本方案描述了通过选择配对的伴侣、同步记录他们的脑电图(EEG)并计算其事件相关脑电位(ERPs),来评估一个人的大脑对亲密他人刺激处理敏感性的关键步骤。
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本方案描述了通过选择配对的伴侣、同步记录他们的脑电图(EEG)并计算其事件相关脑电位(ERPs),来评估一个人的大脑对亲密他人刺激处理敏感性的关键步骤。
每对搭档的双方必须在不进行交流的情况下通过麦吉尔友谊问卷。随后,每位搭档被安排坐在两个相邻房间中其中一个房间的屏幕前。这些房间之间由一扇玻璃窗隔开,参与者可通过该玻璃窗交流,以在佩戴脑电图(EEG)帽时维持彼此在一起的感觉。在确认获得足够脑电信号后,玻璃窗会被窗帘遮盖,以防止视觉交流。此后,搭档双方必须保持沉默,但被要求在整个实验过程中努力感受对方的存在。实验开始前,参与者被告知他们每个人将依次看到一幅图像,且这些图像会在他们各自的屏幕上同时呈现。他们还被告知,在每次试验中,同时呈现的图像总是不同的。然而,他们并不知道,试验是随机化的:只有一半的试验符合这一指示,实际上包含两幅不同的图像。这些试验构成DSC,即不同刺激条件。另一半试验则与指示不一致,包含两幅完全相同的图像,构成ISC(相同刺激条件)。实验结束后,参与者被分为两组:一组是在大多数试验中报告感受到伴侣存在的人,另一组是报告未感受到伴侣存在的人。通过在至少两个时间窗(TWs)内,将DSC(与指示一致)的事件相关电位(ERPs)平均电压减去ISC(与指示不一致)的ERPs平均电压,来评估伴侣刺激加工的影响:首先是在75至150毫秒的时间窗内,感受到伴侣存在者的减法结果绝对值更大,尤其在右侧额区更为显著;其次是在LPP时间窗(即刺激呈现后650至950毫秒),对于早期(75-150毫秒)减法结果为负的个体,DSC条件下的ERPs显著比ISC条件更负。
脑电图(EEG)反映的是大量神经元群体突触后电反应的总和1 信息处理过程中产生的2 在这些反应中,某些模式与感觉、运动或认知事件在时间上同步。这些 "事件相关" 脑电图的模式被称为事件相关电位(ERPs)。3 事件相关电位(ERP)由多个偏转组成(例如 N300,N400 & P600)。这些偏转均以其相对于事件起始的潜伏期、电压(或振幅)、电极性(正或负)以及在头皮上的分布特征为标志,这些特征为揭示潜在的神经计算过程提供了线索3.
事件相关电位(ERP)研究使我们能够获取有关高阶复杂认知操作背后基本神经过程的信息4。ERP 方法主要应用于心理学和神经精神疾病研究。与其他神经影像技术(如功能性磁共振成像(fMRI)和近红外光谱成像(NIRS))相比,ERP 的一些优势包括其优异的时间分辨率,使研究人员能够以毫秒级精度追踪大脑的计算活动,以及相对较低的成本效益。在同时测试两名参与者的情况下(如本研究所示),这一点尤为重要5,6。
在本实验中,我们主要关注晚期后部正波(late posterior positivity, LPP),这是一种具有较晚潜伏期的事件相关电位(ERP)(即刺激呈现后250至1000毫秒)。当呈现具有意义的刺激(如词语、物体、面孔和场景)时,会诱发该成分。著名的P3b成分属于LPP家族,其在词语刺激后约600毫秒达到峰值,而在面孔和场景刺激后峰值则出现在约750毫秒。工作记忆中(从而进入意识层面)的新信息量越大,且这些信息越生动、显著和明确,该电位的振幅就越大7,8。当刺激本身或其任何特征(例如其确切出现时间)出乎意料时,所诱发的LPP振幅会大于刺激及其各个特征均被完全预期时的情况。因此,大量认知因素均可影响LPP的振幅8,9。
同时记录两名参与者在接收视觉刺激时的脑电图(EEG),有助于评估当双方均无法看到对方所呈现内容时,其中一名受试者的脑活动是否可能影响另一名受试者脑电动力学。
由于事件相关电位(ERP)的电压、头皮分布和潜伏期均能提供有关大脑正在进行的神经计算的线索,因此可以通过测量这些指标来检验外部因素对大脑的影响,并检测密切关联个体之间视觉刺激加工的差异。为了验证这种影响的存在,我们聚焦于一个操作性假设:一个人在观看视觉刺激时诱发的晚期正电位(LPP),可能受到其同伴所呈现刺激的影响。该假设基于如下观点:如果一个人的刺激加工过程会影响另一个人的神经活动,那么前者大脑产生的这一新信息可能会调节后者LPP的波幅。
