在利益沖突，包括發(fā)表、數(shù)據(jù)所有權(quán)、數(shù)據(jù)的后續(xù)使用和資金來源。

B.參與者的權(quán)利

每個(gè)參與者都有不參與實(shí)驗(yàn)的權(quán)利，研究人員必須尊重這一權(quán)利。大學(xué)教職工、學(xué)生和其他有依賴關(guān)系的人必須確保任何拒絕參與的決定不會(huì)影響他們的學(xué)業(yè)/就業(yè)進(jìn)展。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)保護(hù)所有參與者免受精神、心理、身體、社會(huì)和法律風(fēng)險(xiǎn)的影響。所有研究人員和參與者必須充分意識(shí)到在實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的任何潛在的危險(xiǎn)或不舒服的情況。每個(gè)參與者都有權(quán)退出實(shí)驗(yàn)，無需任何理由或處罰。參與者有權(quán)提出任何問題，并且必須確保他們的隱私和身份受到保護(hù)。

C.知情同意書

知情同意書的目的是公開、透明地安排實(shí)驗(yàn)，不存在任何欺詐行為。因此，必須盡可能向參與者提供有關(guān)研究實(shí)驗(yàn)的完整信息，以便參與者或其父母/監(jiān)護(hù)人(如果是兒童被試)明確決定他們是否參與研究。知情同意書必須明確說明在數(shù)據(jù)收集過程中使用的腦電圖，并確保健康和安全問題。所有參與實(shí)驗(yàn)的研究人員都必須了解實(shí)驗(yàn)規(guī)程及其潛在風(fēng)險(xiǎn)。知情同意書應(yīng)以書面形式提供，并附上一份單獨(dú)的參與者信息表。實(shí)驗(yàn)開始前必須取得參與者的簽名。如果參與者無法給予知情同意或未達(dá)到同意年齡，則必須獲得父母/監(jiān)護(hù)人的同意。倫理委員會(huì)應(yīng)有關(guān)于兒童或殘疾參與者同意的書面原則。同意書必須包含有關(guān)研究數(shù)據(jù)共享、結(jié)果發(fā)表和后期重復(fù)使用數(shù)據(jù)的明確描述。參與者應(yīng)清楚地了解數(shù)據(jù)管理的隱私和保密程序的細(xì)節(jié)，包括訪問、存儲(chǔ)和使用。研究人員應(yīng)向相關(guān)參與者提供一份已簽署的同意書副本。

D.參與者招募和報(bào)酬

通過廣告(例如社交網(wǎng)站、大學(xué)門戶網(wǎng)站或任何其他數(shù)字媒體)招募人類參與者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作應(yīng)包含在倫理審批中，并需要獲得倫理委員會(huì)的許可。研究人員應(yīng)提前明確告知參與者任何經(jīng)濟(jì)利益，例如時(shí)間補(bǔ)償、費(fèi)用或工資損失。但是，任何以金錢形式支付給參與者的報(bào)酬都需要獲得倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

E.相關(guān)外部機(jī)構(gòu)的倫理原則

研究人員必須遵守大學(xué)倫理準(zhǔn)則以及任何控制或監(jiān)督大學(xué)的外部管理機(jī)構(gòu)，例如教育部和衛(wèi)生與醫(yī)療委員會(huì)。如果實(shí)驗(yàn)是在合作伙伴或合作機(jī)構(gòu)而不是在研究人員所在的大學(xué)進(jìn)行，那么研究人員必須考慮合作伙伴或合作機(jī)構(gòu)的任何倫理程序和監(jiān)管原則。

樣本量計(jì)算

樣本量計(jì)算是神經(jīng)科學(xué)、行為和臨床研究的一個(gè)重要方面。實(shí)際上，任何研究都不可能包括整個(gè)人群。一個(gè)比較常見的問題是：“研究中應(yīng)該包括多少人？”因此，從總體中選擇一小部分個(gè)體，這些個(gè)體雖然在規(guī)模上較小，但在統(tǒng)計(jì)上足以代表目標(biāo)人群。從經(jīng)驗(yàn)上講，研究的目標(biāo)是從樣本中得出對(duì)總體的推論。一般來說，研究沒有固定數(shù)量的樣本量。但是，在實(shí)踐中，樣本量是根據(jù)數(shù)據(jù)收集的成本確定的，并且應(yīng)該足夠大以具備足夠的統(tǒng)計(jì)功效。本文給出了樣本量計(jì)算的一般原則，以幫助相關(guān)學(xué)科的研究者明確樣本量計(jì)算的先決條件并計(jì)算樣本量。

①研究目的與假設(shè)

