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學(xué)術(shù)研究

心理學(xué)腦電研究方法探討

 日期:2021-03-18   來源:中國社會(huì)科學(xué)網(wǎng)

  近年來,腦電技術(shù)因其所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究中,保障了心理學(xué)研究的科學(xué)性和客觀性。與此同時(shí),腦電研究的可重復(fù)性受到了越來越多研究者的關(guān)注,腦電實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和可驗(yàn)證性面臨諸多挑戰(zhàn)。

  對(duì)同一問題的研究結(jié)果不一致或先前的研究結(jié)果得不到重復(fù)等是腦電研究可重復(fù)性危機(jī)的主要表現(xiàn)。已有研究表明,研究自由度可能是腦電研究可重復(fù)性危機(jī)產(chǎn)生的重要原因之一。研究自由度是指研究者在開展腦電研究時(shí),可以根據(jù)實(shí)際需要采用多種方法對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行自由處理,從而獲得研究者想要的統(tǒng)計(jì)上具有顯著差異的結(jié)果或效應(yīng)。然而,這個(gè)結(jié)果或效應(yīng)可能是假的,從而導(dǎo)致基于這個(gè)結(jié)果得到的結(jié)論是錯(cuò)誤的,無法在后續(xù)研究中進(jìn)行重復(fù)。

  對(duì)心理學(xué)腦電研究的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理,規(guī)范研究自由度,有助于規(guī)避假陽性結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn),增強(qiáng)心理學(xué)腦電研究的可重復(fù)性。腦電研究主要包括以下六個(gè)環(huán)節(jié)。

  開始前準(zhǔn)備。準(zhǔn)備符合研究需要的被試登記冊(cè)。被試登記冊(cè)主要用于記錄被試的人口學(xué)基本信息(如年齡、性別等)、納入或剔除標(biāo)準(zhǔn)、研究中使用的量表或問卷等自我報(bào)告內(nèi)容、腦電研究進(jìn)行中的各項(xiàng)事宜或突發(fā)情況以及其他可能影響研究結(jié)果的信息等,便于研究者在研究結(jié)束后通過被試登記冊(cè)全面準(zhǔn)確地評(píng)估被試的表現(xiàn)。

  進(jìn)行先驗(yàn)檢驗(yàn),根據(jù)統(tǒng)計(jì)效力和效應(yīng)量確定樣本量、試次數(shù)量、腦電測(cè)量指標(biāo)等。腦電研究中的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)力會(huì)受到效應(yīng)量、被試數(shù)量、實(shí)驗(yàn)試次、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、不同條件之間的差異量、腦電的時(shí)域(如平均波幅、峰值或潛伏期等)、頻域特征(如能量)等因素以及因素之間的交互影響,需要在研究前明確,而不是研究后來選擇。

  預(yù)注冊(cè)研究方案。在研究開始前對(duì)研究方案進(jìn)行預(yù)注冊(cè),通過預(yù)注冊(cè)平臺(tái)(如OSF等)公開腦電研究中即將使用的研究方法、研究假設(shè)、數(shù)據(jù)處理方案、統(tǒng)計(jì)分析方法等,避免后期因發(fā)表偏向等各種原因而修改初始的研究?jī)?nèi)容。

  數(shù)據(jù)收集。收集到“干凈”的腦電數(shù)據(jù)十分重要,干凈即為高質(zhì)量、受干擾較少(甚至無干擾)的數(shù)據(jù)。我們可以通過以下方法保證腦電數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

  嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。通常來說,實(shí)驗(yàn)者往往會(huì)控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的純凈和穩(wěn)定,然而,實(shí)驗(yàn)室的照明條件、室溫等無關(guān)因素仍會(huì)或多或少影響被試的狀態(tài)。因此,在研究進(jìn)行時(shí)要嚴(yán)格控制這些無關(guān)因素,避免其對(duì)被試造成影響,從而影響原始數(shù)據(jù)質(zhì)量。

  準(zhǔn)確評(píng)估被試的狀態(tài)。研究進(jìn)行時(shí),被試的情緒狀態(tài)、環(huán)境適應(yīng)等因素也會(huì)影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此,要使用科學(xué)的方法或工具對(duì)被試狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估,并在被試登記冊(cè)上做好記錄。

  使用高精度的設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的流程采集腦電數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的精度以及數(shù)據(jù)采集流程的規(guī)范會(huì)影響腦電數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此,研究者在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)要使用專業(yè)、高精度的設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化的數(shù)據(jù)收集流程。

