Name: 用于婴儿与照顾者社交互动的家庭脑电图超扫描 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-05-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 8 s
Description: 了解家庭脑电图超扫描技术，用于研究婴儿与照顾者社交互动对婴儿学习发展的影响。该方法通过同步记录脑电、心电及行为数据，在自然家庭环境中实现高生态效度的发育心理学研究。

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该项工作由南洋理工大学授予VR的总统博士后奖学金资助。

Real-Life EEG and ECG Synchronization in Infant-Caregiver Interactions

<ol><li>Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Centrality+of+social+interaction+in+human+brain+function%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Centrality of social interaction in human brain function.</a> Neuron. 88 (1), 181-193 (2015).</li>
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<li>Nathan, K., Contreras-Vidal, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negligible+motion+artifacts+in+scalp+electroencephalography+%28EEG%29+during+treadmill+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Negligible motion artifacts in scalp electroencephalography (EEG) during treadmill walking.</a> Front Hum Neurosci. 9, 708(2016).</li>
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<li>Noreika, V., Georgieva, S., Wass, S., Leong, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((14+challenges+and+their+solutions+for+conducting+social+neuroscience+and+longitudinal+EEG+research+with+infants%5BTitle%5D)+AND+%22Infant+Behav+Dev%22%5BJournal%5D)">14 challenges and their solutions for conducting social neuroscience and longitudinal EEG research with infants.</a> Infant Behav Dev. 58, 101393(2020).</li>
<li>Ng, B., Reh, R. K., Mostafavi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+applying+machine+learning+to+infant+EEG+data%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Cogn+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A practical guide to applying machine learning to infant EEG data.</a> Dev Cogn Neurosci. 54, 101096(2022).</li>
<li>vander Velde, B., Junge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limiting+data+loss+in+infant+EEG%3A+putting+hunches+to+the+test%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Cogn+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Limiting data loss in infant EEG: putting hunches to the test.</a> Dev Cogn Neurosci. 45, 100809(2020).</li>
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</ol>

无任何利益冲突需要声明。

在本实验方案中，我们在参与者的家中进行测量，婴儿及其看护人在此环境中可能感到更加舒适，其行为表现也更能反映真实生活中的互动情况，而非实验室环境下的反应，从而提高了生态效度7。此外，在家庭环境中进行记录可减轻参与者&#160;的负担，例如减少交通时间，因而可能使某些参与者群体更容易参与研究。然而，在享有这些优势的同时，真实情境下自然状态的脑电图（EEG）超扫描记录在实验设计与操作流程方面，以及数据伪迹的控制上，也面临一系列特有的挑战与局限性。下文将讨论家庭记录中的各类挑战及可能的解决方案。
自然环境可能引入一系列混杂变量，例如空间、温度和干扰因素，这些变量在参与者家中可能因组别而异，但在受控的实验室环境中则保持恒定。EEG 超扫描方案需要大量技术设备，例如多个摄像头、麦克风和记录用笔记本电脑，因此参与者家中空间不足有时会成为问题。研究人员必须注意，不得随意设置设备，或将其放置在杂乱物品包围的位置。例如，应避免将设备放置在摆放食物或饮料的桌面上，并确保摄像机三脚架不会阻碍狭窄空间的通行。预防空间问题的一种方法是在实验前访问参与者家中，提前针对可能的空间限制做出合理规划。同时，向参与者发送提醒，请其提前清理所需空间也十分有帮助。摄像头和三脚架应尽可能放置在不妨碍活动的位置，特别是要远离婴儿在实验过程中就坐位置的可触及范围。最重要的是，在设备设置的各个阶段都必须充分考虑所有人员的安全。研究人员在自然环境中可能遇到的另一个因素是温度变化。在新加坡，由于全天候和全年的高温，EEG 数据中可能出现汗液伪迹，而在配备适当空调的实验室环境中，这类问题更容易得到控制。使用风扇为参与者降温虽可行，但因电器设备靠近实验区域，可能引入其他伪迹，且吹出的气流可能扰动参与者的头发以及 EEG 导线，从而导致数据质量下降。理想情况下，实验过程中应使用空调，以保持参与者的凉爽状态。若无法实现，则可改用吊扇或立式风扇，但需确保其位置不过于靠近参与者，以避免对 EEG 数据造成噪声干扰。其他替代方案包括尽可能将实验安排在一天中较凉爽的时段，以避免汗液伪迹的产生。最后，研究人员还需警惕在自然环境中可能出现的干扰，尤其是在参与者家中进行实验时。家庭成员可能在附近活动，在公共区域录制实验过程时可能引发隐私泄露问题。此外，婴儿在任务过程中看到其他照护者或家庭成员也可能造成分心，进而影响 EEG 测量结果的准确性。因此，最好提前提醒参与者，为确保实验顺利进行，其他家庭成员应待在不同的房间内。研究人员也应尽可能高效地完成实验，以尽量减少对家庭其他成员的干扰。最后，研究人员必须确保在离开参与者家中前已完成所有数据采集，并完成所有必要的步骤。准备一份清晰且有条理的待办事项清单，有助于避免遗漏重要环节，同时提高工作效率并确保按时完成任务。

