采集最佳质量EEG数据的操作流程（1）

原文信息：Farrens, J. L., Simmons, A. M., Luck, S. J., & Kappenman, E. S. (2019).

Electroencephalogram (EEG) Recording Protocol for Cognitive and Affective Human Neuroscience Research. Protocol Exchange. https://doi.org/10.21203/rs.2.18328/v1

译者：念靖晴 李金津 谭江 杨润 

校对：念靖晴 罗禹

Steven Luck

Hansen原理：好数据是无可替代的

在EEG记录阶段采集到干净的数据十分重要。本文详细阐述了人脑EEG记录过程中有助于提高数据采集质量的材料、设备和技术等。流程中所介绍的内容是基于Luck& Kappenman实验室多年使用 BrainProducts的EEG数据记录和采集系统的具体实践，但流程中的所有内容均可以适用于其他EEG采集系统。整个文档分为3部分，因为内容较多，我们将分开多次发布。

Part 1采集设备

1. 配套材料

胶带、酒精棉、钝注射器针头、EEG电极和电极帽、导电膏、一次性医用手套、电吹风、塑料梳子、塑料注射器、LuerLock针尖、剪刀、软卷尺、弹性管状束缚带、T恤。

2. EEG记录设备

脑电记录系统包括：脑电图放大器、脑电图放大器电池&充电器、EEG记录软件、液晶显示器、USB扩增器+光缆、与Windows版本兼容的PC，带并行端口。

EEG数据采集室包括：可调亮度的室内照明灯、数字式室内温度计、电屏蔽测试室(可选配有源电极)、带有滑轮的可调节高度的椅子、升降台、小型推车、实验室温度控制系统。

刺激呈现系统包括：音频放大器、显示端口二进一出开关、2个LCD显示器、USB游戏手柄、兼容Windows和linux的PC或苹果iMac。

被试交流与监控系统：音频混音器、台式扬声器、2个麦克风、摄像机、视频监视器、壁挂式扬声器。

其他设备：无碘盐、光敏传感器、小塑料桶。

3. 准备室各种设备清单

漂白剂、消毒容器、消毒剂、电吹风、洗衣篮、手持放大镜、洗衣粉、塑料滤器、标准水槽、

沙龙椅、沙龙水槽、洗发水和护发素、小型数字计时器、小型风扇、牙刷、毛巾、晾衣架

4. 与被试舒适性相关的设备

毛毯、咖啡机、杯子、饮料、纱布、迷你冰箱、单次滴眼液、零食。

Part2 操作程序

1 被试到达前的准备工作和注意事项

1.1在实验前1-2天给被试发送一封提醒邮件。邮件内容包括实验时间、日期和地点，以及关于实验过程的信息，如：预期结果，需要多长时间等等。还应该包括一些特别注意事项。如:在实验中我们要将导电膏注射到你的头皮上，导电膏可能会落在你的衣服上。因此，在参加实验时不要穿可能被导电膏损坏的衣服。在参与研究时，你需要预留充足的时间。实验进行中需要你保持完全清醒，因此在实验前请保证充足的睡眠。到达实验时，要保证头部的清洁，并且要摘掉到马尾辫、发辫、假发、接发、发夹、帽子等。

Ps：如果被试穿了不合适的衣服，让他在衣服外面穿一件t恤以避免损坏。

1.2在被试到达之前尽可能准备好一切备用材料。包括膏、注射器、针头、毛巾、电极帽、手套、卷尺和酒精棉(见图1)。

1.3 打开无菌的Luer-Lock注射器。

1.4用注射器从主瓶中抽出约10ml的膏，然后将注射器的针头拧紧。轻轻推下柱塞，挤出针筒中的气泡。如果你是和小伙伴一起工作，就准备两支注射器(每支一半的膏)，这样效率会更高。

a.10毫升膏足够32个电极使用。如果您使用64个电极，您可以重新填充注射器或预先准备额外的注射器。如果重新填充注射器，请确保使用的注射器干净、无污染，以保持卫生;不要使用之前接触过被试头皮的注射器。

b.任何与被试接触的Luer-Lock注射器和注射头必须丢弃或消毒后再使用。

1.5如果被试以前参与过这类实验，并且您知道他们的电极帽的大小，则接下来的电极应用步骤6-9也可以在到达前实验室前准备完成。

2. 放置电极

2.1 程序获得所在机构审查委员会审批同意。

2.2被试坐在准备的舒适低背椅上。

2.3让被试用塑料梳子整理头发，尤其是贴近头皮的部分。这样做是为了去除一些头皮的坏死角质层，降低电极阻抗。为避免降低头部消毒清洁剂的效用和节约被试之间的清洗时间，因此用塑料梳子代替发刷。