  詳細(xì)記錄腦電數(shù)據(jù)收集的細(xì)節(jié)。數(shù)據(jù)收集的細(xì)節(jié)會(huì)影響腦電數(shù)據(jù)的質(zhì)量,在收集數(shù)據(jù)時(shí),研究者要盡可能多地記錄數(shù)據(jù)收集的細(xì)節(jié)。比如,儀器設(shè)備或系統(tǒng)的名稱和型號(hào)、導(dǎo)聯(lián)方式、電極點(diǎn)數(shù)量、收集方式、采樣率、收集時(shí)濾波器的類型、濾波方式和參數(shù)設(shè)置、電極點(diǎn)和頭皮之間的阻抗值以及是否達(dá)到可接受的電極阻抗值范圍、在線參考電極的名稱和接地電極的位置等。

  替代研究過程中腦電數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的樣本。個(gè)體差異性(如被試配合度等)以及一些突發(fā)情況導(dǎo)致腦電數(shù)據(jù)記錄不完整或整體質(zhì)量較差時(shí),就需要排除相應(yīng)的樣本。同時(shí),為了保證結(jié)果的穩(wěn)定性和樣本總數(shù)的有效性,研究者需要招募新被試并收集符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以替代原有腦電數(shù)據(jù)質(zhì)量不好的樣本。

  數(shù)據(jù)處理。嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)的納入和剔除標(biāo)準(zhǔn)選取腦電數(shù)據(jù)樣本。已有研究發(fā)現(xiàn),排除試次的比率可以作為判別腦電數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。排除試次的比率=排除試次的總數(shù)÷總試次數(shù)×100%。有學(xué)者在數(shù)據(jù)處理時(shí)為保證腦電結(jié)果的可靠性,就將排除試次比率≥25%的數(shù)據(jù)樣本剔除。

  避免有偏向地選取或剔除腦電數(shù)據(jù)樣本。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),研究者不能根據(jù)最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果或數(shù)據(jù)顯著趨勢(shì)來選擇符合研究假設(shè)或預(yù)期結(jié)果的數(shù)據(jù)樣本,否則會(huì)提高假陽性結(jié)果出現(xiàn)的概率。

  嚴(yán)格執(zhí)行腦電數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)化流程和環(huán)節(jié)。在進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)處理時(shí),線性運(yùn)算(如重參考、濾波等)和非線性運(yùn)算(如偽跡校正等)會(huì)影響腦電數(shù)據(jù)結(jié)果的穩(wěn)定性。因此,處理腦電數(shù)據(jù)時(shí)需要格外留心以下幾個(gè)環(huán)節(jié)并做好詳盡的記錄。(1)壞導(dǎo)的處理。電極點(diǎn)損壞或阻抗值過高等原因會(huì)導(dǎo)致壞導(dǎo)的出現(xiàn)。在某些特殊被試群體的腦電研究中,由于被試招募和數(shù)據(jù)收集成本較高,若因?yàn)樯贁?shù)壞導(dǎo)的存在就排除整個(gè)腦電數(shù)據(jù)樣本,可能會(huì)影響后續(xù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)。因此,研究者會(huì)采用一定的方法(如插值法等)對(duì)壞導(dǎo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu),從而完成數(shù)據(jù)的替代。這種方法雖然保留了數(shù)據(jù)樣本,但也可能會(huì)改變?cè)瓉淼臄?shù)據(jù)信息。因此,進(jìn)行壞導(dǎo)處理時(shí)一定要詳細(xì)記錄腦電數(shù)據(jù)樣本中壞導(dǎo)的數(shù)量、名稱、位置以及處理的方法等關(guān)鍵信息。(2)離線重參考。在進(jìn)行離線重參考時(shí),選取合適的計(jì)算方式尤為重要,因?yàn)殡x線重參考計(jì)算方式(如總平均、雙側(cè)乳突、單側(cè)乳突、零參考等)的不同會(huì)影響數(shù)據(jù)結(jié)果。(3)濾波。對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的次數(shù)越多或參數(shù)設(shè)置不合理,會(huì)導(dǎo)致腦電數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真。因此,在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)需要選擇合適的濾波器類型、濾波方式、截止頻率和斜率等。(4)偽跡排除。對(duì)試次進(jìn)行偽跡排除會(huì)影響試次的排除比率,從而影響腦電數(shù)據(jù)樣本的選擇和最終的數(shù)據(jù)質(zhì)量,因此要選擇合理的偽跡測(cè)量算法和排偽閾值。(5)偽跡校正。偽跡校正容易造成數(shù)據(jù)失真,因此進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)處理時(shí)要慎用偽跡校正。若研究中使用了偽跡校正,則需要記錄并報(bào)告?zhèn)污E校正的方法(如獨(dú)立成分分析、主成分分析等)、最終納入統(tǒng)計(jì)分析的成分?jǐn)?shù)量等信息。