除了自然环境中存在的混杂变量外，在自然情境下进行每次实验时，还有一些实验方案的方面需要根据实际情况进行调整，而这些方面在实验室环境中通常是受控的。某些因素无法实现标准化，例如摄像角度和光照条件。在确保获得高质量且具有可比性数据的同时，灵活调整实验设置至关重要。由于每位参与者的家庭布局和空间不同，摄像角度可能随之变化，这会增加后续对视频中特定事件和行为指标进行标注的难度。同样，每个家庭的光照条件也各不相同，可能影响视频质量。研究人员可通过制定一套可灵活调整的通用标准来充分准备，例如确保参与者不背对主要光源，并明确应优先采用的摄像角度。另一个可变因素是每次实验可用的家具。由于研究人员极不可能将家具带入参与者家中，因此必须依赖参与者已有的家具。由此导致所使用的家具不同，可能改变照护者与婴儿之间的身体互动动态。例如，不同类型的婴儿椅会改变婴儿在任务过程中的坐姿高度和位置，这可能影响照护者与儿童的互动方式，也可能因潜在的肌肉运动伪迹或其他因素而影响脑电图（EEG）数据。在数据分析的预处理阶段，研究人员可通过参考同步录制的视频，识别由特定动作引起的EEG伪迹。此外，若能预先明确将要观察或分析的行为类型，将有助于确保在不同物理动态条件下仍能采集到所需的数据。
脑电图（EEG）实验在家庭环境中采用自然情境设置的另一个影响涉及生理传感器数据的质量和可用性。脑电记录容易受到来自环境（非生理因素，例如线路噪声18）和生理来源（眼动、汗液、肌源性干扰）的伪迹干扰19。尽管无线脑电图通常对线路噪声的敏感性较低，但家庭中的电子设备（如风扇、电视屏幕和空调）仍会引入噪声伪迹。另一方面，在自然情境下，运动伪迹尤为显著，导致数据保留率降低11,20、信噪比下降21，以及数据分析和解释过程中的脆弱性增加11。在二元脑电图（dyadic EEG）和婴儿脑电图中，由于记录时长较短、伪迹表现形式缺乏典型性，以及在超扫描（hyperscanning）情况下需要时间上匹配的干净可分析片段，数据保留面临额外挑战14,22,23。缓解这些因素依赖于周密的实验设计和精确校准的实验设置22。尽管高密度脑电图配置允许使用某些伪迹校正和数据增强技术（例如通过独立成分分析（ICA）去除典型的噪声成分），但这些方法不推荐用于低密度配置。相反，依赖人工标注伪迹并删除受影响的脑电通道和片段会导致更大的数据丢失。本方案也可使用更多脑电通道进行，但会增加准备时间。因此，采集时间更短与脑电数据更丰富之间的优势必须权衡取舍。本文报告了基于自然情境家庭记录的数据保留率的合理估计值，采用自动电压尖峰标记结合人工伪迹剔除的方法，严格遵循质量标准。