基于一个补充性想法,提出了一个更为精确的假设:当已知所呈现的刺激与亲近他人所看到的刺激不同时,该刺激对亲近他人脑活动的影响应当被阻止。实际上,在这种情况下,这种影响构成了一种无关的干扰。为了建立这种认知,每对参与者被告知他们将看到不同的刺激。然而,实验中仅有一半的试验符合这一指示,这些试验构成了“不同刺激条件”(DCS)。其余一半试验则与该指示不一致,即每对被试同时接受相同的刺激,从而构成“相同刺激条件”(ISC)。设置后一条件的目的是作为对照条件,在此条件下不应产生抑制作用,因为此时处理的信息确实对应于亲近他人实际接收到的刺激。我们预测,由于缺乏此类抑制作用,将有更多信息进入工作记忆的内容,从而导致ISC条件下的LPP波幅大于DCS条件。此外,若发现此类事件相关电位(ERPs)的差异,将进一步证实刺激加工过程可能影响亲近他人的ERPs,因为被试无法看到其同伴实际接收的刺激。
这些预测在之前的两项实验中得到了证实,且实验还表明,每对参与者之间必须具有较近的社会关系,而不能是陌生人。10,11 然而,在这些实验中,成对的两名参与者并未在声学和视觉上进行隔离。尽管观察到的事件相关电位(ERP)效应由经典的视觉和/或听觉交流所导致的可能性极低,且考虑到这些结果对社会认知研究具有重要意义,我们仍决定在参与者之间引入玻璃屏障和帘幕隔离,以验证ERP差异是否依然存在。
然而,我们意识到这样做可能导致参与者在实验过程中不再感受到彼此的共在感,而这可能产生一定影响。因此,我们认为有必要提醒参与者在整个实验过程中尽量感受其同伴的存在,并在实验后的汇报环节询问他们是否成功做到了这一点。
此外,在前两项评估刺激加工对亲近他人事件相关电位(ERP)影响的实验中 10,11DSC 和 ISC 分别对应于不同的试验区块。为防止疲劳、策略偏好及其他混杂因素的影响,本实验的实验条件现对应于随机化的试验。 在……之内 块
在本项新实验中,两名参与者(A 和 B)分别坐在两个相邻房间内各自的计算机屏幕前。分隔两个房间的墙壁上设有一扇 86 厘米 × 178 厘米的玻璃窗,窗户两侧均挂有窗帘。因此,在正式实验过程中,尽管参与者实际上是并排而坐,但彼此既无法看到对方,也无法听到对方的声音。然而,在实验开始前,当为参与者佩戴脑电图(EEG)帽时,窗帘是打开的,此时他们可以互相看见,从而保持一种亲近感。在为每位参与者佩戴好用于记录脑电活动的 EEG 帽,并检查 EEG 信号质量无误后,窗帘将被关闭。但最重要的是,参与者被明确指示:在整个实验过程中,应努力持续感知其同伴的存在。屏幕上的操作提示会指导每位参与者,尽力记忆即将在各自屏幕上同时闪现的图像,并避免频繁眨眼或做出过多的面部动作。
他们对这两类图像性质的认知通过屏幕上的指令进行实验控制,这些指令明确告知参与者,他们所看到的视觉刺激始终与其同伴所看到的不同。然而,如前所述,每位参与者会看到200张图像,其中100张实际上与其同伴所看到的图像不同,构成一致条件或DSC(即不同刺激条件);另外100张则实际上与其同伴所看到的图像相同。这些构成 不一致条件或ISC(即相同刺激条件)。因此,在一次不一致的ISC试验中,两名参与者会同时看到完全相同的图像;而在一次一致的DSC试验中,两名参与者会同时看到不同的图像。这些试验的顺序是随机化的。
我们系统地探索了早于LPP时间窗的事件相关电位(ERPs),以检测当试次中的刺激实际不同时,不同刺激指令应引发的抑制效应指标。我们发现,在图像呈现后75-150毫秒的时间窗内,实验过程中感受到共情连接的参与者,其右额叶电极位点(尤其是F8)上DSC试次ERP平均电压减去ISC试次ERP平均电压所得差值的绝对值,大于未感受到共情连接的参与者。该效应主要出现在腹外侧前额叶皮层区域。基于我们先前关于抑制过程及负性ERP成分的研究16,17,18,我们在感受到共情连接的参与者中,筛选出DSC试次ERP比ISC试次更负者,即可能产生抑制效应的个体。正如预期,这些特定参与者在一致的DSC试次中的LPP显著小于不一致的ISC试次(见图 4)。这些结果表明,在ICS试次中有更多的信息进入工作记忆内容,这些信息可能变得更加显著和/或更生动,和/或以更高的信心被整合。此外,这些结果证实了刺激加工对亲密他人ERP存在影响,而这种影响的发生排除了参与者看到伴侣实际所见图像或进行交流的可能性。
