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、電導隨皮膚汗腺機能變化而改變，這些可測量的皮膚電改變稱之為皮電活動（EDA)。心理生理學家對研究心理上引起的汗腺活動進行測量，來研究與之相關的心理活動。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，引起導電性增加而致皮電升高。皮電研究的意義皮電反應系統(tǒng)就與情緒、喚醒和注意力等密切聯(lián)系。EDA測量指標之所以應用各種研究論題，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合起來研究。皮電活動（EDA/SC）是生理學反應系統(tǒng)中應用最廣泛的測量指標類型。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為更多的是與控制行為相關（Edelberg）。小汗腺對于心理刺激比熱刺激的反應更加明顯。小汗腺與心理干擾導致的出汗有關，手掌和足底的腺體密度大，心理出汗在這些部位最明顯。皮膚電反應基礎水平的個體差異明顯，可分為高、中、低不同水平。皮膚電反應基礎水平與個性特征相關:基礎水平越高者，越內(nèi)向、緊張、焦慮不安、情緒不穩(wěn)定、反應過份敏感;而基礎水平低者，越開朗、外向，心態(tài)比較平衡，自信、心理適應較好。以下三個因素可以影響皮膚電反應基礎水平:

(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，這兩個區(qū)域是測量皮膚電反應的適宜部位。而且皮膚電水平在早晨較低，到中午達到頂點，而在晚上又降低，其變化似乎對應于一天內(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節(jié)機制。當氣溫很高，身體需要散熱時，皮膚因出汗，電水平就會高;當氣溫較低，身體需要保存熱量時，皮膚電水平就低。人的手掌和腳掌也參與溫度調節(jié)，但主要是在極端的氣溫情況下才參與。(3)活動:當被試正準備某項任務時，皮膚電水平就會逐漸上升;開始從事某一活動時，皮膚電水平將相應地升高到一個較高水平;而在休息時，皮膚電水平降低。如果長時間從事難度不大的某項工作，皮膚電水平會緩慢的下降，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)注入導電膏，才可以采集到皮膚電活動。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等采用演員表達情感時，截取中間的100S生理信號進行處理研究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告表和主試在信號上的標記相結合進行分析。根據(jù)情感主觀報告表，去掉某些被試無效的GSR信號(沒有激發(fā)出相應情感或者激發(fā)的相應情感強度比較弱);根據(jù)主試在信號上的標記，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：皮膚電反應基礎水平個體差異很大，不同的人的皮膚電水平各不相同，甚至同一個人在不同時間、不同環(huán)境下都會有所不同。為了研究不同的人皮膚電水平與情感之間的關系，需要去除每個被試GSR信號的基礎水平差異，也就是個體差異性，才能研究出皮膚電反應的某些內(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被試在六種情感狀態(tài)下的數(shù)據(jù)分別與他對應的平靜狀態(tài)下的數(shù)據(jù)均值相減，得到的數(shù)據(jù)便去除了個體差異，也就是對數(shù)據(jù)進行了歸一化。其它心理信號的拓展：2010年IEEE推出了情感計算?？禝EEETransaetionsonA

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

Bj6mschulle:等人通過語音來識別情感。MilanGnjatovi亡等人建立了一個用于人機交互的語音情感庫[12]。chUng一Hsienwu等人采用聲韻律信息和語義標簽進行情感識別，識別率可以達到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，機器噪聲和其他生理信號有效頻段遠遠高于0.2Hz，采用低通濾波器或平滑濾波。GSR信號數(shù)據(jù)的標準化不同個體的皮膚電基準差異很大，并且同一個體在不同的時間不同的狀態(tài)下皮膚點基準差異也有很大的差異，要準確研究皮膚電信號與情感之間的關聯(lián)，就必須去除個體差異，這樣研究出的GSR信號模型才可以認可推廣使用，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)皮膚電導信號(GSR):將導電膏注入傳感器的電極觸片，然后將傳感器的兩個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):使用三個電極測試，其中正負兩極貼于同一左側臉的顴肌上，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)的存儲量會達到數(shù)百兆。為了縮小存儲數(shù)據(jù)量，同時不損失信號的重要信息，我們根據(jù)生理信號的特點進行了下采樣: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不需要進行下采樣。此外在原有采集系統(tǒng)設置50Hz工頻濾波器，除EMG信號外的其它生理信號都進行了35Hz低頻濾波。常用指標皮膚電導（SC）：簡稱皮電。在表皮上用一個恒定電壓，可以測出皮膚電導的大小，單位是微歐姆（micromho），由于它是用一個外加電壓來測量皮膚電導的，所以叫外源性測（exosomatic）。皮電活動（ElectrodermalAcitivity）：用于描述皮膚的導電性的變化。皮膚電導水平（SCL）：簡稱皮電水平。是跨越皮膚兩點的皮膚電導的絕對值，也可稱作“基礎皮膚電傳導”（basal