尽管保留率较低（成人为 M = 34%，婴儿为 M = 46%），但仍在自然情境下婴儿-成人脑电记录的预期范围内；例如，作为对比，Dikker 等人12在使用干电极进行成人脑电图记录的讨论任务中报告了38%的数据保留率。从该范式中恢复的干净数据可用于进一步分析，例如基于时频的连接性分析。其他针对低密度脑电图记录的半自动化伪迹校正流程（如 HAPPILEE24）虽不在本文讨论范围内，但可能有助于在不使用ICA的情况下去除伪迹，从而显著减少数据丢失。
为了在确保高质量脑电图（EEG）数据的同时实现可行的数据采集，研究人员需要考虑自然环境对实验任务选择的影响。例如，任务的设计可基于参与者家中常见的物品，如餐桌、椅子、婴儿椅、游戏垫等。这有助于减少需要来回搬运的笨重设备或家具，同时缩短安装和清理时间。在本实验中，选用了适合桌面游戏的书籍和玩具，使照护者与儿童能够保持自然的游戏互动，同时限制自由活动，以减少因肌肉运动引起的脑电图伪迹。因此，在本方案中，玩具的选择依据是其能否反映真实的互动场景。例如，带有吸盘的玩具可固定在桌面上，供照护者和儿童共同使用，其优势在于不会从桌上掉落，从而避免因照护者拾取玩具而引发运动伪迹。研究人员还需注意准备和清理时间，以降低参与者的负担。
尽管在更接近真实情境的环境中进行脑电图（EEG）超扫描测量具有诸多优势，能够获得生态效度更高的数据，但研究人员应意识到实验设计可能带来的局限性与挑战，并采取充分措施尽可能减轻其影响。在优化实验范式和规划实地访问时，研究人员必须努力在生态效度与实验控制之间取得平衡。如上所述，实验设置需要一定的灵活性，但这会增加被试间的变异性。虽然从实验角度而言这是不利的，但它可能&#160;更真实地反映被试在现实世界中的环境状况。此外，如前所述，自然情境下的实验设置可能为脑电数据引入更多类型及更复杂的伪迹。这些伪迹在一定程度上可通过适当的脑电预处理和分析技术加以缓解，但总体上仍可能导致更高的数据丢失率和更低的数据质量。同时，所使用的设备（尤其是摄像机和三脚架）存在体积较大、重量较重的缺点，因而不便于运输，也不适合在空间受限的环境中使用。最后，湿电极系统需要额外的实验耗材（如导电膏、注射器、手套、擦拭巾）并耗费更长的准备时间。实验人员必须格外注意避免在被试家中造成混乱，例如将导电膏沾染到家具表面，并应在实验前明确告知家长，婴儿有可能造成此类情况。干电极系统可作为规避上述问题的良好替代方案，并能节省安装时间。因此，在较大群体（如教室环境）中进行超扫描记录时，干电极可能是更合适的选择（例如参见12）。综上所述，通过针对具体情境对本方案进行优化和调整，该方法有望应用于学校、工作场所等多种类型的自然情境中，以获取更为丰富的超扫描与行为数据。

