Name: Neurodiverse 的脑电图信号采集框架：Dolphin 辅助治疗的案例研究 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-27T14:35:00.000+00:00
Duration: 7 min 21 s
Description: 了解神经多样性儿童在海豚辅助疗法中的脑电图信号采集方法。该标准化协议通过实时监测脑电活动变化，评估治疗效果，为神经发育研究提供可重复的数据分析框架。

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本文由墨西哥国立理工学院（Instituto Politécnico Nacional）通过研究与研究生事务秘书处（Secretaría de Investigación y Posgrado）、科学、人文、技术与创新秘书处（SECIHTI）资助的项目编号20250776提供支持。此外，本研究所述工作在计算研究中心（Centro de Investigación en Computación）完成。需要指出的是，本研究是博士论文《基于系统科学范式下神经多样性儿童在海豚辅助治疗期间脑电图信号采集的标准化》的重要组成部分，该论文由布伦达·洛雷娜·弗洛雷斯·伊达尔戈（Brenda Lorena Flores Hidalgo）完成，指导教师为奥斯瓦尔多·莫拉莱斯·马塔莫罗斯博士（Dr. Oswaldo Morales Matamoros）和耶稣·哈伊梅·莫雷诺·埃斯科瓦尔博士（Dr. Jesús Jaime Moreno Escobar）。此外，本研究还获得了科学、人文、技术与创新秘书处（SECIHTI）授予的CVU 1145035号奖学金支持。

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<li>Carrillo-Mora, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alternative+and+complementary+medicine+in+neurological+disorders+and+neurological+disability+patients%3A+prevalence%2C+factors%2C+opinions+and+reasons%5BTitle%5D)+AND+%22Complement+Ther+Med%22%5BJournal%5D)">Alternative and complementary medicine in neurological disorders and neurological disability patients: prevalence, factors, opinions and reasons.</a> Complement Ther Med. 72, 102920(2023).</li>
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<li>A look at the strength of micro and macro-EEG analysis for distinguishing insomnia within an HIV cohort. Gunnarsdottir, K. M., et al. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc, , 6622-6625 (2015).</li>
<li>Herman, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Consensus+statement+on+continuous+EEG+in+critically+ill+adults+and+children%2C+part+II%3A+personnel%2C+technical+specifications%2C+and+clinical+practice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Consensus statement on continuous EEG in critically ill adults and children, part II: personnel, technical specifications, and clinical practice.</a> J Clin Neurophysiol. 32 (2), 96-108 (2015).</li>
<li>Detection of EEG signal post-stroke using FFT and convolutional neural network. Djamal, E. C., Furi, W. I., Nugraha, F. 2019 6th International Conference on Electrical Engineering, Computer Science and Informatics (EECSI), 2019, Bandung, Indonesia. 18-23 (2019).</li>
<li>Emotion classification using fast Fourier transform and recurrent neural networks. Prawira, H. G., Sundari, S., Djamal, E. C., Wulandari, A. 2021 International Conference on Instrumentation, Control, and Automation (ICA), 2021, Bandung, Indonesia. 94-99 (2021).</li>
<li>EEG feature extraction with fast Fourier transform for investigating different brain regions in cognitive and reasoning activity. Amin, H. U., et al. 2022 IEEE 5th International Symposium in Robotics and Manufacturing Automation (ROMA), 2022, Malacca, Malaysia. 1-4 (2022).</li>
<li>Jurcak, V., Tsuzuki, D., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((10%2F20%2C+10%2F10%2C+and+10%2F5+systems+revisited%3A+their+validity+as+relative+head-surface-based+positioning+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">10/20, 10/10, and 10/5 systems revisited: their validity as relative head-surface-based positioning systems.</a> Neuroimage. 34 (4), 1600-1611 (2007).</li>
<li>Marino, L., Lilienfeld, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Third+time%27s+the+charm+or+three+strikes+you%27re+out%3A+an+updated+review+of+the+efficacy+of+dolphin-assisted+therapy+for+autism+and+developmental+disabilities%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Psychol%22%5BJournal%5D)">Third time's the charm or three strikes you're out: an updated review of the efficacy of dolphin-assisted therapy for autism and developmental disabilities.</a> J Clin Psychol. 77 (6), 1265-1279 (2021).</li>
<li>Marino, L., Lilienfeld, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dolphin-assisted+therapy%3A+more+flawed+data+and+more+flawed+conclusions%5BTitle%5D)+AND+%22Anthrozo%C3%B6s%22%5BJournal%5D)">Dolphin-assisted therapy: more flawed data and more flawed conclusions.</a> Anthrozoös. 20 (3), 239-249 (2007).</li>
<li>Marino, L., Lilienfeld, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dolphin-assisted+therapy%3A+flawed+data%2C+flawed+conclusions%5BTitle%5D)+AND+%22Anthrozo%C3%B6s%22%5BJournal%5D)">Dolphin-assisted therapy: flawed data, flawed conclusions.</a> Anthrozoös. 11 (4), 194-200 (1998).</li>
<li>Marino, L., Lilienfeld, S. Does Dolphin-Assisted Therapy have Healing Effects. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMarino%2C+L+%22Pseudoscience+in+Child+and+Adolescent+Psychotherapy%22">Pseudoscience in Child and Adolescent Psychotherapy</a>. , Cambridge University Press. New York. (2019).</li>
<li>Müller, R. A., Shih, P., Keehn, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+EEG+biomarkers+in+neurodevelopmental+disorders%3A+progress+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Psychiatry+Cogn+Neurosci+Neuroimaging%22%5BJournal%5D)">The use of EEG biomarkers in neurodevelopmental disorders: progress and challenges.</a> Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 4 (7), 574-583 (2019).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

