Кратко — проект исследования, включающий биомаркеры, методы регистрации, дизайн, статистику и предвидимые ограничения.
1) Биомаркеры (с обоснованием)
- Вегетативная система: частота сердечных сокращений (HR), вариабельность HR (HRV) — чувствительна к автономному ответу на стресс. Временные метрики: $\mathrm{SDNN},\mathrm{RMSSD}$; спектральные: LF, HF, $LF/HF$.
- $\mathrm{SDNN}=\sqrt{\frac{1}{N-1}{\sum }_{i=1}^N(R{R}_i-\overline{RR}{)}^2}$ - $\mathrm{RMSSD}=\sqrt{\frac{1}{N-1}{\sum }_{i=1}^{N-1}(R{R}_{i+1}-R{R}_i{)}^2}$ - Кожно-гальваническая реакция (EDA) — быстрый индекс симпатической активности.
- Гормональные маркёры: слюновый кортизол (акутный/делayed response), салива́рный альфа-амилаза (симп. активация), при необходимости — плазменные катехоламины.
- Воспалительные маркёры для хронического эффекта: IL‑6, CRP (опционально).
- Нейрофизиология: ЭЭГ (альфа/тета), при доступности — fMRI для нейронных коррелятов тревоги (но дорого).
- Хронический стресс: кортизол в волосах (hair cortisol).
2) Методы регистрации и протоколы
- ECG для HR/HRV: многоканальный шнур/поля, частота дискретизации $\ge 250$ Гц (рекомендуется $500$ Гц), фильтрация, детекция RR и артфакт-обработка; контролировать дыхание (или регистрировать) — влияет на HF.
- EDA: контактные датчики на пальцах/ладонях, частота дискретизации $\ge 10$ Гц.
- Кровяное давление: тонометр для моментальных замеров; для динамики — непрерывные неинвазивные устройства (Finapres).
- Слюна: стандартизированные сборы (сосание/без еды/отдыха), хранение −20°C; сборы по таймингу: baseline (утром/до стресса), предэкзаменационная (за 30–60 мин), постстрессовая (через 20–30 мин для кортизола) и поздняя (через 60–120 мин). Для кортизола учесть задержку ответа ~20–30 мин.
- Альфа-амилаза реагирует быстрее (минуты) — собирать ближе к моменту стресса.
- ЭЭГ: стандартизированный набор электродов, артефакт-удаление.
- Не использовать КТ (КТ = компьютерная томография) для изучения стресс-реакций: радиация, низкая функциональная пригодность; если нейровизуализация — fMRI или EEG предпочтительнее.
3) Дизайн исследования
- Рекомендуется лонгитюдный внутри‑ и между‑ субъектный дизайн:
- Повторные измерения у каждого студента: baseline (нет экзамена, спокойный день), предэкзаменационная фаза (за 1–2 ч), во время экзамена (если возможно) или сразу после, и восстановление (+30–60 мин, +24 ч). Дополнительно сбор hair cortisol через 1–3 мес для хронического эффекта.
- Контрольная группа студентов без экзамена или аналогичная задача низкого стресса.
- Альтернативно — кросс‑over/лабораторный стресс (TSST) для валидации реактивности.
- Размер выборки: ориентир для среднеэффектного различия ($d\approx 0.5$) в парном сравнении:
$$n={\left(\frac{(z_{1-\alpha /2}+z_{1-\beta })\sigma }{\delta }\right)}^2,$$ при $\alpha =0.05,1-\beta =0.8,z_{1-\alpha /2}\approx 1.96,z_{1-\beta }\approx 0.84$. Если $\delta =0.5\sigma$, то $n\approx 32$ на группу; с учётом отбора и пропусков — целить $N=50-100$.
4) Статистические подходы
- Предобработка: детекция и удаление артефактов, лог‑трансформация скинутых распределений (например $\log (\text{cortisol})$).
- Модели повторных измерений: линейные смешанные модели (LMM) с рандомным перехватом и, при необходимости, рандомными наклонами:
$$y_{ij}={\beta }_0+{\beta }_1{\text{Time}}_j+{\beta }_2{X}_i+u_i+{ϵ}_{ij},$$ где $u_i\sim N(0,{\sigma }_u^2)$, ${ϵ}_{ij}\sim N(0,{\sigma }^2)$.
- Для нелинейных трендов — GAM или нелинейные смешанные модели.
- Анализ HRV: временные и спектральные показатели (временная серия — оконный PSD/Welch), тесты на изменения в коротких отрезках; корреляции с самочувствием (Spearman при не‑Норм).
- Мультивариативный анализ: PCA/PLS для снижения размерности, кластеризация реактивных профилей, CCA для связи физиологии и поведенческих/оценочных данных.
- Контроль множественной проверок: FDR (Benjamini–Hochberg) или Bonferroni, в зависимости от числа сравнений.
- Обработка пропусков: множественная импутация при MAR; sensitivity analysis.
- Дополнительно: mediation analysis (например физиологическая реакция как медиатор связи «стресс → успеваемость»).
5) Ограничения и способы их уменьшения
- Циркадные колебания кортизола и влияние времени суток — стандартизировать время сбора или учитывать время как ковариату.
- Влияние кофе/никотина/лекарств/менструального цикла — строгие инструкции, анкета и включение как ковариат.
- Артефакты движения (особенно при ECG/EEG) — встроенные алгоритмы очистки и регламент съемки; в полевых условиях — выбор добротных носимых сенсоров.
- Сложность измерения “во время” реального экзамена (этика, разрешения) — альтернативы: имитация экзамена в лаборатории или сбор сразу до/после.
- Кортизол отражает ответ с задержкой — комбинировать с быстрыми маркерами (EDA, альфа-амилаза, HRV).
- КТ не подходит: избегать из‑за радиации; если нужна нейровизуализация — fMRI (стоимость/ограничения) или EEG (дешевле, мобильнее).
- Возможные малые эффекты и межиндивидная вариабельность — нужен адекватный N и внутри‑субъектный дизайн.
- Этические вопросы и стресс‑индуцирующие процедуры — этическое одобрение, информированное согласие, возможность прекратить участие.
6) Практические рекомендации
- Пре-регистрация протокола (гипотезы, первичный/вторичный исход).
- Стандартизовать инструкции/ранжирование задач и условия измерения.
- Собирать субъективные шкалы стресса/тревоги (например VAS, STAI) для связи с биомаркерами.
- План анализа и коррекции ковариат: возраст, пол, BMI, сон, кофеин, физическая активность.
Если нужно, могу сформировать пример временной схемы сбора данных (таймлайн) и подробный план аналитики для конкретных маркёров.