在確定樣本量計(jì)算之前，明確研究的目的和假設(shè)是至關(guān)重要的。研究人員想要調(diào)查什么？明確的目標(biāo)將使研究人員能夠從之前的研究中提取相關(guān)信息，用于樣本量計(jì)算，例如均值差異、方差、標(biāo)準(zhǔn)差和效應(yīng)量。

②目標(biāo)人群

目標(biāo)人群是研究人員想要概括實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整個(gè)人群、動(dòng)物或?qū)ο?，例如，所有患有重度抑郁癥的女性，所有10歲以下有學(xué)習(xí)障礙的兒童，所有65歲以上患有癡呆的男性等等。如果目標(biāo)人群在空間上分布廣泛，不容易獲取，那么要收集大樣本的數(shù)據(jù)可能會(huì)花費(fèi)很大的成本。

③樣本量的統(tǒng)計(jì)屬性

在計(jì)算樣本量時(shí)，有幾個(gè)重要的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，例如統(tǒng)計(jì)功效、顯著性水平、效應(yīng)量和標(biāo)準(zhǔn)差。統(tǒng)計(jì)功效和顯著性水平按慣例固定，但效應(yīng)量和標(biāo)準(zhǔn)差需要從既往研究中進(jìn)行計(jì)算。這些參數(shù)將在下面進(jìn)行描述。

A.統(tǒng)計(jì)功效

統(tǒng)計(jì)功效(靈敏度)是當(dāng)存在真實(shí)差異時(shí)，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)檢測(cè)到差異的概率。換句話說，它是正確拒絕錯(cuò)誤零假設(shè)的概率。在實(shí)驗(yàn)研究中，有時(shí)研究人員無法檢測(cè)到差異，而實(shí)際上存在差異(假陰性)。這種假陰性率在統(tǒng)計(jì)學(xué)中用字母β表示，稱為II型錯(cuò)誤。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講，功效等于1-β。如果實(shí)驗(yàn)研究的功效較低，那么該研究可能無法檢測(cè)到真正的差異。統(tǒng)計(jì)中可接受的功效為80%。然而，超過80%的統(tǒng)計(jì)功效表示研究設(shè)計(jì)較好。

B.顯著性水平

顯著性水平(α水平)是拒絕零假設(shè)為真時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)。α值通常設(shè)置為5%(0.05)。例如，由于偶然(而不是由于實(shí)驗(yàn)干預(yù))觀察到的結(jié)果的概率為5%是可以接受的。換句話說，當(dāng)實(shí)際上不存在差異(假陽(yáng)性或I型錯(cuò)誤)時(shí)，可接受的差異檢測(cè)是5/100。

C.效應(yīng)量

效應(yīng)量是指干預(yù)組和對(duì)照組中變量值之間的差異。Cohen認(rèn)為，如果d=0.2，0.5和0.8，則效應(yīng)量(簡(jiǎn)稱d)分別被認(rèn)為是小，中和大。這意味著，如果兩組或條件的平均差小于0.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，那么即使差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著性，這種差異也將是微不足道的。效應(yīng)量通?；诩韧鶊?bào)道的研究，而且其對(duì)樣本量值的影響較大。如果各研究組之間的效應(yīng)量很大，則需要小樣本來檢測(cè)差異，如果各研究組之間的效應(yīng)量很小，則需要大樣本量來檢測(cè)差異。

D.標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)了數(shù)據(jù)的分布。用希臘字母σ表示。σ的值通常采用以往研究的結(jié)果，并用于樣本量的計(jì)算。如果數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，那么大約68%的數(shù)據(jù)點(diǎn)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)，大約95%的數(shù)據(jù)點(diǎn)在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)，大約99.7%的數(shù)據(jù)點(diǎn)在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)。

④因變量和自變量的類型和數(shù)量

研究人員應(yīng)定義因變量(DV)和自變量(IV)及其類型。IV是實(shí)驗(yàn)變量，由研究者有意地操縱和假設(shè)IV，以檢驗(yàn)DV中的因果關(guān)系。在EEG/fMRI實(shí)驗(yàn)中，IV可以是一個(gè)刺激(例如，3D圖像)、任務(wù)(oddball)、年齡或性別。在臨床研究中，IV可以是安慰劑、新藥、神經(jīng)反饋療法、抗抑郁藥或抗癲癇藥物。DV是研究者測(cè)量的可量化變量，以發(fā)現(xiàn)IV的效果。在fMRI實(shí)驗(yàn)中，DV的一個(gè)例子可以是大腦某個(gè)區(qū)域的BOLD信號(hào)。在EEG實(shí)驗(yàn)中，DV可以是θ功率、峰值α功率和峰值頻率。在ERP實(shí)驗(yàn)中，DV可以是P300振幅或潛伏期、N170以及晚期正或負(fù)成分。DV的類型很重要，它可以是定量的，也可以是定性的。在EEG實(shí)驗(yàn)中，DV類型通常是定量的。