海豚辅助治疗（Dolphin-assisted Therapy, DAT）作为一种针对自闭症及发育障碍个体的治疗方式而出现24,25。DAT 为参与者提供了丰富生活、新颖独特的体验，在引人入胜的环境中激发其兴趣并促进感官参与25,26。然而，目前对 DAT 疗效的评估存在若干局限性，影响了其结果的解释，其中包括缺乏严谨的实验设计以及确凿的数据支持；许多研究依赖于轶事证据和病例报告，而非来自大规模、对照临床试验的确切数据12,25,27。因此，Marino 与 Lilienfeld（2021）24 呼吁应更广泛地开展基于研究的探索，以充分挖掘并最大化人与动物互动干预的潜在益处...

不同人类群体之间的文化差异在很大程度上取决于他们的认知能力。虽然一些个体能够适应这些文化规范，但另一些个体则常常面临边缘化。因此，这些个体参与促进其融入人类社会的活动显得尤为重要1。
患有神经发育障碍的儿童，例如注意缺陷多动障碍（ADHD）或自闭症谱系障碍（ASD），通常需要结合物理治疗和替代疗法，以实现全面且有效的康复2,3。值得注意的是，除了传统疗法外，还发展出多种替代疗法，以整体性地应对患者的身体、情绪和精神层面问题。这些疗法旨在补充传统治疗方法，促进更全面的康复2,4。在医疗专业人员建议下，这些疗法可作为传统医学的重要补充手段3。
一种因在缓解疼痛和改善残疾儿童学习技能方面取得进展而日益受到公众关注的替代疗法是海豚辅助治疗（Dolphin-Assisted Therapy, DAT）5。该疗法利用人类与海豚（通常是怀孕或哺乳期的宽吻海豚）在水生环境中的互动，以提高不同能力儿童的生活质量。
目前，海豚辅助治疗（DAT）尚无完全标准化的方法，因为在应用于患者、治疗师和/或专业人员的过程、治疗时长与频率，以及用于实现治疗效果的海豚种类及其训练方式上均存在差异6,7,8。根据Jette等人9的观点，这些疗法的标准化有助于科研数据的收集，因为一致的数据采集方式能够支持开展比较研究，并推动新的循证治疗策略的建立。
在DAT中缺乏标准化的数据采集系统，使得其效果的客观评估变得复杂，限制了不同研究之间结果的可比性。尽管DAT的使用日益普及，但用于监测患者变化的方法学框架因机构和研究团队而异，导致结果不一致甚至相互矛盾10,11。
这种变异性已引起科学界的关注，因为在评估患者认知、情绪或行为改善方面的治疗效果时，尚无可靠的参数来衡量其疗效12。缺乏统一标准也影响了严格研究方案的制定，可能导致对不同DAT研究中获得的结果产生有偏倚的解释。
脑电图（EEG）信号采集过程中的差异，例如电极放置、设备校准和环境条件，可能引入结果的不一致性，从而增加治疗效应解释及跨研究比较的复杂性13,14。因此，有必要在这些治疗中对EEG信号的数据采集过程进行标准化，以获得更准确、可靠的数据，进而有助于优化治疗实践，并为数字音频治疗（DAT）的有效性提供坚实的证据。
标准化的实验方案有助于提高研究的透明度。当采用统一的方法时，数据和操作流程可以更公开、更有效地共享，从而使其他研究人员能够验证和确认实验结果。这一点在新兴或尚未充分探索的研究领域尤为重要，因为在这些领域中，研究人员在很大程度上依赖于对先前研究的重复和验证，以推动对该学科的理解15。
一种标准化的数据采集系统，特别是基于脑电图等神经生理学工具的系统，可为注意力缺陷多动障碍（DAT）对神经多样性患者脑活动的影响提供更准确的数据。尽管脑电图（EEG）是一种研究脑活动的非侵入性且广泛应用的方法，但其在监测替代疗法中的应用仍不一致，影响了所获得数据的可靠性和有效性16。
替代疗法（如DAT）为研究人员提供了通过分析脑电图（EEG）等脑信号，结合数学方法和人工智能工具，评估各种干预措施的有效性和效率的机会。
因此，本研究描述了一项拟议的测试方案，旨在评估在墨西哥针对被诊断患有神经发育障碍儿童的治疗效果，该方案结合了海豚辅助治疗（DAT）。该方案由Delfiniti México（专注于人与海豚互动的机构）合作精心制定，不仅关注游泳活动，还注重海豚介导的治疗干预。

