一、EDA的神经生理学基础
皮肤电反应（Electrodermal Activity, EDA） 由交感神经直接调控汗腺活动，是情绪唤醒的黄金指标：
1、汗腺与电导率关系：
- 情绪波动（紧张/兴奋）→ 交感神经兴奋 → 胆碱能神经元刺激汗腺 → 汗液填充表皮皱褶
- 汗液离子（Na⁺, Cl⁻）增加 → 皮肤电导率升高（0.05-100 μS）
2、EDA双成分理论：
二、EDA传感器核心技术
1、测量原理与电极设计
- 恒压法 vs 恒流法：
- 电极创新：
- 纺织电极：银纤维编织腕带（阻抗<10kΩ），可水洗（智能手环）
- 微针电极：穿透角质层（厚度50μm），降低接触阻抗（医疗级）
2、硬件方案对比
三、EDA信号处理与情绪特征提取
1、预处理流程
graph LR
A[原始EDA信号] --> B(低通滤波 0.05-5Hz)
B --> C{运动伪影校正}
C --> D[EDA分解]
D --> E[特征提取]
- 运动校正：三轴加速度计识别抖动 → 自适应滤波（LMS算法）
- EDA分解：
- cvxEDA算法（凸优化）：分离Tonic/Phasic成分（误差<0.1μS）
- 小波变换：提取时频特征（如应激事件能量分布）
2、情绪量化特征
四、情绪监测应用与系统实现
1、单模态情绪分类
- 实验设计：观看IAPS情绪图片库（惊恐/愉悦/中性）
- 结果：
- 惊恐刺激 → SCR振幅↑3倍，分类准确率 78.3%（SVM）
- 愉悦刺激 → Phasic波动频率↑2Hz
2、多模态融合系统
EDA传感器（情绪唤醒强度）
↓
PPG传感器（HRV → 压力水平）
↓
面部识别（表情特征）
↓
融合决策层 → 情绪状态输出（平静/紧张/兴奋）
- 性能提升：
- 单EDA准确率：72.5% → 三模态融合准确率89.6%
- 响应延迟：<2秒（满足实时交互需求）
3、落地场景
- 心理健康：
- 焦虑障碍预警：Tonic持续升高（>2μS/h）触发干预提醒
- 生物反馈治疗：EDA+呼吸训练降低PTSD症状（有效性↑40%）
- 人机交互：
- 车载系统：监测驾驶员愤怒 → 自动播放舒缓音乐
- VR游戏：动态调整难度（兴奋度↓时增强挑战）
五、技术挑战与前沿突破
1、精度瓶颈解决方案
2、未来方向
1）柔性电子：
- 石墨烯电极（拉伸率200%）贴合关节褶皱处
2）无接触测量：
- 微波谐振器探测表皮介电常数变化（距离5cm）
3）脑-皮肤联动：
- EEG+EDA解码情绪产生机制（前额叶皮层→交感神经）
参考文献核心贡献
[1] EDA双成分生理机制
[2] SCR与情绪唤醒关联实验
[4] cvxEDA分解算法
[5] 多模态情绪融合准确率
[6] 焦虑障碍的EDA预警模型
[7] 无接触微波EDA测量
[8] 纺织电极阻抗优化
[9] 驾驶员情绪干预系统
[10] 脑-皮肤神经通路验证
