结合计算机游戏型行为实验与高密度脑电图及红外眼动追踪

本视频演示了一种在受试者执行嵌入于电脑游戏中的引人入胜且生态效度高的认知任务时，同步获取眼动追踪和高密度脑电图（EEG）记录的操作流程。首先，将电极固定在受试者头部。随后，对眼动追踪摄像头进行校准。

受试者在进行游戏的同时记录脑电图（EEG）和注视数据。通过游戏事件诱发出事件相关电位和事件相关谱扰动。该技术相较于现有方法（例如ePrime或Presentation等刺激呈现软件）的主要优势在于，将实验嵌入计算机游戏中，能够通过脱离明确的测试情境来缓解受试者的操作焦虑，并有助于受试者在整个较长的实验过程中保持积极性和任务参与度。

涵盖多种认知任务。这些特性对于儿童和临床人群尤为重要，因为在这些人群中，注意力和动机可能成为复杂或长时间实验过程中的障碍。我叫Keith Yoder，是博蒙特实验室的研究助理。

今天协助我的是大卫·波斯特（David Post），他是人类发展系的一名实验室技术员，同时也是UAUA的研究生。我们将使用一个128通道的Bios系统，一种半主动双测量系统，以及SR Research公司生产的iLink 1000型红外眼动追踪仪。在开始结合电脑游戏与脑电图（EEG）的实验之前，应在被试到达前约一小时对电极进行平衡，以确保各电极的偏移量处于±20微伏（µV）的范围内。对于脑电图实验，可通过将电极浸入盐水中5到10分钟来实现电极平衡，盐水的配制比例为每升蒸馏水中加入一茶匙食盐。

切勿将电极在任何液体中浸泡超过10分钟。从盐浴中取出电极后，在受试者到达前，使用装有蒸馏水的喷雾瓶冲洗电极。打开眼动追踪相机的转换盒及计算机，以实现眼动追踪与脑电图（EEG）的同步记录；务必在眼动追踪相机上使用16毫米长的镜头。

该系统使用四台计算机，分别为一台专用的眼动追踪计算机、一台专用的脑电（EEG）采集计算机、一台专用的刺激呈现计算机，以及一台用于视频采集和数据分析的计算机。另配备两个转换器盒，用于处理眼动追踪计算机和刺激呈现计算机的VGA输出信号，并将拼接后的视频信号发送至视频采集计算机。

通过这种方式，视频采集计算机可以记录受试者所看到的游戏画面，画面上叠加有代表当前注视点的光标以及时间戳。该叠加视频将被保存至视频采集计算机的磁盘文件中。接下来，让我们查看脑电图（EEG）的设置。

通过测量受试者眉毛至枕外隆突处的头围，开始准备脑电图（EEG）实验，并选择合适尺寸的电极帽。将电极帽戴在受试者头部，确保标签位于帽外，并贴于受试者颈部。

调整帽的位置，直到A1电极相对于鼻根、枕外隆突和左右耳廓处于中心位置，且帽的中线与受试者头部的中线对齐。鼻根是指鼻梁与眉间之间的凹陷处。枕外隆突是头后部中线上可触及的骨性突起，耳廓是指耳道开口前方延伸的软骨部分。

当帽盖就位后，将粘合环贴到电极的塑料外壳上，即 ex five 和 ex six。将环的开口与电极 pellet 对齐。

取下粘附环的纸制背衬，并在电极接触处涂抹导电凝胶。将EX六电极置于受试者右侧乳突，EX五电极置于受试者左侧乳突。使用钝头注射器将导电凝胶注入帽内每个电极 holder 中。

轻轻晃动注射器尖端以分开受试者的头发。然后像装饰蛋糕一样，同时下压活塞并将其从头部拉开。填充至凝胶与塑料外壳顶部齐平为止。

务必注意不要过度填充。凝胶量宁可不足，也不要过多，因为过量的凝胶可能在电极位点之间渗出，导致电极桥接。一旦电极发生桥接，将无法补救。

但要取下帽套时，需让受试者先清洗并擦干头发，然后重新开始操作：将电极导线的插头挂在肩上，传感器端握在一只手中，轻轻将每个电极放入电极帽中对应的插槽内。操作时仅可触碰电极的塑料外壳，务必小心避免压折导线。切勿触碰电极尖端，这一点至关重要。

与皮肤、衣物或除导电凝胶以外的任何材料接触都会降低电极的质量。在X一至X四处放置导电凝胶，并使用粘附环将其固定在受试者面部。将X一和X二分别置于受试者左右外眼角水平方向约一厘米处。

将电极 X3 和 DX4 置于受试者左右眼下方约一厘米处的颧骨上。轻柔地将电极导线收集到受试者头部后方，并将 C-M-S-D-R-L 导线松散地缠绕在其他导线周围。为形成马尾状，使用魔术贴绑带在马尾的顶部和底部固定导线，并用医用胶带将马尾状导线固定在受试者衬衫背面。

务必确保这些导联留有足够的余量，以便受试者的颈部能够舒适地向前屈曲。现在通过向每个电极涂抹氯化钾溶液来准备皮肤电反应（GSR）电极。使用医用胶带将GSR电极固定在受试者非优势手的第二和第三手指上，或固定在实验过程中不会被使用的任意一只手的手指上。