通过同步记录两个或多个互动个体的大脑活动（也称为超扫描技术），研究者得以揭示社会互动复杂、双向且快速动态变化背后的神经机制1。该技术将研究重点从孤立且严格控制条件下的个体研究，转向更接近真实情境的自然互动，例如自由游戏中的亲子互动2,3、解谜任务4以及合作性电脑游戏5,6。这些研究表明，在社会互动过程中，个体间的大脑活动会出现同步现象，即表现出时间上的相似性，这一现象被称为人际神经同步（interpersonal neural synchrony, INS）。然而，绝大多数超扫描研究仍局限于实验室环境。尽管这种设置有助于实现更严格的实验控制，但可能以牺牲部分生态效度为代价。由于环境陌生且人为化，加之所设定任务的性质，实验室中观察到的行为可能无法代表参与者日常典型的互动行为7。
近年来，移动式神经影像设备（如脑电图（EEG）或功能性近红外光谱成像（fNIRS））的发展缓解了上述问题，因为这些设备不再要求受试者必须物理连接到记录用计算机。因此，我们可以在受试者于教室或家中自由互动时，测量其大脑活动8,9。相较于其他神经影像技术（如fNIRS），EEG的优势在于其出色的时间分辨率，使其特别适用于研究快速变化的社会互动动态10。然而，EEG也存在局限性，即其信号极易受到运动以及其它生理性和非生理性伪迹的干扰11。
尽管如此，已有首批研究成功地在真实环境和条件下实施了脑电图（EEG）超扫描实验设置。例如，Dikker 等人12在一群学生参与多种课堂活动（包括听讲座、观看视频以及参与小组讨论）时，记录了他们的脑电信号。该研究以及其他研究8,9主要采用了干式脑电电极，以简化在非实验室环境中进行测量的过程。与需要使用导电凝胶或膏剂的湿电极相比，干电极在可用性方面具有显著优势。研究表明，在成人受试者和静止条件下，干电极的表现可与湿电极相媲美；然而，在涉及运动的情境中，由于阻抗水平升高，其性能可能会下降13。
本文介绍了一种在家庭环境中对婴儿及其照护者使用低密度七通道液态凝胶脑电图（EEG）系统与单导联心电图（ECG）进行同步记录的工作方案，EEG与ECG信号通过同一无线放大器采集（采样率：500 Hz）&#160;。由于成人通常使用有源电极，而婴儿则采用无源电极，后者通常为环形电极，便于凝胶的涂抹。此外，脑电与心电信号同步连接至三台摄像机和麦克风，以从不同角度记录参与者的外在行为。在实验中，8至12月龄的婴儿与其照护者共同完成阅读与玩耍任务，同时记录其脑电、心电及行为数据。为尽量减少过度运动对脑电信号质量的影响，实验在桌面环境中进行（例如使用厨房餐桌和婴儿餐椅），要求参与者在整个互动任务期间保持坐姿。照护者被提供三本适龄书籍和若干桌面玩具（配备吸盘以防止滑落），并被指导先为婴儿朗读约5分钟，随后进行10分钟的玩具互动游戏。
本方案详细说明了在阅读和游戏任务期间同步采集脑电图-心电图（EEG-ECG）、视频和音频数据的方法。然而，整体流程并不局限于本研究设计，也可适用于不同人群（如亲子配对、朋友配对）和各类实验任务。本文将介绍多种数据流的同步方法。此外，将概述基于 Dikker 等人12 的基本脑电图预处理流程，并报告脑电图数据的保留率和质量控制指标。由于具体的分析方法选择取决于多种因素（如任务设计、研究问题、脑电图导联布局），本文不再深入探讨超扫描脑电图（hyperscanning-EEG）分析的具体细节，而是引导读者参考现有的指南和工具箱（例如，14 提供分析指南；15,16 提供超扫描分析工具箱）。最后，本方案讨论了在家庭及其他真实环境条件下进行脑电图-心电图超扫描所面临的挑战及潜在解决方案。

