使用三种不同美术材料进行艺术创作后心率变异性与情绪变化的考察

摘要

本实验方案的目的是指导研究人员开展实验，以测量使用不同材料进行艺术创作后，受试者自我报告的情绪反应和心率变异性发生的变化。该方案可轻松调整，适用于多种行为条件和活动。

摘要

本方案可用于研究不同类型行为参与所引发的心理和生理反应。具体而言，在本研究示例中，考察了使用三种流动性不同的艺术材料进行艺术创作时的情绪反应及心率变异性变化。该方案可被调整用于研究其他类型的行为或使用其他材料进行艺术创作时的参与反应。采用此方案具有若干优势：首先，材料呈现顺序的随机化提高了所测得反应与材料特性相关、而非与呈现顺序相关的可能性；其次，持续记录心电图使得研究人员能够分析每次使用不同艺术材料创作后以及创作过程中心率变异性发生的变化。在考虑本方案优势的同时，也需注意其局限性：每次艺术创作前均安排了音乐聆听环节，因此仅能在前两个条件下测量恢复至基线水平的情况。基线恢复情况可反映个体在使用每种材料操作后恢复速度的差异。此外，使用比水粉颜料加画笔更具流动性的材料（如手指画颜料），可进一步加大材料之间的差异性。最后，本方案可根据特定研究需求进行调整和优化。

引言

本实验方案的目的是在不同条件下考察艺术创作对生理和情绪反应的影响。具体而言，本研究探讨了使用三种流动性水平不同的艺术材料进行艺术创作时，个体反应的差异。设计本实验的理论依据在于，为艺术治疗相关理论提供支持，即使用流动性更强的艺术材料进行创作有助于增强情绪表达¹。总体而言，心率变异性（HRV），特别是呼吸性窦性心律不齐（RSA），是情绪参与和情绪调节的指标^2,3。在本研究示例中，艺术材料的使用顺序被随机化，以控制顺序效应的影响。目前尚未发现采用相同研究设计的其他研究。

该方法的优势在于，持续测量心率变异性（HRV）能够在艺术创作过程中实时考察生理反应，且具有非侵入性。这与在艺术创作后通过血液或唾液检测生物标志物的方法形成对比：后者虽然重要且相关，但在时间点的精确控制上具有挑战性，且需要令人不适（如向试管中流口水）或侵入性（如采集血液样本）的样本收集方式⁴。

本方案可调整用于测量对多种行为活动及使用不同材料进行艺术创作的反应。为此，可将使用三种材料进行的艺术创作替换为待研究的特定行为。重要的是，需确保所研究行为的大部分要素均相似，仅所研究行为的特性（即艺术材料的流动性）不同。图1为本实验的流程图。

方案

本研究已获得社会福利学院的批准 & 海法大学健康科学伦理委员会批准。已获得知情同意，研究遵循赫尔辛基人类福利指南进行。

注意：该研究在桌旁进行，使用美术材料以及便携式、无线且非侵入性的心电图（ECG）记录设备。

1. 受试者选择

1. 招募年龄在18至40岁之间的健康受试者。若年龄范围更广，建议根据年龄划分为亚组，因为心率变异性会随年龄发生变化。
2. 排除当前或既往有心脏病史的受试者，因为心脏病可能影响心率变异性，从而限制判断心率变化是否由行为活动引起的能力。
3. 邀请所有受试者在08:00至15:00之间到达实验室，以确保实验条件的一致性。设定任意时间段均可，只要确保实验能在该时间段内完成。
4. 接待受试者，并确认其在实验前2小时内未饮用咖啡、进食、吸烟或进行剧烈运动。
5. 获取书面的知情同意书，以确保受试者了解其可随时无后果地退出实验，并知晓参与实验可能存在的风险与益处。

