皮電(最經(jīng)典的解釋)

皮電概述什么是皮電？人體的皮膚電阻、電導(dǎo)隨皮膚汗腺機(jī)能變化而改變，這些可測量的皮膚電改變稱之為皮電活動(dòng)（EDA)。心理生理學(xué)家對研究心理上引起的汗腺活動(dòng)進(jìn)行測量，來研究與之相關(guān)的心理活動(dòng)。情緒緊張、恐懼或者焦慮情況下汗腺分泌增加，皮膚表面汗液增多，引起導(dǎo)電性增加而致皮電升高。皮電研究的意義皮電反應(yīng)系統(tǒng)就與情緒、喚醒和注意力等密切聯(lián)系。EDA測量指標(biāo)之所以應(yīng)用各種研究論題，很大程度上在于這種測量相對容易，且能夠與心理狀態(tài)和心理過程敏感性結(jié)合起來研究。皮電活動(dòng)（EDA/SC）是生理學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的測量指標(biāo)類型。皮電的測量EDA信號是將一對電極放置在皮膚表面，通過測量經(jīng)過該表面的微小電流而獲得。手掌和足底表面的小汗腺被認(rèn)為更多的是與控制行為相關(guān)（Edelberg）。小汗腺對于心理刺激比熱刺激的反應(yīng)更加明顯。小汗腺與心理干擾導(dǎo)致的出汗有關(guān)，手掌和足底的腺體密度大，心理出汗在這些部位最明顯。皮膚電反應(yīng)基礎(chǔ)水平的個(gè)體差異明顯，可分為高、中、低不同水平。皮膚電反應(yīng)基礎(chǔ)水平與個(gè)性特征相關(guān):基礎(chǔ)水平越高者，越內(nèi)向、緊張、焦慮不安、情緒不穩(wěn)定、反應(yīng)過份敏感;而基礎(chǔ)水平低者，越開朗、外向，心態(tài)比較平衡，自信、心理適應(yīng)較好。以下三個(gè)因素可以影響皮膚電反應(yīng)基礎(chǔ)水平:

(l)覺醒水平:在正常溫度范圍內(nèi)，手掌和腳掌特別能反映喚醒水平，因此，這兩個(gè)區(qū)域是測量皮膚電反應(yīng)的適宜部位。而且皮膚電水平在早晨較低，到中午達(dá)到頂點(diǎn)，而在晚上又降低，其變化似乎對應(yīng)于一天內(nèi)工作效率的變化。(2)溫度:身體皮膚主要反映身體的溫度調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)氣溫很高，身體需要散熱時(shí)，皮膚因出汗，電水平就會(huì)高;當(dāng)氣溫較低，身體需要保存熱量時(shí)，皮膚電水平就低。人的手掌和腳掌也參與溫度調(diào)節(jié)，但主要是在極端的氣溫情況下才參與。(3)活動(dòng):當(dāng)被試正準(zhǔn)備某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，皮膚電水平就會(huì)逐漸上升;開始從事某一活動(dòng)時(shí)，皮膚電水平將相應(yīng)地升高到一個(gè)較高水平;而在休息時(shí)，皮膚電水平降低。如果長時(shí)間從事難度不大的某項(xiàng)工作，皮膚電水平會(huì)緩慢的下降，但對難度較大的工作，這種變化就不明顯。采集過程：采集皮膚電反應(yīng)信號的接線圖如圖2一4所示，圖中采用了TSD203指頭電極，然后測量其皮膚電水平。在采集GSR前，必須在指頭電極的凹槽內(nèi)注入導(dǎo)電膏，才可以采集到皮膚電活動(dòng)。數(shù)據(jù)整理：GSR的有用信號頻率范圍主要集中在0.2Hz以下，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，將采集過程中的采樣頻率設(shè)為2OHz。在后期整理數(shù)據(jù)中，為了得到有效的數(shù)據(jù)，Picard等采用演員表達(dá)情感時(shí)，截取中間的100S生理信號進(jìn)行處理研究kimi等則采用了情緒刺激過程中最后50S的生理信號。而本研究將被試的情感主觀報(bào)告表和主試在信號上的標(biāo)記相結(jié)合進(jìn)行分析。根據(jù)情感主觀報(bào)告表，去掉某些被試無效的GSR信號(沒有激發(fā)出相應(yīng)情感或者激發(fā)的相應(yīng)情感強(qiáng)度比較弱);根據(jù)主試在信號上的標(biāo)記，從有效的數(shù)據(jù)中截取80S用于后續(xù)研究數(shù)據(jù)歸一化：皮膚電反應(yīng)基礎(chǔ)水平個(gè)體差異很大，不同的人的皮膚電水平各不相同，甚至同一個(gè)人在不同時(shí)間、不同環(huán)境下都會(huì)有所不同。為了研究不同的人皮膚電水平與情感之間的關(guān)系，需要去除每個(gè)被試GSR信號的基礎(chǔ)水平差異，也就是個(gè)體差異性，才能研究出皮膚電反應(yīng)的某些內(nèi)在特征隨著情感不同產(chǎn)生的變化。具體的操作就是將某個(gè)被試在六種情感狀態(tài)下的數(shù)據(jù)分別與他對應(yīng)的平靜狀態(tài)下的數(shù)據(jù)均值相減，得到的數(shù)據(jù)便去除了個(gè)體差異，也就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化。其它心理信號的拓展：2010年IEEE推出了情感計(jì)算?？禝EEETransaetionsonA