⑤組、條件和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

任何研究中涉及的組或條件的數(shù)量應(yīng)由研究人員確定。組或條件的確定將有助于研究人員決定應(yīng)采用哪種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)進(jìn)行分析。如果研究只涉及一個(gè)組，并且有兩個(gè)條件(干預(yù)前和干預(yù)后)，那么此為被試內(nèi)設(shè)計(jì)，可用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果研究是在被試之間進(jìn)行，例如，健康組與對(duì)照組。在這種情況下，IV是不同的被試群體，在分析時(shí)可以采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。在任何研究中，具有兩個(gè)以上的組或條件都需要進(jìn)行高級(jí)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，如方差分析(ANOVA)和重復(fù)測(cè)量方差分析。

⑥可用軟件

這里給大家推薦幾款計(jì)算樣本量的軟件：

G*Power軟件，由德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)開發(fā)，是一款用來對(duì)模型功效測(cè)試以及統(tǒng)計(jì)的分析軟件。它可以通過研究的效應(yīng)量進(jìn)而估計(jì)所需的樣本量。使用該軟件還可以進(jìn)行F檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)、z檢驗(yàn)、回歸分析、相關(guān)分析以及擬合優(yōu)度分析等等。詳見：www.gpower.hhu.de

Power Analysis and Sample Size(PASS)軟件，該軟件提供了樣本量計(jì)算，可以對(duì)1100多個(gè)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和置信區(qū)間場(chǎng)景進(jìn)行功效分析。每個(gè)工具都通過已發(fā)表的研究工作進(jìn)行了驗(yàn)證。詳見：http://www.ncss.com/software/pass/

Power and Sample Size(PS)軟件是一個(gè)免費(fèi)的程序，用于在連續(xù)、生存響應(yīng)和二分類測(cè)量中執(zhí)行樣本量計(jì)算。此外，它還可以探索功效、樣本量和可檢測(cè)備擇假設(shè)之間的關(guān)系。詳見：https://en.freedownloadmanager.org/Windows-PC/PS-Power-and-Sample-Size-Calculation-FREE.html

Biomath軟件是哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心生物統(tǒng)計(jì)部門的一個(gè)在線程序，可以計(jì)算樣本量大小。該程序有一個(gè)簡(jiǎn)單的界面，要求提供研究中使用的組數(shù)和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的類型。詳見：https://biomath.ugent.be/

HyperStat是一本在線統(tǒng)計(jì)書籍，該書籍提供了有關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)(包括樣本量計(jì)算)的討論，并提供了相關(guān)的資源(如統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn))鏈接。詳見：http://davidmlane.com/hyperstat/power.html

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示例

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是定義刺激并決定如何將刺激呈現(xiàn)給參與者的過程。這可以使用各種刺激呈現(xiàn)軟件來完成。最受歡迎的演示軟件之一是E-Prime。接下來將使用E-Prime軟件逐步解釋一個(gè)oddball范式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(一個(gè)著名的ERP任務(wù))。本文介紹了程序的各個(gè)步驟和結(jié)構(gòu)。

①目標(biāo)

在任何演示軟件中開始任何實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前，都必須明確實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。研究人員在開始實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)該回答這些相關(guān)問題：誰是目標(biāo)參與者？（人、動(dòng)物、青年人、老年人、兒童、男性、女性、健康人、患者等）；研究的是哪一種心理過程？（工作記憶、決策、推理、信息加工、視覺反應(yīng)等）；涉及哪個(gè)大腦區(qū)域？（抑郁時(shí)為左額葉、記憶檢索時(shí)為左顳葉等）；使用哪種成像模式？（EEG、fMRI、fNIRS、MEG等）。一旦明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，其余的步驟就很容易完成了。

②呈現(xiàn)給被試的指導(dǎo)語在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，指導(dǎo)語因任務(wù)而異，但重要的是要以被試可理解的方式向其提供指令。以下為Oddball任務(wù)中的指導(dǎo)語示例：

***歡迎來到Oddball實(shí)驗(yàn)***

您將在屏幕上看到一個(gè)盒子或球體

盒子會(huì)頻繁出現(xiàn)