为了在所有电极就位的情况下记录行为反应，让受试者坐在一个不可后仰的固定椅子上。在刺激呈现显示器前方，将所有电极插入转换盒，并检查脑电采集计算机，确保各电极的偏移量在正负40微伏范围内。如果某个电极偏移量过大或信号噪声严重，应轻轻将其从帽套上取下。

向电极套管中加入更多凝胶并更换电极。如果某个电极持续存在问题，或某个电极受到脉冲伪迹污染，则应利用周围电极对该通道信号进行插值处理。记录结束后，通过在受试者眼睛内侧、眉弓上方粘贴一个目标贴纸，设置视线追踪系统。

在刺激呈现计算机上启动弹出式校准应用程序。开始一个新会话，并将类型下拉菜单更改为 CMD。输入相应命令后，按下发送按钮，以开启来自弹出式校准应用程序启动相机设置的事件记录。

调整摄像头位置，使目标贴纸和受试者的 I 居中，以实现自动阈值。在刺激呈现计算机的键盘上按下 A 键。通过旋转摄像头镜头来调节焦距，直到需要追踪的 I 清晰为止。

通过在刺激呈现计算机的键盘上按下 C 键，开始对受试者进行眼动追踪系统的校准。屏幕上将随机出现九个不同位置的圆点。受试者应在圆点出现时注视该点，而不是预判下一个圆点可能出现的位置。

为了验证校准效果，请按 V 键。点将再次以随机顺序出现。如果校准准确，受试者的视线将准确映射到每个验证点上。

如果校准失败，请确保瞳孔和角膜反射的阈值设置适当。可在屏幕左上角的岛屿主机计算机的相机设置界面中调整瞳孔和角膜阈值，点击瞳孔和角膜的上下箭头可分别增加或降低相应阈值。通过点击500赫兹按钮，确保采样率设置为500 Hz。

在刺激呈现计算机上将弹出式校准应用程序最小化，然后通过右键单击任务栏中的 iLink 图标并选择“Start recording”来开始记录眼动数据。在视频采集计算机上使用 Black Magic Media Express 软件开始视频录制。随后，通过单击暂停按钮在脑电采集计算机上开始脑电记录。

现在进行刺激呈现时，计算机会启动一个名为 Polus 的游戏，该游戏为确保生态效度而专门设计，在不牺牲实验控制的前提下实现自然情境模拟。在游戏中，受试者必须救援一艘正在遭受攻击的货船。通过引入虫洞实现一个“go/no-go”任务：虫洞中会随机出现友方角色（帮助玩家）或敌方角色（伤害玩家）。此外，在另一款游戏中，受试者还需通过操控飞船穿越漂移的星域，完成点运动相干性任务。

受试者必须使用雷达屏幕，在经过修改的波斯纳任务中收集小行星，小行星可能出现的四个扇区以不同的基本频率闪烁。通过分析脑电图（EEG）频谱成分的变化，可根据标记每个扇区的频率振幅来评估注意力水平。另一项游戏要求受试者通过识别面部所表达的情绪，协助达成银河系条约。

五个面孔中的每一个都必须放置在游戏板上的空位上，以形成一行或一列三个表达相同情绪的面孔。第四个游戏实现了心理理论的莎莉-安妮测试。观看船长莎莉将她的货物放置在四个星球中的一个上。

角色安妮由一名太空海盗扮演，该海盗将货物运送到另一个星球。最后，一名舰队司令同时观察船长和海盗的行动，并将有关海盗行为的信息传递给船长。玩家必须据此为船长和海盗分别规划拦截航线，推断双方将前往何处寻找货物，从而在多个实验条件下实现一级和二级心理理论的对比。

人机交互领域的最新研究结果表明，游戏情境能够有效建立并维持个体在任务中的动机，而这些任务若脱离游戏背景则可能显得缺乏吸引力。在单次实验过程中，受试者可以完成大量重复的认知任务，而不会感到疲劳。这一点尤为重要，因为为了获得足够的脑电图（EEG）平均试次数，受试者需要为每种刺激条件积累约一百次有效试验。对于听觉刺激，请将刺激呈现计算机上的无源扬声器更换为有源扬声器。

然后插入并打开放大器电源，将音量调至60级。当受试者完成游戏后，需达到80分贝声压级的最大声音水平，此步骤必不可少。

通过按下图形界面中的停止按钮，退出游戏并停止数据记录。在每个用于视频采集、眼动追踪和脑电图（EEG）采集的计算机上，关闭 EEG 转换盒，并断开与该盒连接的所有导联。

取下粘性环并将其放入温热的蒸馏水中。使用装有蒸馏水的喷雾瓶清除电极上残留的凝胶，并用温自来水和肥皂清洗电极帽上的凝胶。接下来，我们将展示一些典型的脑电图（EEG）结果。

这是一张从前额中线电极Fz获得的与事件相关的谱扰动图。在此游戏中，“出现敌方”对应于敌方飞船的出现或“go”条件，而“出现友方”则对应于在“no-go”条件下友方飞船的出现。通常情况下，典型发育儿童表现出的伽马频段脑电图功率显著高于自闭症谱系障碍儿童。

进行此操作时，应注意避免触碰电极触点、压损导线或使用过多凝胶。