2. 实验方案

1. 将生物补丁贴在胸骨下方约两指宽处，并使用两个 Ag-AgCl 一次性电极。通过生物补丁以 1000 Hz 采样率、16 位精度采集和记录心电图信号。
2. 检查所采集数据的数值（即心率、HRV）是否显示在图形界面上，以确保数据正在被正常采集。当生物补丁离线时，软件还将发出音频警报。
3. 在受试者适应环境并佩戴好生物补丁后，让其保持坐姿静息 5 分钟，测量静息心率，以建立基线 HRV。指导受试者保持静止，避免咀嚼或说话，以免影响 HRV 测量结果。
4. 在完成 5 分钟静息以建立基线 HRV 后，指导受试者填写纸质问卷，内容包括人口统计学信息、艺术创作习惯相关问题以及自我评估量表（SAM）⁵。要求受试者标记出最能代表其当前情绪状态的图形（见图 2）。
5. 为建立可比较的情绪状态，在每次艺术创作会话前，让受试者聆听 5 分钟其自选的放松音乐（自然声音、新世纪音乐或古典音乐）。受试者自主选择放松音乐，以确保其对个体具有放松效果⁶。
6. 向受试者提供一张（50 cm × 35 cm）的纸张，并指导其进行 10 分钟的艺术创作（使用铅笔、油性蜡笔或水粉颜料）。为减少顺序效应，应随机化艺术材料的使用顺序。
   注：此处示例中，受试者先使用铅笔作画，随后使用油性蜡笔，最后使用水粉颜料。
   1. 鼓励受试者以任何他们认为合适的方式自由探索材料，并充分利用全部 10 分钟进行艺术创作。通过提醒受试者艺术作品本身及其美学价值并不重要，鼓励其自由表达，可绘制任何内容。
   2. 提供铅笔、卷笔刀和橡皮擦。
   3. 指导受试者使用 SAM 报告其情绪状态。
7. 播放音乐，指导受试者聆听 5 分钟其自选的放松音乐（自然声音、新世纪音乐或古典音乐）。
8. 在桌面上放置一盒含 12 种颜色的油性蜡笔，指导受试者以任何其选择的方式使用，包括在必要时剥去外包装或折断蜡笔。
   1. 若蜡笔盒因使用而外观明显受损，应为下一位受试者更换新盒。
   2. 指导受试者使用 SAM 报告其情绪状态。
9. 播放音乐，指导受试者聆听 5 分钟其自选的放松音乐（自然声音、新世纪音乐或古典音乐）。
10. 在塑料调色板上提供三原色（黄色、红色和蓝色）、黑色与白色水粉颜料，调色板分为 6 个颜料槽和 4 个调色区，以控制颜料用量。此外，提供一罐清水、一支柔软的平头画笔（6 号）和一块布。
    1. 告知受试者如有需要可申请补充颜料。
    2. 简要说明颜色混合方法及画笔清洗方式。
    3. 指导受试者使用 SAM 报告其情绪状态。
11. 在会话结束时从受试者身上取下生物补丁。使用生物补丁下载日志将记录的数据下载至计算机。