<table><tbody><tr><td>电荷转换器</td><td>Hottinger Br&amp;uuml;el &amp;amp; Kj&amp;aelig;r</td><td></td><td>灵敏度 2647A 0.001 V/pC&lt;br/&gt; 采样频率 512 sps</td></tr><tr><td>水听器</td><td>Hottinger Br&amp;uuml;el &amp;amp; Kj&amp;aelig;r</td><td>8103</td><td>采样率 96000 sps&lt;br/&gt; 灵敏度 8103 25.41e-6 V/Pa</td></tr><tr><td>Windows11 笔记本电脑</td><td>Machenike</td><td>Machenike T58-V</td><td>CPU：i7-10870H (2.2GHz-5GHz/ 8核)&lt;br/&gt; GPU：NVIDIA Geforce RTX3060 笔记本电脑 GPU 双通道，最高支持 32G&lt;br/&gt; 存储：M.2 PCIE. 2.5&quot; HDD&lt;br/&gt; 屏幕：144Hz 15.6 英寸 FHD</td></tr><tr><td>ThinkGear ASIC 模块 1&amp;nbsp;</td><td>NeuroSky</td><td>TGAM1</td><td>蓝牙 V3.0</td></tr><tr><td>网络摄像头</td><td>Logitech</td><td>&amp;nbsp;C920</td><td>采样频率 18 sps</td></tr></tbody></table>

面向神经多样性人群的脑电图信号采集框架：以海豚辅助治疗为例

Electroencephalographic Signal Acquisition Framework for Neurodiverse: A Case Study of Dolphin-Assisted Therapy

本方案详细说明了在神经多样性儿童参与海豚辅助治疗（DAT）之前、期间和之后，获取和记录脑电图（EEG）信号的关键步骤。其主要目标是提供一致且可靠的数据，以便准确评估治疗过程中各个阶段的大脑活动情况。该方案建立了清晰的框架，用于比较所获得的EEG信号，确保每次记录均符合有效分析与解释所需的标准。为此，采用了一种综合方法，结合电子工具和数学方法（如功率谱分析），以识别干预过程中儿童大脑活动的变化。此外，该方案确保了研究结果的可重复性，有利于相关治疗研究的科学有效性与一致性。通过标准化数据采集，本方案旨在优化治疗效果，并为比较不同研究中DAT对儿童神经多样性影响提供坚实基础。同时，它还为未来研究提供了可靠的系统，有助于客观解读治疗效应并改进干预措施。

本研究描述了通过集成开发环境（IDE）中的模拟用户界面获取和分析脑电图（EEG）信号的过程，并结合应用标准化的数据采集方法。该方法提供了一个参考框架，有助于不同研究之间的结果比较，并确保实验的可重复性，使其他研究人员能够在不同情境下重复实验步骤并获得一致的结果。
图7 展示了集成开发环境（IDE）的概览。加载后，系统会显示计算机上可用的资源，并指明可连接的网络摄像头数量。
本研究仅针对脑电图时间序列进行，但在对患者开展实验时，该界面可接收全部四种信号。IDE 提供的部分测试结果如图所示（图13），包括原始脑电图信号（单位：µV）（图13A）、通过FFT周期...

