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脑电实验同步方案设计

在 EEG、ERP 和生理信号实验中，刺激同步是决定数据质量的重要环节。实验程序可以控制图片、文字、声音和视频的播放，但程序中的时间戳并不一定等于刺激真正出现在屏幕或耳机中的时间。

Cedrus StimTracker 可以检测视觉、听觉及外部刺激事件，并将事件标记发送到 EEG 或其他数据采集设备，为脑电实验建立稳定的时间参考。

官网产品页：

Cedrus StimTracker产品详情

一、脑电实验中的时间链路

一个完整的 EEG 刺激链路通常包括：

实验程序 ↓ 计算机输出刺激指令 ↓ 显卡、声卡或外部设备处理 ↓ 显示器或耳机真正输出 ↓ 被试接收到刺激 ↓ EEG设备记录脑电信号

如果事件标记只来自实验程序，那么它记录的可能是“发出指令”的时间，而不是“被试接收刺激”的时间。

在 ERP 实验中，研究者通常需要根据刺激出现时间截取脑电数据。如果事件时间存在偏移，可能导致：

• ERP峰值位置不准确；
• 潜伏期比较出现误差；
• 不同条件的波形难以比较；
• 视听觉事件顺序发生变化；
• 多设备数据无法准确对齐。

因此，可靠的实验同步方案应当同时关注软件时间和硬件实际输出时间。

二、Cedrus StimTracker的工作方式

Cedrus StimTracker 主要承担刺激事件检测和同步输出功能。

视觉实验中，光电传感器可以贴在显示器指定位置。当刺激区域亮度发生变化时，传感器检测到屏幕输出变化，StimTracker 根据检测结果产生同步信号。

典型连接方式如下：

实验计算机 ↓ 显示器 ↓ 光电传感器 ↓ StimTracker ↓ TTL输出 ↓ EEG放大器

听觉实验可以根据产品配置和实验需求，使用声音相关检测方式获取实际音频输出事件。

StimTracker 本身不替代 EEG 放大器，也不负责采集脑电信号。它的作用是将真实刺激事件准确地传递给采集系统。

三、软件标记与硬件标记的区别

软件标记

软件标记通常由实验程序在执行某个命令时生成，例如：

显示图片 发送事件码101 记录当前时间

这种方式实现简单，适合很多基础实验，但它无法直接确认图片是否已经出现在屏幕上。

硬件标记

硬件标记由传感器或外部设备检测实际刺激输出后生成，例如：

屏幕亮度发生变化 光电传感器检测到变化 StimTracker发送事件码 EEG设备记录事件

硬件标记更加接近被试真正接收到刺激的时间，适合 ERP 潜伏期、视听觉时间差和多设备同步研究。

在实际实验中，软件标记和硬件标记可以同时保留。软件标记用于记录实验逻辑，硬件标记用于确认刺激真实输出时间，二者相互验证更有利于数据质量控制。

四、如何搭建StimTracker同步系统

1. 明确实验需要同步的事件

搭建系统前，应先列出实验中的所有关键事件：

• 注视点开始；
• 视觉刺激出现；
• 听觉刺激播放；
• 视频开始；
• 被试按键；
• 反馈出现；
• 试次结束。

并明确哪些事件需要进入 EEG 数据，哪些事件只需要保存在实验程序中。

2. 确认采集设备接口

不同 EEG 和生理信号设备的触发接口可能不同。采购前应确认：

• 是否支持 TTL 输入；
• 触发接口的连接类型；
• 触发电平要求；
• 输入通道数量；
• 事件码的记录方式；
• 是否需要专用转接线。

不能仅根据接口外观判断设备是否兼容。

3. 安装传感器

视觉传感器应安装在屏幕上亮度变化明确的位置，并保持位置固定。对于使用视频、动画或复杂背景的实验，应提前确认传感器不会受到无关画面变化的干扰。

4. 配置事件码

事件码应当具有唯一含义。例如：

101：标准视觉刺激 102：目标视觉刺激 103：声音刺激 104：目标反应 105：错误反应 106：反馈开始

事件码不宜过于复杂，但要能够区分主要实验条件。

5. 完成重复测试

正式采集前，应使用与正式实验相同的显示器、刷新率、耳机、采集设备和实验程序进行测试。

建议连续运行多个试次，检查：

• 是否每次刺激都产生事件；
• 是否出现漏标记；
• 是否产生重复标记；
• 事件顺序是否正确；
• EEG 文件中的事件数量是否匹配；
• 程序时间与硬件时间的差异是否稳定。