當(dāng)您看到球體時(shí)，必須按“0”鍵，看到其他物體時(shí)不按鍵。

按【空格鍵】開始實(shí)驗(yàn)！

③刺激和時(shí)間

應(yīng)明確刺激的類型(例如，視覺或聽覺)，并設(shè)計(jì)刺激以誘發(fā)研究中假設(shè)的大腦神經(jīng)元系統(tǒng)的預(yù)期變化。

示例：這里有兩種視覺刺激(圖2)。一個(gè)是3D盒子，一個(gè)是3D球體。視覺刺激呈現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間為500ms。之所以將持續(xù)時(shí)間控制在500ms，是因?yàn)榻】党赡耆舜竽X中的視覺信息可以在100ms內(nèi)到達(dá)枕葉，頂葉在刺激開始后300ms左右做出反應(yīng)。

④試次(trials)、blocks和條件每種刺激的試次數(shù)量和試次總數(shù)應(yīng)在設(shè)計(jì)中明確定義。如果涉及不同的條件，那么block的數(shù)量可以不止一個(gè)，例如，如果需要向被試提供練習(xí)試次，則可以定義一個(gè)單獨(dú)的練習(xí)block。圖3使用E-Prime顯示了Oddball任務(wù)的結(jié)構(gòu)。“SessionProc”是每個(gè)基于E-Prime實(shí)驗(yàn)的主要組成部分。這里的“SessionProc”對(duì)象包含“指導(dǎo)語界面”，“結(jié)束語界面”和Net Station軟件包的兩個(gè)組件，即“NSinit”和“NSUnint”。

在Oddball實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的第二級(jí)層次中，有一個(gè)“BlockList”對(duì)象。在“BlockList”中，可以列出實(shí)驗(yàn)的所有blocks。在這個(gè)Oddball實(shí)驗(yàn)中，只添加了一個(gè)block，即“Oddball”block。在“Oddball”block中，有兩個(gè)Net Station對(duì)象，“NSStartRecord”和“NSStopRecord”，以及一個(gè)“TrialList”對(duì)象。由于實(shí)驗(yàn)涉及到兩種類型的刺激(標(biāo)準(zhǔn)刺激和目標(biāo)刺激)，因此每個(gè)刺激都需要單獨(dú)的試次，以及要在對(duì)象“TrialList”中明確定義其他屬性，如圖4所示。標(biāo)準(zhǔn)刺激的權(quán)重為95，目標(biāo)刺激的權(quán)重為40，大約是70/30的比例?！癗ested”屬性為空，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)試次或目標(biāo)試次中沒有子試次。

“Procedure”屬性定義了“TrialProc”，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刺激執(zhí)行95次，對(duì)于目標(biāo)刺激執(zhí)行40次?！癝timulus”屬性定義了刺激的實(shí)際名稱，分別為1.png和4.png?！癆nswer”屬性定義了對(duì)每個(gè)刺激的實(shí)際響應(yīng)。正如指導(dǎo)語界面所提示的那樣，只有目標(biāo)試次(球體刺激)需要被試進(jìn)行按鍵反應(yīng)(按0鍵)。因此，在“Answer”屬性中，只將目標(biāo)試次定義為0。在“CellNumber”屬性中，標(biāo)準(zhǔn)試次和目標(biāo)試次被分配了一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。該標(biāo)識(shí)符可用于Net Station對(duì)EEG數(shù)據(jù)的分析，特別是在試次分段中。

在“TrialProc”對(duì)象中，實(shí)際事件包括注視點(diǎn)、刺激、ITI（試次間隔）、腳本（NSSendTrialEvent）和兩個(gè)Net Station對(duì)象“NSTrialBegin”和“NSTrialEnd”，如圖5所示。

⑤被試的響應(yīng)E-Prime允許通過在每次執(zhí)行和完成E-Prime實(shí)驗(yàn)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)文件來記錄被試的響應(yīng)。研究人員需要在刺激屬性菜單中設(shè)置想要記錄在E-Prime中的參數(shù)，例如設(shè)置某個(gè)鍵盤或鼠標(biāo)按鈕、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)正確率等等，參見圖6。

⑥與EEG的事件同步為了在EEG記錄中標(biāo)記某些事件，E-Prime提供了一個(gè)編程選項(xiàng)來同步事件，例如注視點(diǎn)開始，刺激開始，刺激，偏移，被試的反應(yīng)和試次信息。以下示例代碼將發(fā)送注視和刺激信息，包括試次信息、起始、偏移和被試的反應(yīng)。要獲得更多E-Prime編程方面的專業(yè)知識(shí)，可以查閱E-Prime手冊(cè)（https://www.pstnet.com/）。