本文介绍了一种在神经多样性儿童参与海豚辅助治疗（DAT）前后及期间，采集和记录脑电图（EEG）信号的实验方案。

本方案详细说明了在神经多样性儿童中采集和记录脑电图（EEG）信号的关键步骤，包括干预前、干预期间及干预后的全过程。

本研究通过评估神经多样性儿童在接受海豚辅助治疗期间的脑电图（EEG）信号，以分析其脑活动变化，旨在建立标准化数据，用于评估治疗效果并促进相关研究的可重复性。目前使用的技术包括用于监测脑电活动的EEG系统、确保数据一致性的标准化操作流程，以及用于评估神经多样性儿童治疗效果的海豚辅助治疗框架。然而，当前针对神经多样性儿童的海豚辅助治疗中，数据记录尚缺乏标准化，导致难以在不同治疗阶段及不同研究之间进行客观的结果评估与比较。这些结果引发了关于持续时间、互动类型或神经多样性诊断等变量如何影响治疗效果，以及环境背景是否会影响治疗有效性的疑问。除了在海豚辅助治疗中进行脑电图分析外，我们还旨在探索长期的神经行为学结局、优化治疗方案，并整合多模态生物标志物（例如可穿戴设备），以评估对神经多样性儿童更广泛的治疗影响。首先，应向参与者家属说明脑电图数据采集的目的、涉及的操作流程，以及可能带来的益处和风险。在每次治疗开始前，应在安静、无干扰的环境中设置好脑电图设备。确保所有设备正常运行，并备有备用零件。以友好且无威胁的方式向儿童介绍脑电图采集设备。使用玩具、图片或熟悉的安抚物品，使儿童感到舒适。根据儿童的偏好和舒适度，让其舒适地坐在椅子上或垫子上。使用儿童尺寸的绑带，轻柔而小心地将脑电图采集和记录传感器放置在儿童头部的FP1位置。根据需要进行调整，以确保贴合稳固但舒适，并且电极连接正确。启动脑电（EEG）信号采集的集成开发环境并加载系统。打开专为EEG信号处理设计的集成开发环境。进入系统配置窗口，选择用于采样的EEG设备，并将水听器参数设置为5 kHz。保存配置以确保各会话之间的一致性。使用患者信息窗口输入患者的详细信息，包括姓名、诊断结果、实验持续时间（分钟）以及数据采集在海豚辅助治疗过程中的具体情境。单击“采集样本”按钮以开始数据采集。采集一分钟参考脑电图测量数据，以建立治疗前后信号比较的对照基线。数据采集过程完成后，确认出现完成提示信息，并确保已创建包含摄像头图像以及脑电图和水听器结果文本文件的文件夹。立即将获取和记录的脑电图信号数据备份至安全存储设备，并进行初步分析以验证数据质量。确认电极与头皮接触良好，必要时擦拭前额。确保装有脑电图信号采集和记录设备的帽具正确佩戴在儿童头部。在儿童与海豚互动之前，持续不间断地监测脑电图信号的采集和记录过程，持续时间为一分钟。确保设备佩戴妥当，且儿童处于放松状态。在工作人员的监督下，协助儿童进入海豚馆水池。确保儿童感到舒适，并确认脑电图设备具有防水功能且已牢固固定。在儿童与海豚互动期间，持续不间断地监测脑电图信号的采集和记录过程，时长为五分钟。确保设备佩戴合适，并保持儿童处于放松状态。立即将新采集和记录的脑电图信号数据备份至安全的存储设备中。帮助儿童从治疗区域转移到舒适且干燥的空间。儿童出水后，立即采集并记录一分钟的脑电图（EEG）数据，然后小心地将传感器从儿童头部取下。采集完成后，在集成开发环境中进入数据分析窗口，并访问用户界面中的分析部分。选择实验过程中采集的脑电图（EEG）信号进行处理。应用适用公式中定义的计算流程对信号进行处理，以查看数据。该实验在对照组和干预组的儿童患者中均进行了实施。数据在海豚辅助治疗前、治疗期间及治疗后获得。干预患者在治疗过程中的脑电活动与基线期及治疗后阶段相比，在较高频段（尤其是β和γ频段）显示出显著增强。将患者脑电图信号按频率域划分为六个基本脑电节律，并结合0.5至60赫兹的整体效应进行分析，结果显示治疗期间脑电活动增加。

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神经科学

Neurodiverse 的脑电图信号采集框架：Dolphin 辅助治疗的案例研究

我们介绍一种从接受有创癫痫监测的患者中采集皮层脑电图信号以用于研究目的的方法。我们展示了如何使用BCI2000软件平台进行数据采集、信号处理和刺激呈现。具体而言，我们演示了SIGFRIED——一种基于BCI2000的实时功能性脑图谱绘制工具。...