a.如果被试到达实验室，头发是湿的或头皮有汗，在开始前要让他们用吹风机吹干头发。

b.如果被试扎着马尾辫、辫子、戴着假发、发卡、发夹或任何类型的假发，则必须先将其移除，然后再继续。

2.4 戴上一副手套。

2.5 使用软卷尺测量被试头部的周长(单位：厘米)，使用鼻根中点和枕骨隆突来定义测量轴(见图2)。选择最适合被试的帽子。

2.6 电极设置。

a.可以查阅“帽和电极设置”获取更多信息以便将EasyCap的设计标准化，从而允许同一个帽子可以适用于32或64导电极的数据采集。

2.7将电极组悬垂在被试的颈部，塑料夹子紧贴背部。1-16号电极分布在头部左侧，17-32号电极分布在头部右侧。将帽子戴在被试头上之前，应该提前将电极安放好。如果使用两组电极点，应该完成第一组后再放置第二组。

2.8小心地将电极(外接电极除外)滑入到帽子对应位置，并将电极导线留在帽子背面(如图3所示)。这样避免电极导线之间的缠绕，减少数据采集时电极导线的拉力。电极的底部(导线末端)应向下滑动到支架的顶部，而不是从支架的底部向上推入(见图4)。请确保电极始终被推入支架中;如果正确安放，我们会听见“啪”声(尽管随着时间的推移，这种声音变得越来越不明显)。

2.9将接地电极滑入电极帽，并使导线指向帽子的背面。

2.10取下脖子上的电极，然后将集线盒夹在被试衣服的背面，或者将集线盒轻轻放在被试后面的柜台上，从而使电极束松散地悬挂在被试的背部。

2.11使用酒精棉清洁被试耳后、眼旁和右眼正下方的皮肤区域。如果被试对酒精棉过敏，可用金缕梅酊剂作为替代品。

2.12将5个外部电极与电极束分离。一次一个依次分离，并将其放置在电极套环的中心，并使套环的尾部向下与电极线保持平行(见图5)。为避免电极套换粘在主试手套上，在放到被试皮肤上前都不揭开标签。

2.13用电极膏完全填充电极套环上的孔，不能用注射器针头刮擦电极片，刮擦会损毁电极片。

2.14准备放置外部电极时，请取下电极套环的标签，然后将电极放置在被试的对应位置(如图6所示)。对所有外部电极重复上述步骤。外部电极的正确安放位置如下：

a.HEOG左&右:双眼外眼角与被试瞳孔成一条直线，置于眼角与太阳穴之间1-2厘米的中心位置(避免直接置于眶骨上)。电极应垂直放置，导线向下，以减少导线的影响。一旦帽子戴在头上，这些电极可能会在帽子边缘以下，但这是可以接受的。

b.VEOG下：将电极放在右眼下方并与被试的瞳孔对齐。电极必须位于眼睛下方足够远的位置，以免干扰被试的视力，但又不能太低以至于不能检测到眨眼活动。一个好的估计是大概与被试的右鼻孔相吻合。电极应水平放置，导线应指向被试的右耳。放置好后，请确保在直视前方时电极不会干扰对象的视线，并且当对象动其脸颊时(如说话时)，电极也不会掉下来。如果发生了这些情况，请卸下并重新放置。

c.乳突左&右：放置在每个耳后骨突，与被试的耳屏保持一致。电极应垂直与导线朝下定向。尽量避免将电极置于被试的头发上，并保持两个乳突电极对齐。还要避免将它们放在耳后动脉上，以最大程度地减少EKG伪迹。

2.15安放好外部电极点后，将电极帽戴到被试的头上。电极点标签在帽子表面(避免电极膏影响到标签附近的电极)。

2.16用软卷尺确保电极帽电极帽前后、左右居中。即：Cz(顶点)电极点应位于鼻根和枕骨隆突之间的正中，也应位于左右耳前点之间的正中。也就是矢状面和横断面的交汇处。如要重新调整电极帽，请用双手将电极帽滑动/推到位。避免抓住单个电极夹并将其拉扯到位。