'Send response event using ?data collected from specified object

NetStation_SendRespEvent c, ?Stimulus

'Send a trial event for each ?presentation in the trial

NetStation_SendTrialEvent c, ?Fixation

NetStation_SendTrialEvent c, ?Stimulus

'Send the trial specific event

NetStation_SendTRSPEvent c, ?Stimulus

⑦任務(wù)結(jié)束在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，告知被試實(shí)驗(yàn)的完成情況，并給予進(jìn)一步的指示(如果有的話)；否則，將在屏幕上呈現(xiàn)結(jié)束語，如下所示：

***Oddball任務(wù)結(jié)束了***

非常感謝您的參與！

腦電設(shè)備和軟件

①腦電設(shè)備和數(shù)據(jù)采集軟件

腦電數(shù)據(jù)采集比較耗時(shí)，需要有明確的目標(biāo)和合理的規(guī)劃來獲取所需的腦電信號(hào)。目前，各大制造商提供了各種EEG設(shè)備，從低密度到高密度，干電極和凝膠電極，有線和無線放大器，以及數(shù)據(jù)記錄以外的不同功能的采集軟件。關(guān)于四大主流腦電系統(tǒng)制造商的介紹，可詳見往期推文：如何采集人類高質(zhì)量腦電波？| 腦電設(shè)備推薦

②演示軟件在特定的認(rèn)知任務(wù)中進(jìn)行EEG記錄需要呈現(xiàn)刺激，這些刺激可以誘發(fā)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的變化。根據(jù)研究目的，刺激可能是視覺的或聽覺的，但無論哪種情況，刺激呈現(xiàn)與誘發(fā)神經(jīng)激活的同步是必須的。這種同步要求在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中完全控制刺激操作。茗創(chuàng)科技往期的文章介紹了常用刺激演示軟件的相關(guān)信息，點(diǎn)此閱讀→常用心理學(xué)實(shí)驗(yàn)刺激呈現(xiàn)軟件介紹。在此基礎(chǔ)上，這里再補(bǔ)充兩款刺激演示軟件：

Paradigm

Paradigm是一款用于刺激呈現(xiàn)和控制的軟件。Paradigm的構(gòu)建模塊(Trials，Blocks和Stimulus)與其他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件相同。但是，它可以為移動(dòng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。允許通過Python腳本接口訪問觸發(fā)器命令。有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的編程指南和文檔可在 ?http://www.paradigmexperiments.com/上獲取。

SuperLab

SuperLab軟件是為研究人員而不是為程序員設(shè)計(jì)的。它允許在Mac或Windows上使用，支持多種刺激類型，如圖片、電影、文本、聲音、快速序列視覺呈現(xiàn)(RSVP)和自定義進(jìn)度閱讀。同時(shí)，支持多種輸入設(shè)備，包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、麥克風(fēng)、RB系列、lumina、SV-1和PST序列響應(yīng)盒。有關(guān)SuperLab實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱http://cedrus.com/superlab/manual/在線手冊(cè)。

參與者準(zhǔn)備

提前跟參與者約定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，以便研究人員在參與者合適的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果用于記錄的腦電設(shè)備需要參與者先洗頭，那么研究人員應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前確保參與者做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。如果實(shí)驗(yàn)有任何其他前提條件，例如睡眠良好、避免飲用咖啡和含酒精的飲料等等，那么研究人員應(yīng)與參與者溝通以滿足相關(guān)前提條件。在實(shí)驗(yàn)開始之前，應(yīng)充分告知參與者有關(guān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)程序的信息，避免在記錄過程中出現(xiàn)不相關(guān)的動(dòng)作、眨眼和抓撓等。更多詳細(xì)內(nèi)容可閱讀此條推文→心理學(xué)實(shí)驗(yàn)必備 | 腦電實(shí)驗(yàn)流程及注意事項(xiàng)

小結(jié)

本文闡述了腦電信號(hào)和不同波的基礎(chǔ)知識(shí)，以及它們?cè)诖竽X功能中的作用。強(qiáng)調(diào)了腦電實(shí)驗(yàn)需要注意的倫理和設(shè)計(jì)問題。討論了腦電研究中的一個(gè)重要方面，即樣本量計(jì)算，并探討了樣本量計(jì)算中需要考慮的因素。為腦電初學(xué)者和中級(jí)研究人員提供了一些樣本量計(jì)算的資源。提供了一個(gè)使用E-Prime軟件的腦電實(shí)驗(yàn)示例。此外，還列出了著名的腦電設(shè)備和刺激演示軟件。本文提供的所有資料可能不足以滿足每個(gè)腦電實(shí)驗(yàn)，但是本文以期為參與腦電研究的新手和中級(jí)研究人員提供一定的指導(dǎo)。

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