本文所述所有方法均事先获得道格拉斯研究所研究与伦理委员会的批准。
1. 受试者招募、实验室接待与问卷调查
2. 电极帽放置(参见 Gu 等,2014)
3. 脑电图/事件相关电位数据记录 4. 脑电图/事件相关电位数据记录
4. 数据处理
注意:所有数据处理均使用 EEGLab.15 完成。
本文展示了三幅图。这些图的每个部分(共28个部分)代表一个独立的脑电图通道,并带有相应的标签即 Fp1、Fp2、F7、F8 等。 图1 展示了一个典型的“良好”结果示例,呈现了来自单个受试者的ERP波形。黑色线条对应一致条件,红色线条对应不一致条件。相比之下, 图2 显示“较差”结果,原因是该次实验会话存在问题,其波形表现出难以辨认的事件相关电位(ERP)成分、平坦线型或噪声。这些数据同样来自一名参与者。黑线代表一致条件,红线代表不一致条件。 图3 显示了在超过50%实验时间内感受到共同体验的参与者所贡献的27组ERP数据的总平均结果。黑色线条对应控制一致条件,红色线条对应关键不一致条件。 图4 是13名被试者在超过50%的试验中感受到同步,且在75-150ms时间窗内F8电极位点上不一致条件比一致条件更正的事件相关电位(ERP)的平均波形图。在大多数电极位点上,不一致条件比一致条件更正。

图1:一名参与者典型的“良好”ERP结果示例。 每个部分(共28个部分)代表一个独立的脑电图通道,并带有相应的标签(即 Fp1, Fp2, F7, F8 等等。)。ERP成分在波形中清晰可辨。黑线代表一致条件(不同刺激条件,DSC),红线代表不一致条件(相同刺激条件,ISC)。 请点击此处以查看此图的放大版本。

图2:一名参与者典型的“较差”ERP结果示例。 每个部分(共28个部分)代表一个独立的脑电图通道,并带有各自的标签(即 Fp1, Fp2, F7, F8 等等。)。黑线对应一致条件(DSC),红线对应不一致条件(ISC)。
ERP成分在波形中定义不明确,且许多成分表现为一条直线即 F8, Fc4 请点击此处以查看此图的放大版本。

图3:27名产生共感体验参与者的ERP总平均波形图。
每个部分(共28个部分)代表一个独立的EEG通道,并标有相应标签(即 Fp1、Fp2、F7、F8、等)。黑色线条表示一致条件(DSC),红色线条表示不一致条件(ISC)。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 4:在13名感受到共同体验且在75–150 ms时间窗内,对一致DSC试次的F8电极处ERP比对不一致ISC试次更负的参与者中,其ERP的总平均图。 每个部分(共28个部分)代表一个独立的EEG通道及其标签(即 Fp1、Fp2、F7、F8、等)。黑线代表一致条件,红线代表不一致条件。在600–900 ms时间窗内,F3(p=0.024)、F4(p=0.001)、Fz(p=0.024)、Fc3(p=0.041)、Fcz(p=0.022)、Fc4(p=0.002)、Ft8(p=0.004)、C3(p=0.022)和T4(p=0.039)电极处,不一致条件比一致条件更正,差异具有显著性。请点击此处查看该图的放大版本。
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在研究个体大脑是否对另一个人的刺激处理过程敏感时,我们记录了成对参与者在各自观看一组图像时的脑电图(EEG)。
我们操控了向两名参与者展示的图像的相同性。通过屏幕上的指示,每位参与者均被告知,其所看到的内容将始终与其同伴所看到的不同。在一半的实验时间内,参与者被展示不同的图像(即 一致的条件)和一半的时间,相同的图像(即 不一致条件)。试验在不一致条件和一致条件之间进行随机分配。
如果一方的刺激加工能够影响另一方大脑的电动力学活动,反之亦然,那么在不同实验阶段中,不一致试次的LPP成分平均电压可能与一致试次不同。across session的确如此,我们的初步结果支持了这一假设:关键阶段的LPP数值根据一致性条件而不同于控制阶段。该效应出现在无区块偏差且不存在因同伴噪声(例如由强烈视觉刺激引发的呼吸变化)导致的任何潜在隐性不一致检测的情况下。