<table><tbody><tr><td>不带针头的10 cc鲁尔锁扣注射器</td><td>Terumo Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>actiCAP slim 8通道电极组（LiveAMP8）</td><td>Brain Products GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Arduino 软件（IDE）</td><td>Arduino</td><td>Arduino IDE 1.8.19</td><td>用于编写Arduino微控制器代码的软件。可使用其他编程软件配合所选的微控制器单元。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Arduino Uno 开发板</td><td>Arduino</td><td></td><td>用于构建触发盒电路。可使用其他微控制器开发板。</td></tr><tr><td>BNC 连接器</td><td></td><td></td><td>用于连接触发盒装置各个部件的BNC连接器。</td></tr><tr><td>BNC 按钮开关&amp;nbsp;</td><td>Brain Products GmbH</td><td>BP-345-9000</td><td>用于发送触发信号的BNC触发按钮。</td></tr><tr><td>BNC 转 2.5 mm 插孔触发线缆（80 cm）&amp;nbsp;</td><td>Brain Products GmbH</td><td>BP-245-1200</td><td>连接两个LiveAmp设备与触发盒的BNC线缆。</td></tr><tr><td>BrainVision Analyzer 版本 2.2.0.7383</td><td>Brain Products GmbH</td><td></td><td>脑电图分析软件。</td></tr><tr><td>带加密狗的 BrainVision Recorder 许可证</td><td>Brain Products GmbH</td><td>S-BP-170-3000</td><td></td></tr><tr><td>BrainVision Recorder 版本 1.23.0003</td><td>Brain Products GmbH</td><td></td><td>脑电图记录软件。</td></tr><tr><td>定制8通道LiveAmp被动式帽（婴儿脑电帽）</td><td>Brain Products GmbH</td><td>LC-X6-SAHS-44, LC-X6-SAHS-46, LC-X6-SAHS-48&amp;nbsp;</td><td>适用于头围为44、46、48的婴儿。可使用其他婴儿脑电帽。</td></tr><tr><td>Dell Latitude 3520 笔记本电脑</td><td>Dell</td><td></td><td>两台笔记本电脑，分别用于成人和婴儿脑电记录。可使用其他计算机。</td></tr><tr><td>牙科冲洗注射器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LiveAmp 8通道无线放大器</td><td>BrainProducts GmbH</td><td>BP-200-3020</td><td>两个LiveAmp设备，分别用于成人和婴儿脑电记录。可使用其他放大器。</td></tr><tr><td>Manfrotto MT190X3 三脚架配128RC微型流体云台</td><td>Manfrotto</td><td>MT190X3</td><td>可使用其他三脚架。</td></tr><tr><td>Matlab 软件</td><td>The MathWorks, Inc.</td><td>R2023a</td><td>可使用其他分析和展示软件。</td></tr><tr><td>移动电源（10000 mAh）</td><td>Philips</td><td>DLP6715NB/69</td><td>可使用其他移动电源。</td></tr><tr><td>原始脑电帽（Raw EEG caps）</td><td>EASYCAP GmbH</td><td></td><td>适用于头围为52、54、56、58的成人。可使用其他脑电帽。</td></tr><tr><td>Rode Wireless Go II 单套无线麦克风</td><td>R&amp;oslash;de Microphones</td><td></td><td>可使用其他麦克风。</td></tr><tr><td>Sony FDR-AX700 摄像机</td><td>Sony</td><td>FDR-AX700</td><td>可使用其他摄像机或网络摄像头。</td></tr><tr><td>SuperVisc 高粘度导电膏&amp;nbsp;</td><td>EASYCAP GmbH</td><td>NS-7907</td><td></td></tr></tbody></table>

