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本文提出阶梯式心率辨别任务（S-HDT）以解决传统心率辨别任务效度不足、个体差异大及正确率低等问题。通过模拟数据和实际样本验证，该任务可在30分钟内完成，具有更高的敏感性和特异性，并能准确预测被试的主观同步点（PSS）和心率辨别准确性，提供自动化开源代码供后续研究使用。
汉娜·S·萨维奇（Hannah S. Savage）|贝丝·F·朗利（Beth F. Longley）|威尔逊·P·H·林（Wilson P.H. Lim）|卡米拉·L·诺德（Camilla L. Nord）|詹姆斯·基尔纳（James Kilner）|莎拉·N·加芬克尔（Sarah N. Garfinkel）
伦敦大学学院认知神经科学研究所，英国伦敦
摘要
在日益发展的内感受觉领域中，心脏内感受觉的准确性受到了广泛关注。尽管如此，用于评估这一维度的常见任务仍存在明显的局限性，这些问题已被公开讨论，包括构建效度的质疑、不合理的假设，以及根据任务的不同，很少有参与者能够超出随机水平的表现。为了解决这些问题，我们提出了一种新的心跳辨别任务版本——阶梯式心跳辨别任务（Staircase-Heartbeat Discrimination Task，简称S-HDT）。该任务解决了上述局限性，并有助于更细致地理解个体在心脏内感受觉准确性方面的差异。在本文中，我们（i）详细介绍了实验的零假设；（ii）通过将模拟数据纳入分析流程，展示了已知主观同时性点和准确性的可恢复性；（iii）证实了该任务在年轻成人样本（n = 42；平均年龄 = 22.57 ± 4.55岁；64.28%为女性）中的可行性和可接受性。我们的研究表明，S-HDT比原始的心跳辨别任务（HDT）具有更高的敏感性和特异性，并能够预测个体的准确性以及主观同时性点。该任务耗时约30分钟，完全自动化，代码开源且可通过GitHub免费获取，有助于我们更深入地理解多个内感受觉领域中的心脏内感受觉现象。
引言
内感受觉被广泛定义为从体内感知、解释和整合信号的过程，这一过程既包括有意识的层面，也包括无意识的层面（Khalsa等人，2018年）。最近的模型提出，内感受觉可以划分为多个不同的维度（Khalsa等人，2018年；Suksasilp和Garfinkel，2022年）。其中一个维度是内感受觉准确性——即通过中枢神经系统正确、精确地监测来自外周的传入信号。这一维度已成为近期研究的重点，也是许多综述（Desmedt等人，2023年；Prentice等人，2022年）、批评性研究（Desmedt等人，2018年；Desmedt和Van den Bergh，2024年；Murphy和Bird，2024年；Murphy等人，2019年；Zamariola等人，2018年）以及实证研究（Harrison等人，2021年；Legrand等人，2022年；Mayeli等人，2023年；Plans等人，2020年；Ring和Brener，2018年）的主题。
从历史上看，心脏内感受觉一直是内感受觉准确性研究领域的重点，这可能是因为心跳是离散且易于测量的事件。心跳辨别任务（Heartbeat Discrimination Task，简称HDT）是用于测试心脏内感受觉准确性的常用实验任务之一（Whitehead等人，1977年）。该任务要求参与者判断外部刺激（通常是音调）与他们的心跳是否同步。在一个常见的变体中，参与者会在心脏R波后250毫秒和550毫秒听到音调，这些音调通常被认为是同步和不同步的（Garfinkel等人，2015年）。任务的准确性通常通过比较正确识别为同步或不同步的尝试次数来确定（Whitehead等人，1977年）。
虽然这项任务避免了心跳追踪（计数）任务所面临的批评（Desmedt等人，2018年），因为它不依赖于对心率的高级认知，但它也有其局限性。首先，大多数参与者发现这项任务（或其变体）特别具有挑战性。这反映在一般人群中只有约25%的参与者能够完成该任务（Brener等人，1993年；Khalsa等人，2009年），从而导致结果呈双峰分布：一部分参与者能够完成任务（准确性 > 75%），另一部分则不能（准确性 < 80%）。第二个局限性在于R波之间的预定义间隔及其在准确性判断中的应用（Betka等人，2021年）。个体在空间和时间上对心跳的感知差异（Caparco等人，2024年；Khalsa等人，2009年）可能会影响任务表现。