ffectiveComputins))，刊登了情感計(jì)算方面最新的成果:PanagiotisC.Petrantonakis等人用腦電信號進(jìn)行情感識別，針對16個(gè)人的六種情感(快樂、驚奇、憤怒、恐懼、厭惡和悲傷)進(jìn)行識別，所得辨識率高達(dá)85.17%l9]。Dongruiwu等人將支持向量機(jī)應(yīng)用于對皮膚電導(dǎo)、呼吸、心電和腦電等信號的識別，并以此來建立了一個(gè)閉環(huán)情感系統(tǒng)[‘o]。

Bj6mschulle:等人通過語音來識別情感。MilanGnjatovi亡等人建立了一個(gè)用于人機(jī)交互的語音情感庫[12]。chUng一Hsienwu等人采用聲韻律信息和語義標(biāo)簽進(jìn)行情感識別，識別率可以達(dá)到83.55%[‘3]。

RezaRDerakhsh麗等人通過對眨眼的測量來識別驚恐情緒，識別率接近79%[l4】。EDA應(yīng)用EDA的處理降采樣人體GSR信號的有效頻段在0.2Hz以下；在信號不失真情況下，提升運(yùn)行速度，采樣頻率降到為20Hz，10Hz。降噪GSR的有效頻率范圍為0.02Hz~0.2Hz，機(jī)器噪聲和其他生理信號有效頻段遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.2Hz，采用低通濾波器或平滑濾波。GSR信號數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化不同個(gè)體的皮膚電基準(zhǔn)差異很大，并且同一個(gè)體在不同的時(shí)間不同的狀態(tài)下皮膚點(diǎn)基準(zhǔn)差異也有很大的差異，要準(zhǔn)確研究皮膚電信號與情感之間的關(guān)聯(lián)，就必須去除個(gè)體差異，這樣研究出的GSR信號模型才可以認(rèn)可推廣使用，Xo=Xemotion-XcalmXemotion是將被試降噪后的原始數(shù)據(jù)，Xcalm平靜狀態(tài)下得到的降噪后的均值信號的獲取與傳感器的使用描述如下:(1)血容量脈搏(Pulse)和心率信號(HR):使用一個(gè)光電電極夾在被試的左手大拇指上，如圖2一2所示。(2)心電信號(ECG):用正、負(fù)電極和參考電極分別貼在被試的左手腕、右手腕和右腳跺上，如圖2一3所示。(3)皮膚電導(dǎo)信號(GSR):將導(dǎo)電膏注入傳感器的電極觸片，然后將傳感器的兩個(gè)電極分別縛于左手食指和中指上，如圖2一4所示。(4)呼吸信號(RSP):使用一個(gè)帶傳感器的松緊帶綁在被試的胸腔部位，如圖2一5所示。(5)面部顴肌的肌電(EMG):使用三個(gè)電極測試，其中正負(fù)兩極貼于同一左側(cè)臉的顴肌上，參考電極貼于右臉肌肉的顴肌上。各信號的采樣頻率開始為IkHz，但數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量會(huì)達(dá)到數(shù)百兆。為了縮小存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量，同時(shí)不損失信號的重要信息，我們根據(jù)生理信號的特點(diǎn)進(jìn)行了下采樣:GSR和HR的下采樣頻率為20Hz;Pulse和ECG的下采樣頻率為200Hz;RSP下采樣頻率為100Hz;EMG不需要進(jìn)行下采樣。此外在原有采集系統(tǒng)設(shè)置50Hz工頻濾波器，除EMG信號外的其它生理信號都進(jìn)行了35Hz低頻濾波。常用指標(biāo)皮膚電導(dǎo)（SC）：簡稱皮電。在表皮上用一個(gè)恒定電壓，可以測出皮膚電導(dǎo)的大小，單位是微歐姆（micromho），由于它是用一個(gè)外加電壓來測量皮膚電導(dǎo)的，所以叫外源性測（exosomatic）。皮電活動(dòng)（ElectrodermalAcitivity）：用于描述皮膚的導(dǎo)電性的變化。皮膚電導(dǎo)水平（SCL）：簡稱皮電水平。是跨越皮膚兩點(diǎn)的皮膚電導(dǎo)的絕對值，也可稱作“基礎(chǔ)皮膚電傳導(dǎo)”（basal