基于家庭环境的婴儿-照料者社交互动脑电超扫描

Home-Based EEG Hyperscanning for Infant-Caregiver Social Interactions

以往同时记录照料者与儿童脑活动的超扫描研究主要在实验室环境中进行，这限制了研究结果向真实生活场景的推广。本文提出了一项全面的实验方案，用于在家庭环境中记录婴儿-照料者二人组在多种互动任务期间同步的脑电图（EEG）、心电图（ECG）及行为数据。该方案展示了如何同步不同数据流，并报告脑电图数据的保留率与质量检查结果。此外，还讨论了在家庭环境中进行实验设置、任务设计和数据采集过程中可能遇到的关键问题及潜在解决方案。该方案不仅适用于婴儿-照料者二人组，还可推广至多种类型的二人互动组合。总体而言，我们展示了脑电图超扫描系统的灵活性，使其能够脱离实验室环境，在更具生态效度的自然场景中捕捉参与者的脑活动。然而，运动干扰及其他类型的伪迹仍然限制了在家庭环境中可实施的实验任务类型。

本研究纳入的参与者为8至12个月大、正常发育的婴儿及其母亲和/或祖母，这些婴儿在家中使用英语或英语与第二语言进行交流。在实验任务期间，同步采集成人和婴儿的7导联脑电图（EEG）和单导联心电图（ECG），以及来自三台摄像机和麦克风的视频和音频记录。根据国际10-20系统，在F3、F4、C3、Cz、C4、P3和P4电极位置测量神经活动。不同数据流在时间上对齐，并在实验开始和结束时进行截取，使所有记录均从时间点t = 0开始（图4）。
<img alt="照护者与婴儿互动研究；心电/脑电数据比较，时间序列图表分析，实验设置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66655/66655fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 4"> 
图4：数据流的同步。 三台摄像机（婴儿视角、联合视角和照护者视角）、照护者与婴儿的原始心电信号，以及照护者与婴儿的原始脑电信号，均已同步至同一时间轴上。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66655/66655fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
数据集中前5对共10名参与者的脑电图数据保留率及质量指标如表所示 表1。在剔除不良通道后（图5），采用自动电压阈值剔除包含伪迹的数据片段，随后对剩余片段进行目视检查（图6结果显示，脑电图记录的平均时长为 M = 562.96 s（SD ± 148.94 s）。经过自动和人工剔除后，成人数据中平均有 M = 34.30%（SD ± 13.00%）的数据被保留，婴儿数据中平均保留了 M = 46.32%（SD ± 16.63%）。若仅考虑成人与婴儿配对的数据，保留率下降至 M = 20.58%（SD ± 9.51%），剩余配对任务数据平均为 M = 215.00 s（SD ± 117.54 s）。此外，每对被试中有 0 至 2 个通道因数据质量持续较差而被排除。
<img alt="脑电图信号处理，对数功率谱密度图，频率分析，数据比较。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66655/66655fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：识别不良通道。 婴儿脑电图数据的滚动图及7个脑电通道的功率谱密度（PSD）图，其中通道Cz表现为一条直线（A：数据滚动图，B：PSD图），或通道F3噪声过大（C：数据滚动图，D：PSD图）。不良通道检测在EEGLAB17中完成。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66655/66655fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="脑电图信号分析图 A-B，用于可视化脑部活动；数据分析，神经科学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66655/66655fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 6"> 
图6：伪迹剔除。 根据（A）设定的剔除阈值自动剔除包含伪迹的片段，随后（B）通过肉眼检查进行手动剔除。图中高亮部分分别显示了依据剔除阈值（A）或手动剔除（B）被剔除的片段。数据使用 EEGLAB17 进行可视化。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66655/66655fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td colspan="2">成人</td>
			<td colspan="2">儿童</td>
			<td colspan="2">匹配</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>编号</td>
			<td>记录时长 (s)</td>
			<td>坏通道</td>
			<td>% 接受的epoch</td>
			<td>坏通道</td>
			<td>% 接受的epoch</td>
			<td>坏通道</td>
			<td>% 接受的epoch（匹配）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1</td>
			<td>898</td>
			<td>NA</td>
			<td>35.7</td>
			<td>Cz</td>
			<td>25.2</td>
			<td>Cz</td>
			<td>15.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2</td>
			<td>1234</td>
			<td>NA</td>
			<td>38.2</td>
			<td>Cz, F3</td>
			<td>61.8</td>
			<td>Cz, F3</td>
			<td>21.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3</td>
			<td>1088</td>
			<td>F3, F4</td>
			<td>52.4</td>
			<td>F3, F4</td>
			<td>63.1</td>
			<td>F3, F4</td>
			<td>36.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4</td>
			<td>873</td>
			<td>NA</td>
			<td>27.9</td>
			<td>P3</td>
			<td>34.6</td>
			<td>P3</td>
			<td>12.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5</td>
			<td>975</td>
			<td>NA</td>
			<td>17.2</td>
			<td>NA</td>
			<td>47.0</td>
			<td>NA</td>
			<td>16.9</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1. 5对被试在实验任务期间的脑电数据质量报告。