先前的研究表明，如果外部音调在R波后0-400毫秒内呈现，个体可能会将其感知为与心跳同时发生（即个体的主观同时性点——PSS）；这种差异可能由感知心跳的主要机制（即时间感知）决定。Betka等人（2021年）使用多间隔心跳辨别任务（MI-HDT（Brener等人，1993年）直接研究了这一点，他们在R波后0、100、200、300、400或500毫秒分别呈现一系列音调，然后让参与者判断这些音调是同步还是不同步。Betka等人（2021年）报告称，平均而言，参与者认为他们的心跳在心电图（ECG）R波后257.40毫秒处；（i）报告的同步延迟中位数为300毫秒；（ii）个别参与者表示他们的心跳在R波后100-400毫秒之间；（iii）个体偏好的间隔范围从0毫秒到500毫秒不等。此外，对于100毫秒延迟与200毫秒或300毫秒延迟之间，以及200毫秒延迟与300毫秒或400毫秒延迟之间，不同组别之间在回答“是”上的概率没有差异，这表明他们的样本中存在相当大的异质性。结合先前的研究，认为所有人都会认为在R波后250毫秒呈现的音调是同步的假设似乎缺乏依据（Ring和Brener，2018年）。虽然MI-HDT相比标准版本具有明显的优势，因为它提供了多种延迟选项，但其粒度较低（100毫秒的间隔），并且由于所需试验次数较多，任务运行时间超过45分钟，这使得它在时间受限的研究中难以实施。
在本文中，我们介绍了一种新的心跳辨别任务版本——阶梯式心跳辨别任务（S-HDT），该任务解决了上述局限性，并有助于更细致地理解个体在心脏内感受觉准确性方面的差异。S-HDT不仅可以预测准确性，还可以预测主观同时性点（PSS），同时还能与历史上假设的250毫秒这一标准值进行比较。
任务设计与流程
S-HDT分为两个阶段：训练阶段和阶梯阶段，整个过程大约需要30分钟。
任务体验评价
总体而言，参与者认为这项任务具有一定挑战性（平均评分：70.39 ± 23.96；评分范围：非常容易 = 0到非常困难 = 100），但完成任务的体验较为中性（平均评分：52.65 ± 22.48；评分范围：非常不愉快 = 0到非常愉快 = 100）。很少有参与者出现呼吸困难或呼吸问题（平均评分：18.68 ± 22.77；评分范围：完全没有 = 0到非常 = 100）。见图3A。
在训练阶段，参与者平均进行了2次练习，以确保他们理解了任务要求。
讨论
我们介绍了一种新的HDT版本——阶梯式心跳辨别任务（S-HDT）。该任务使用自适应的阶梯程序来确定个体最可能的主观同时性点（R波后毫秒数）和准确性（百分比）。我们展示了模拟参与者的已知主观同时性和准确性的可恢复性数据，然后将该分析流程应用于42名年轻成年人的样本。这表明S-HDT能够识别出那些非随机反应的个体。
CRediT作者贡献声明
汉娜·S·萨维奇（Hannah S. Savage）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化设计、软件开发、方法论设计、研究设计、数据分析、概念化。贝丝·F·朗利（Beth F. Longley）：撰写——审稿与编辑、项目管理、研究协助。威尔逊·P·H·林（Wilson P. H. Lim）：撰写——审稿与编辑、研究协助。卡米拉·L·诺德（Camilla L. Nord）：撰写——审稿与编辑、资源协调、资金筹集。詹姆斯·基尔纳（James Kilner）：撰写——审稿与编辑、研究指导、方法论设计、数据分析。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
作者在准备这项工作时未使用任何生成式AI技术。
利益冲突声明
所有作者均无需要声明的利益冲突。
致谢
汉娜·S·萨维奇（Hannah S. Savage）、贝丝·F·朗利（Beth F. Longley）、卡米拉·L·诺德（Camilla L. Nord）和詹姆斯·基尔纳（James Kilner）获得了Wellcome心理健康奖（226778/Z/22/Z）的支持。卡米拉·L·诺德（CLN）还获得了医学研究委员会（Medical Research Council，项目编号MC/UU/00030/12）和Wellcome职业发展奖（226490/Z/22/Z）的资助。剑桥大学精神病学系的所有研究工作得到了NIHR剑桥生物医学研究中心（NIHR203312）和NIHR英格兰东部应用研究合作组织的支持。
