津发科技带你了解皮肤电信号中的SCL与SCR

皮肤电（Electrodermal Activity, EDA）作为一种非常容易获取的基本生理信号，可以很好地量化我们的情绪反应，被广泛应用于情感识别研究中。它代表机体受到刺激时皮肤电传导的变化。皮肤电反应作为交感神经系统功能的直接指标，也可以作为脑唤醒、警觉水平的间接指标。

以往的文章中我们分享过什么是皮电反应，皮电产生的原理以及如何测量、分析皮肤电信号，那么本文将详细介绍一下皮肤电包括哪些细分指标以及领域。

推荐阅读：EDA皮肤电信号测量与分析方法

1. 皮肤电（EDA）细分指标

EDA信号主要分为两部分，包括缓慢变化的基础（Tonic）活动——皮肤电导水平，和快速变化的相位（Phasic）活动——皮肤电导反应组成。

图1 皮肤电反应组成

皮肤电活动在应用中还有皮肤电反应（Galvanic Skin Response, GSR）、心电反射（Psycho Galvanic Reflex，PGR）、皮肤电位（Electrodermal Potential, EDP）、皮肤电阻（Skin Resistance, SR）、皮电传导（Skin Conductance，SC）、皮电（Skin Potential, SP）等名称

皮肤电导水平

皮肤电导水平（Skin Conductance Level，SCL）：是跨越皮肤两点间的皮肤电导的绝对值，也可以称作“基础皮肤电传导”（Basal Skin Conductance）。

SCL是在没有任何环境刺激下的皮肤电导基线水平，在几十秒至几分钟内变化缓慢、更替微小。一般认为它是平静状态下生理活动的基础值。当人处于安静状态时，所测得的皮肤电导水平即是电导的基线值。

SCL的变化趋势可以反映持续一段时间的情感体验，而快乐和悲伤情绪，可能会引发更高的皮肤电导水平。

图2 ErgoLAB人机环境同步平台的EDA信号处理界面

SCL的上升与下降随着个体的反应、皮肤干燥程度或自主调节能力不同而持续变化。

皮肤电导基础水平存在个体差异，并与个性特征相关：基础水平越高者，越倾向于内向、紧张、焦虑不安、情绪不稳定、反应过分敏感；而基础水平越低者，越倾向于开朗、外向，心态比较平衡、自信，心理适应较好。在研究中，一般统计分析时需要进行基线校正。

另外，特定的大脑过程会导致更多的汗液产生，进而导致汗腺内更高的汗液水平，与之相反的过程是汗液的自然蒸发或吸收，这一对拮抗“力”对皮肤电导水平的特性有影响，大脑活动影响SCL水平的3种状态见下图。

图3 SCL水平变化的3种状态（Lim，1997）

图中的上半部分显示了不同的EDA反应水平，左图EDA响应很少，右图响应很多，中间的介于两者之间。

图中的下半部分是脑处理过程影响汗液水平的示意图。左图EDA显示大脑不活跃，很少的汗液分泌，汗液的吸收高于分泌，对应的 SCL值呈下降趋势，这是恢复或镇静的一个指标。中间图显示汗液分泌等于汗液吸收，这两种“力量”相互抵消，可以解释为一种稳定但适度激活的状态。右图显示汗腺的分泌高于吸收，SCL水平增加，这种状态可以解释为高度激活或唤起。

综上，SCL值的变化趋势至少提供了3种不同的情绪状态，包括恢复、中度激活、高度激活。

皮肤电导反应

皮肤电导反应（Skin Conductance Response，SCR）是指皮肤电信号的相位反应在基础水平之上，变化幅度更高、速度更快，以“GSR突发”或“GSR峰值”的形式显示。

相位反应是在皮肤电导水平中出现的一个瞬时、较快的波动，是由刺激引起的生理心理激活状态。当给人呈现刺激的时候，电导升高，形成一个波形皮肤电导反应。

图4 ErgoLAB人机环境同步平台的EDA信号统计界面

SCR指的是阶段性交感神经放电，是由刺激而引起的生理和心理激活状态，反映短期大脑过程的指标，可作为由于外部新异性事件刺激产生的情绪觉醒点的定位标记。SCR对特定的情绪刺激事件敏感，事件相关皮肤电导反应（ER-SCRs）会在情绪刺激发生后的1～5秒之间突发；非特异性皮肤电导反应（NS-SCRs）则在人体内以1～3分钟的速率自发发生，与任何刺激无关。

图5 SCR反应波形示意图

2.皮电的应用

皮电与情绪

当我们处于恐惧或紧张的情绪下会引起情感唤醒，引起汗液分泌增加，从而可测量皮肤电活动，当我们处于情绪唤醒情况下，我们的身体会出现心跳加速、手脚出汗的情况，皮电的测量是十分敏感及稳定的，我们不需要被汗水浸湿或肉眼可见就可以测量皮肤电。

图6 皮电与情绪变化同步性示意图

有了EDA，任何内容、产品或服务激发的情感变化都可以进行测试，包括实际物理对象、视频、图像，声音、气味、食物，其他感官刺激，思维实验，心理意象等等。EDA非常容易测量，应用方向涵盖了学术和商业研究。

心理研究

心理学研究利用EDA来确定人类对各种刺激的情感反应。以及这些反应如何受到刺激的影响，比如：物理属性（颜色、形状、表示持续时间），性格特征（外向型与内向型）社会期望，文化方面与个人的互动。

图7 心理研究

用户体验与交互设计

产品交互设计中，用户体验是至关重要的。一款产品用起来应该是舒适愉悦的才是好的产品。在体验产品的过程中监测EDA可以提供未经过滤的压力水平的数据，用户在与全新的软硬件进行交互时，应该特别顺畅的找到下一步要进行的按钮或者及时进入某个想要进入的页面，如果个体进入某个页面比较吃力找不到按钮或者在复杂的导航内迷失方向，你可能会看到压力水平增加，这些都会反映在EDA数据中。

图8 用户体验与交互设计研究

消费市场神经科学

评估消费者偏好是营销的一个关键因素。可以测量GSR以跟踪对消费者情绪唤醒高的产品。然而，对性能和质量兴趣可能只是微妙的差异。例如，化妆品的偏好和决定主要是基于情感和潜意识的过程。通过GSR的帮助正好记录了这些过程，可以更详细地检查以增强产品性能，评估细分市场或确定目标观众和角色。

图9 消费市场神经科学研究

媒体和广告测试

播放某段视频、音乐或者图片时，可以通过测量个体或者群组的GSR数据对他们的情绪唤醒情况进行测量。当人体收到某个片段带来的刺激处于紧张、兴奋、激动的情况下情绪波动会比较明显。

图10 媒体和广告测试研究