记录人类颅内脑电图（ECoG）信号用于神经科学研究与实时功能性皮层定位

开发用于恢复和康复双足行走的有效脑机接口（BMI）系统，需要准确解码用户的意图。本文介绍了一种新颖的实验方案和数据采集技术，可在多种行走任务和条件下，同步无创地获取神经活动、肌肉活动以及全身运动学数据。...

同步头皮脑电图（EEG）、肌电图（EMG）与全身分段惯性记录用于多模态神经解码

脑电图μ节律的评估为研究大脑活动提供了一种独特的方法，当其与基于行为的检测相结合时，可成为阐明临床人群中社会认知（如模仿）特征的有力工具。...

典型与非典型发育中的脑电μ节律

本实验方案旨在通过同步记录局部场电位和非侵入性脑皮层活动（EEG），评估基底神经节的认知-情绪功能。本方案以包含具有情绪色彩言语刺激的实验范式或涉及认知控制的Flanker任务为例进行说明。...

联合侵入性皮层下与非侵入性头皮神经生理记录评估人类认知与情绪功能

本文提供了在小鼠中低成本构建和外科植入慢性经颅高密度脑电图蒙太奇的详细说明，同时描述了信号记录、提取和处理技术。...

使用低成本开源资源在啮齿类动物模型中进行高密度脑电图采集

电生理学研究是识别包括自闭症谱系障碍（ASD）在内的发育障碍生物标志物的重要工具，但在这些人群中收集数据仍然具有挑战性。本研究提出了一种适应性训练方案，可配合包含脑电图（EEG）的研究使用，以提高从ASD儿童中成功采集EEG数据的可能性。...

一种适应性方案促进自闭症谱系障碍儿童参与脑电生理学研究

我们设计了一种非侵入性、可变形且可重复使用的干式16通道脑电图（EEG）传感器。本文详细描述了从制造所提出的干式非侵入性多通道EEG电极，到在小鼠头皮上采集视觉诱发电位（VEP）信号并进行信号处理的完整过程。...

使用干式无创多通道头皮脑电传感器在小鼠中记录视觉诱发电位

脑干诱发电位测听是临床神经生理学中的重要工具。如今，脑干诱发电位测听也广泛应用于基础科学研究和涉及药理学及遗传学动物模型的临床前研究中。本文详细描述了如何在小鼠中成功记录和分析听觉脑干反应。...

小鼠脑干诱发电位听觉测试中的数据采集与分析

本文介绍的方案提供了关于实时同步进行脑电图（EEG）和行为学评估的信息。我们详细阐述了该方案所涉及的全部步骤，为神经科学多个领域的研究人员，特别是学习与记忆领域的研究者，提供了一种具有吸引力的解决方案。...

同步监测无线电生理信号与记忆行为学测试作为研究海马神经发生的一种工具

本方案展示了一种家庭多模态数据采集平台的原型，该平台支持针对神经系统运动障碍患者优化自适应深部脑刺激（aDBS）的研究。我们还展示了将该平台部署于一名帕金森病患者家中超过一年所获得的关键研究结果。...

将诊所带回家：一种支持自适应深部脑刺激的家庭多模态数据采集生态系统

在虚拟现实环境中，运动想象在脑机接口系统中具有广泛的应用。本文阐述了使用个性化的数字化身，这些化身在虚拟现实环境中模拟参与者所想象执行的动作，以增强沉浸感和身体所有权感知。...

基于虚拟现实脑机接口环境中具身化数字孪生的运动想象表现

了解神经多样性儿童在海豚辅助疗法中的脑电图信号采集方法。该标准化协议通过实时监测脑电活动变化，评估治疗效果，为神经发育研究提供可重复的数据分析框架。

面向神经多样性人群的脑电图信号采集框架：以海豚辅助治疗为例

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