3. 数据分析

1. 使用 MATLAB 脚本将数据转换为适合导入可视化分析软件（例如 QRSTool）⁷ 的文本文件，仅保存时间戳和电压向量。该 MATLAB 脚本*在保留时间戳和电压向量的同时擦除其余内容，非常有用。此步骤可手动完成，但极为耗时。生成的文本文件示例如图3所示。
2. 通过图形用户界面将 MATLAB 脚本生成的文本文件导入 QRSTool：选择文件 | 导入 | （选择文件）。确保按下采样率 1000 Hz 按钮。随后心电图将在 QRSTool 窗口中以图形形式显示。
3. 目视检查心电图序列中的伪影。使用 QRS-tool 软件识别心电图中的 R 波成分（见图4）。软件通过标记所有高于手动设定阈值的点（以红色沙漏符号标示）自动检测 R 波峰值。
   注：如需更多信息，请联系第三作者：jallen@email.arizona.edu
   1. 将每段心电图序列与已识别的心跳、时间点及伪影（漏检或误检的心跳）进行目视比对，这些异常可能在心跳间期图中表现为过多或缺失的心跳。通过点击手动删除多余心跳或在缺失处添加心跳进行校正。
   2. 对于存在噪声且无法识别 QRS 波形的数据区域，将数据分割为多个片段，每个片段至少 30 秒。
      注：请注意，裁剪后数据的尾部不能拼接在一起。应分别分析各片段，并计算所有片段的平均值。
   3. 根据实验的不同阶段对数据进行标记或划分。可通过可视化界面截取并仅保存每个事件的数据，然后分别导出至 CMetX（如下所述）。根据上述实验阶段（基线期、听音乐期以及使用不同材料进行艺术创作期）划分数据。
4. 当所有数据清理完成后，通过可视化界面选择文件 | 导出，或直接通过命令行导出至 CMetX。这将打开 CMetX 查看器窗口，并新增一行显示心率变异性（HRV）的指标。
5. 将 HRV 指标导出为 CSV 文件以进行数据分析
   1. 使用两个 HRV 指标：估算的呼吸性窦性心律不齐（RSA），作为迷走神经或副交感神经活性的指标；以及基于洛伦兹图估算交感神经影响的心脏交感神经指数（CSI）。图4展示了 CMetX 软件输出结果的一个示例。
      注：选择合适的 HRV 指标来表征迷走神经或交感神经的心脏调节作用较为复杂，需基于方法学和理论做出判断，超出了本演示的范围。如需进一步信息，建议阅读：Allen, J. J., Chambers, A. S., & Towers, D. N. (2007). The many metrics of cardiac chronotropy: A pragmatic primer and a brief comparison of metrics⁸。
6. 通过从后续艺术创作阶段的平均 HRV 指标中减去音乐聆听阶段的平均 HRV 指标，估算 HRV 反应性（即正值表示艺术创作期间 HRV 高于前一放松阶段）。

结果

如上所述，CMetX 软件提供了多种 HRV 矩阵。此处，针对每位参与者在每种实验条件下的呼吸性窦性心律不齐（RSA）指标进行了计算。图 5 展示了三种绘画任务及其先前静息阶段的平均 RSA 值（±标准误）。被试内方差分析显示，绘画任务的主效应具有统计学意义（F^(1,49) = 26.155，p < .001），效应量较大（η_p² = .348），可直观解释为绘画任务解释了 RSA 变异性的约百分之三十五（相较于静息状态）。存在具有统计学意义的交互效应（F^(2,98) = 5.965，p = .004，η_p² = .109），表明平均 RSA 水平的变化依赖于所使用的绘画材料。成对比较（采用 Sidak 法对多重比较进行校正）显示，在使用油画棒进行绘画时，平均 RSA 出现显著变化（t₍₄₉₎ = 5.51，p &...

讨论

本方案旨在测量使用不同流动性的艺术材料进行艺术创作时，RSA（呼吸性窦性心律不齐）的差异⁷生物敷料^9,10 是一种小型圆形生理监测遥测设备，可固定在连接两个一次性Ag-AgCl电极的护套上，用于采集包括基础心电图（ECG）在内的生理数据。该设备可存储并传输生命体征数据，包括心电图、心率、呼吸频率、身体姿态和活动水平。本实验方案包含若干关键步骤。进行某种形式的基线恢复活动至关重要。我们选择让受试者聆听放松音乐，并允许其从三种音乐类型中任选其一，以确保所选音乐对其确实具有放松效果。此外，在开始艺术创作活动之前，我们还让受试者预先聆听相同的音乐，旨在 "中和" 参与者当天进入实验室时可能已受到的任何刺激。允许参与者自行选择所听音乐类型存在一些缺点，因为它可能影响参与者反应之间的变异性。然而，播放音乐的目的是为恢复至基线状态提供机会，我们认为让参与者自主选择如何回归基线，优于因音乐令人反感而无法实现恢复基线这一目的的可能性。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
一次性 Ag/AgCl 电极	Biopac	EL501
绘图纸	Stenoplast
Echo 网关	Medtronic	9600.0303
橡皮擦	Factis
水粉颜料	Giotto
HB 铅笔	Milan
Omnisense 3.9.7	Medtronic	9700.0269	计算机软件
油画棒（12 种颜色）	Talens
Zephyr 生物贴片	Medtronic	9600.041