  統(tǒng)計(jì)分析。選取最符合研究需求的統(tǒng)計(jì)分析方法。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí),分析方法越復(fù)雜,研究者越要提供更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。由于統(tǒng)計(jì)分析中任何微小的變化都可能影響腦電數(shù)據(jù)結(jié)果的穩(wěn)定性和可信度,因此要求研究者從多種方法中選取最能解決科學(xué)問題的方法,并說明選擇的理由。

  避免異常值對(duì)統(tǒng)計(jì)分析的影響。異常值會(huì)對(duì)腦電數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可重復(fù)性產(chǎn)生很大的影響。如方差分析中單個(gè)異常值會(huì)對(duì)整體的均值產(chǎn)生較大的影響,由此導(dǎo)致較大的結(jié)果誤差,進(jìn)而提高假陽性結(jié)果出現(xiàn)的概率。

  避免隱性多重比較問題。進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí),研究者根據(jù)想要得到的結(jié)果或效應(yīng)有偏向地選取數(shù)據(jù)或選取不合適的統(tǒng)計(jì)分析方法,可能會(huì)導(dǎo)致隱性多重比較問題的發(fā)生。如研究者根據(jù)腦電成分的總平均結(jié)果選取在視覺上看起來有顯著差異的時(shí)間窗和電極點(diǎn)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,或決定腦電數(shù)據(jù)樣本的納入或剔除。

  降低總體錯(cuò)誤概率和實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤概率。研究者在腦電研究中進(jìn)行多因素統(tǒng)計(jì)分析(如多因素方差分析等)時(shí)通常需要在時(shí)間、空間、頻段或者電極點(diǎn)上進(jìn)行多次比較,采用這種方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)容易產(chǎn)生總體錯(cuò)誤概率和實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤概率。

  正確解讀方差分析中的p值。統(tǒng)計(jì)分析時(shí),研究者不能單純地以p值是否小于0.05作為判斷數(shù)據(jù)結(jié)果是否科學(xué)和可靠的唯一標(biāo)準(zhǔn)。p值的意義是假定零假設(shè)為真的情況下,出現(xiàn)當(dāng)前結(jié)果及比當(dāng)前結(jié)果更加極端結(jié)果的概率,而不是在單次檢驗(yàn)中拒絕零假設(shè)時(shí)犯錯(cuò)誤的概率。因此,研究者需要選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法或同時(shí)考慮p值外的其他指標(biāo)(如貝葉斯因子等),以確保腦電數(shù)據(jù)結(jié)果的信效度。

  結(jié)果報(bào)告。全面呈現(xiàn)圖表信息。研究者進(jìn)行圖表呈現(xiàn)時(shí),不僅要對(duì)圖表中所使用數(shù)據(jù)的基本屬性(如刻度、單位等)進(jìn)行描述,還要對(duì)判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標(biāo)(如標(biāo)準(zhǔn)誤、置性區(qū)間等)進(jìn)行展現(xiàn)。

  規(guī)范關(guān)鍵指標(biāo)專業(yè)術(shù)語的表述。關(guān)鍵指標(biāo)的專業(yè)術(shù)語使用不規(guī)范會(huì)影響審稿人和讀者等群體對(duì)特定腦電結(jié)果的理解,并在質(zhì)量評(píng)估上產(chǎn)生巨大的歧義和混淆,從而影響腦電研究的可重復(fù)性。如P3和P300一般表示同一個(gè)腦電成分的名稱。

  精確報(bào)告統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。在進(jìn)行結(jié)果報(bào)告時(shí),無論結(jié)果是否達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著意義,研究者都需要準(zhǔn)確、詳細(xì)地對(duì)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行報(bào)告。這有利于審稿人、讀者更好地評(píng)估研究,也能方便后續(xù)研究者做類似研究時(shí)進(jìn)行結(jié)果的重復(fù)和比較。

  公開共享。當(dāng)全部的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果報(bào)告完成后,研究者可以公開和共享研究數(shù)據(jù)。因?yàn)榻柚_放平臺(tái)公開和共享數(shù)據(jù)是推動(dòng)可重復(fù)性的一個(gè)重要途徑。因此,研究者應(yīng)在征得被試同意和符合研究倫理的前提下,盡可能多地借助開放共享平臺(tái)分享自己的實(shí)驗(yàn)任務(wù)、原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析腳本,以便于審稿人、讀者和后續(xù)研究者對(duì)研究進(jìn)行更好的評(píng)估,從而增強(qiáng)研究的科學(xué)性。

  (作者單位:貴州師范大學(xué)心理學(xué)院應(yīng)激與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室;遼寧師范大學(xué)心理學(xué)院;遼寧師范大學(xué)心理學(xué)院)