本方案描述了如何在家庭环境中从婴儿-照顾者配对中同步采集脑电图、心电图和行为记录。

先前同时记录照料者与儿童脑活动的超扫描研究，主要在……的限制条件下开展

我们的研究旨在探讨婴儿与照料者之间的社会互动如何影响婴儿的学习与发展。我们开发了一套全面的超扫描实验方案，用于在家庭环境中记录婴儿与照料者在互动游戏任务期间的同步脑电图（EEG）、心电图（ECG）及行为数据。与以往主要在实验室环境中实施的超扫描方案不同，本实验在家庭场景中进行。一个关键的实验挑战是在不同家庭环境之间实现标准化的需求与保持生态效度之间的平衡，而标准化可能限制生态效度，但灵活性又是促进参与者之间自然互动所必需的。本方案针对家庭环境中实验设置、任务设计及数据采集方面可能遇到的问题和关键考量提供了独特的见解。此外，本方案还详细展示了如何将脑电图（EEG）、心电图（ECG）、视频和音频数据进行多模态同步，整合至统一时间轴的设计与设置过程。首先，在接触凝胶之前戴上手套。使用钝头针头将凝胶装入两支注射器中，用于被动电极；另用较细针头将凝胶装入两支注射器中，用于主动电极。接下来，准备两块方形的医用胶带，分别用于婴儿和成人的心电图（ECG）电极。脱去手套后，打开所有笔记本电脑。将脑电图（EEG）无线接收器连接到相应的笔记本电脑，并确认记录软件正在运行。然后通过无线连接，将成人和婴儿放大器连接到相应笔记本电脑上的脑电图记录软件。确保两个放大器的触发端口设置相同。将三台摄像机分别安装在三脚架上，并调整角度，以确保能够持续捕捉到参与者的面部。然后将婴儿的高脚椅和看护人的椅子放置在桌子边缘，使二者相对而坐，且角度可被摄像机清晰捕捉。首先，将看护人用的放大器放置在脑电帽的后侧口袋中，以尽量减少电缆移动并降低脑电信号噪声。在佩戴脑电帽之前，检查放大器是否已牢固放置并连接妥当。戴上手套并在获得看护人许可后，使用含有70%异丙醇的酒精棉片清洁看护人的前额。在耳部上方沿自然发际线两侧分开头发，以暴露照护者的耳朵。测量照护者头围时，将软尺从鼻根处经过枕外隆凸，并穿过左右耳屏之间的位置环绕一周。现在，用手呈皇冠状的姿势，从内部拉伸脑电帽。从护理人员的前额开始，将帽罩向后脑方向佩戴。然后握住绑带，不要松开帽罩，将绑带向下拉至下巴处，并扣紧搭扣和毛面固定端。将照护者面部的刘海或散乱发丝移开，以避免造成不适或遮挡视线。然后轻柔地抚平帽体，确保电极与头皮紧密接触，并消除帽体上的任何褶皱。接下来，将测量带置于中线处的电极上方，测量从鼻根至枕外隆凸的距离。如有必要，使用卷动和释放法调整帽具。然后测量左右耳屏之间的距离，确保CZ电极位于该距离的中点。首先在参考电极和接地电极上涂抹导电膏，随后从后部电极开始，依次为其余电极涂抹导电膏。为护理人员涂抹凝胶时，应使用带有较长且更细尖端的注射器。将注射器尖端插入电极孔中，并利用其底部的弧形分开毛发。一边缓慢抽出注射器，一边挤出少量凝胶。在向被动式婴儿帽电极涂抹导电膏时，需将所有电极孔隙填满导电膏，然后使用棉签轻轻左右移动以分开头发。为改善电极接触效果，可使用指示灯作为阻抗参考，或参考脑电图记录软件的读数。在所有脑电电极达到低阻抗后，用酒精棉片清洁受试者左侧锁骨下方的柔软区域。将圆形胶带贴在心电图电极底部，并涂抹足量导电凝胶以充分覆盖电极。将电极置于左侧锁骨下方的柔软区域，并用白色医用胶带在传感器上方固定。完成基于家庭的脑电超扫描所需设备的布置后，为照护者准备接下来的操作流程。然后将麦克风接收器连接到对应的摄像机，以自动同步视频和音频。将麦克风发射器连接到看护人上衣的衣领和婴儿的背心上。在确认摄像机已正确放置以捕捉房间内触发盒发出的LED光信号后，开始同时录制三台摄像机的视频。在笔记本电脑和放大器上启动婴儿和看护者的脑电图记录。使用2.5毫米插头将两个放大器连接到触发盒，确保连接牢固。通过长按按钮来操作，因为只有在长按情况下，标记的外观变化才明显可见。确认触发箱的 LED 信号在所有相机的 recordings 中均可见。检查笔记本电脑上正在进行的 EEG recordings 中是否存在同步标记。之后，将放大器从触发箱装置上断开。进行实验操作时，应确保所有实验人员在整个实验过程中均不在婴儿的视线范围内，以避免分散其注意力。应有一名实验人员在附近看管记录用笔记本电脑，以便在传感器信号传输出现问题时及时干预。停止摄像机、脑电图软件和放大器的记录。然后关闭放大器，并将其从帽上取下。随后，从护理人员开始，小心地移除心电图胶带和电极。如有必要，协助护理人员移除婴儿的心电图电极。然后解开帽套的钩面与毛面搭扣，从后向前将帽套剥离并翻转内面朝外。在继续取下看护人帽套之前，先用婴儿湿巾清洁婴儿头部的凝胶残留物。

home-based-eeg-hyperscanning-for-infant-caregiver-social-interactions

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

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