五、显示器和声音设备对同步的影响

显示器刷新率

显示器刷新率会影响视觉刺激的实际出现时间。常见刷新率包括 60 Hz、120 Hz 和 144 Hz，不同刷新率对应不同的刷新周期。

实验更换显示器或调整刷新率后，应重新进行同步测试。特别是从普通办公显示器更换为高刷新率显示器时，不能直接沿用原来的校准数据。

显示模式

窗口模式、无边框模式和全屏模式可能具有不同的显示行为。为提高实验稳定性，应在测试和正式采集时使用相同的显示模式。

声卡与耳机

声音设备的缓冲设置、采样率、耳机类型和驱动程序，都可能影响声音输出时间。听觉实验需要记录当前声卡、播放设备和音频参数。

视频刺激

视频包含连续变化画面，可能产生多个亮度变化事件。如果使用光电方式检测视频，应设置专用同步画面或明确的检测区域，避免把视频内容变化误判为刺激起点。

六、常见故障及处理方法

没有事件标记

可能原因包括：

• 传感器没有正确连接；
• 传感器安装位置不合适；
• 屏幕亮度变化不明显；
• TTL线连接错误；
• EEG设备没有打开触发通道。

可以先用简单的黑白画面测试，再逐步加入正式刺激。

事件数量过多

可能是刺激出现和消失都触发了事件，也可能是屏幕背景动画造成额外变化。应检查检测区域和事件逻辑，必要时调整同步画面设计。

事件数量不足

可能是刺激对比度不足、传感器遮挡或亮度变化幅度过小。应检查传感器状态，并对不同刺激条件分别测试。

事件码混乱

如果事件码在实验程序中重复使用，后期很难判断每个事件对应的实验条件。建议建立事件码表，并在正式实验前使用少量试次进行核对。

更换设备后时间发生变化

显示器、声卡、耳机、操作系统或采集设备发生变化后，原有同步参数可能不再适用。应重新测试并保存新的配置记录。

七、常见型号选择建议

公开资料中常见的 Cedrus StimTracker 型号包括 Duo 和 Quad，部分资料对应 ST-200、ST-400 等型号。

Duo 类配置适合通道数量较少的视觉、听觉或基础视听觉实验。Quad 类配置更适合多个刺激源、多个传感器或复杂事件同步任务。

选型时建议重点考虑：

• 视觉和听觉事件的数量；
• 是否需要多个光电传感器；
• 是否需要外部输入；
• EEG设备支持的触发方式；
• 是否需要眼动或其他生理信号同步；
• 后续实验规模是否会扩大。

产品型号、接口和配件以官网当前产品信息为准。

八、科采通提供国内代理服务

科采通是 Cedrus StimTracker 的国内代理经销商，可为高校、科研院所、医院和实验室用户提供产品咨询、型号选择、配件配置及技术支持。

对于首次搭建脑电实验同步系统的用户，建议在咨询时说明：

• EEG设备具体型号；
• 实验使用视觉、听觉还是视听觉刺激；
• 需要同步的通道数量；
• 是否使用眼动仪或其他生理设备；
• 当前实验程序和采集软件；
• 是否需要同步测试和安装指导。

产品详情：

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九、总结

高质量 EEG 实验不仅需要稳定的脑电采集设备，也需要可靠的刺激事件同步系统。

Cedrus StimTracker 可以通过光电、声音或外部事件检测方式，将刺激实际输出时间传递给 EEG 和其他生理信号设备，减少程序时间与真实刺激时间之间的偏差。

在搭建同步方案时，应从实验事件、设备接口、传感器位置、显示器参数、音频设备和事件码设计等方面进行整体规划。完成安装后，还应使用正式实验配置进行重复测试，确认事件完整、顺序正确且时间稳定。