本文的目的是介绍一种利用脑电图(EEG)同时测试成对参与者的新型实验范式。关于实际的脑电图记录,有必要强调几点。首先,脑电帽必须紧密贴合头部。过大的脑电帽会导致凝胶柱不稳定,从而引起阻抗变化,影响记录质量19。其次,必须让参与者明确,他们应避免过度的身体动作、频繁眨眼或面部及颈部肌肉的收缩,因为这些行为可能扭曲脑电信号,使数据难以解读20。实验结束后,必须对设备进行彻底清洁,以防止电极被干燥的凝胶残留物绝缘,从而影响后续的信号采集。第三,如果出现信号问题(如噪声或平直波形),应确保接地电极和参考电极均已正确连接。降低所有电极的阻抗有助于减少噪声,防止其充当天线捕获环境中的电磁干扰。因此,若存在连接问题,需重新涂抹导电凝胶,并重新刮擦电极下方的头皮。若脑电图中出现肌电图干扰,应让受试者放松,并提醒其放松面部和颈部肌肉,然后再继续实验。
在开展任何脑电图(EEG)实验之初,必须牢记该技术所伴随的局限性。例如,其空间分辨率欠佳可能是需要考虑的因素之一。另一个需要考虑的问题是脑电图对眨眼、肌肉活动和身体运动的高度敏感性,这些因素会在记录中引入伪迹21。总体而言,这些局限性可通过其他神经影像方法(如功能性磁共振成像fMRI和近红外光谱成像NIRS)或通过将脑电图与其他方法结合使用来加以弥补。尽管如此,与其他脑成像技术相比,脑电图自身也具有独特优势,其中最显著的是其卓越的时间分辨率,使研究人员能够以毫秒级精度探测神经活动。此外,脑电图是一种无创且无痛的工具,对受试者不构成任何风险。同时,与其他神经影像技术相比,脑电图的成本相对较低。因此,在本文所介绍的新型成对测试方法中,脑电图成为显而易见的监测技术选择。
不存在需要申报的利益冲突。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 脑电图采集软件 | Psychlab | http://www.psychlab.com/softw_general.html | |
| 8 个数字脑电图放大器 (NuAmp) | Neuro Scan Labs | ||
| 2 台计算机 | |||
| Matlab | The MathWorks, Inc | http://www.mathworks.com/products/matlab/ | |
| EEGLab Matlab 工具箱 | http://sccn.ucsd.edu/eeglab/ | ||
| ERPLAB Toolbox | http://erpinfo.org/erplab | ||
| 刺激生成软件 | E-Prime | ||
| ECI 电极帽 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/caps/ | |
| 特殊头卷尺(4色色带) | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 一次性海绵盘 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 帽带 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 电凝胶 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 钝针(BD Vacutainer PrecisionGlide 多样品针) | Becton, Dickinson and Company | ||
| 2 注射器 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 4 耳电极 | Electro-cap International, Inc | http://www.electro-cap.com/index.cfm/supplies/ | |
| 酒精湿巾 | |||
| 2 支红铅笔 | |||
| 实验后供参与者洗头的设施和用品 - 水槽、洗发水、梳子、毛巾、吹风机 |
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