2.17电极帽戴好后，系好下巴托，以防止电极帽移位。如果被试感受到不舒服，可以在下巴与下巴托之间放置一小块无菌纱布。避免因下巴托太紧让被试感到窒息。

2.18用电极膏填充每个电极。用非利手的食指和拇指固定电极，用利手将注射器的钝针头穿过电极点顶部的槽口，让针头做圆周运动旋转约3-4次，移开电极点位置处的头发，确保注射器针头接触到头皮，然后轻轻去除头皮的死皮。然后向下推柱塞，推出电极膏填充电极，之后缓缓地将注射器向上拔出，这样就会形成一个完美地电极膏柱，而不是在头皮形成较大胶凝块，从而减少了电极点串联地可能性(尤其是高密度电极点采集时)。依次填充电极，避免电极点填充跳跃。为了更好的固定目前正在填充的电极点，手不要放在先前已填充好的电极点上。确保接地电极点的电极膏有效填充。

Ps:注射器针头可能会让被试感到不安。因此，在开始前可以在戴手套的手掌上先拨动几次，让被试明白注射器针头并不锋利，并且这个过程绝对不会让他们感到痛苦，如果在过程中感到不舒服应该及时告知我们。FP1，Fz和FP2位置由于直接接触到没有头发覆盖的头皮裸露上可能比较敏感，因此在填充时要格外小心。

3. 被试实验(Runningthe Subject)

3.1当所有电极准备好后，将被试带到测试室，将他们的背包、钱包、手机等留在测试室外。

3.2让被试紧靠椅背，双脚平放在地上。调整椅子高度，让被试以舒适的角度(~90°)屈膝而坐。之后调整显示屏高度，让屏幕中心与被试视线一致。

3.3 将电池插入放大器。

3.4将连接器引脚上的白色三角形与放大器端口上的白色三角形对齐，将电极束插入放大器。插入放大器时，请确保在被试和放大器之间的电极线不以奇怪的角度悬垂或伸直。避免采集过程中的伪迹以及给被试造成不必要的机械重力(请参见图7)。

3.5将接地电极插入放大器右前方标记为“GND”的端口，确保插脚正确对齐，塑料外壳上的凹槽应该朝上。

3.6打开数据采集PC上的PyCorder。加载正确的配置文件，然后选择“阻抗模式”。有关PyCorder的不同配置文件和最佳选项设置的细节，请参阅“记录软件设置”。

3.7使用DisplayPort开关使被试测试室监视器复制主试间数据采集监视器的屏幕。

3.8手动将阻抗阈值设置为“75”。这将确保任何大于50kΩ的电极变为红色(见图8)。

3.9确保所有阻抗均低于50kΩ。对于任何具有较高阻抗的电极，请通过插入注射器针头，确保其与头皮接触，然后重新旋转几次来降低阻抗。如果没有作用，可以尝试添加更多的电极膏。不要一开始添加更多的电极膏，因为这会增加电极之间串联的风险，尤其是在数据采集时使用高密度电极点。对于数据质量要求异常重要的研究(例如，ERP成分)，应该在避免引起被试明显不适感的前提上，请尽可能将阻抗降低到<10kΩ。

3.10一旦阻抗均低于所需水平，请点击“默认模式”并检查EEG信号。即使阻抗较低，仍然可能会有带噪声的电极。根据需要进行调整。

3.11给被试呈现系统所记录到的他们的EEG和EOG信号。向被试描述常见的运动伪迹及避免伪迹产生的重要性。以助于被试理解为什么要求他们尽量减少某些行为，并确保通过目前电极点的放置能轻松识别伪迹。

a.眨眼：让被试注视记录屏幕的中央，并快速连续眨眼4-5次。这向他们显示了眨眼时的样子，以及根据您的任务，为什么您可能需要他们在某些时间点之前(例如，在他们对每个试次的反应后)保持眨眼。检查并确保眨眼出现在正确的通道中;在HEOG通道中应该几乎没有检测到眨眼活动。如果您在两个HEOG通道中都看到较大的眨眼活动，则需要取下电极并将其更均匀地放置使其与被试的眼角一致。确保VEOG下电极的极性正确(例如负极)，并且信号大小符合预期。电极可能放置在错误的位置(例如，左边HEOG放在了VEOG的位置)。

b.眼动：让被试注视记录屏幕的中心，并在监视器的左右边缘之间来回扫视几次，同时保持头部不动。这会在HEOG左和HEOG右通道中产生较大的矩形偏向(左和右通道有相反的极性偏向)。如果不是这种情况，请根据需要重新调整电极，并检查以确保将其正确放置在眼睛的左侧和右侧。

c.面部收缩：让被试咬紧牙齿，眉头皱起。这将呈现由被试的“面部收缩”引起的最常见的伪迹。提醒被试，在整个实验过程中保持面部、颌骨和颈部尽可能放松非常重要，以最大程度地减少这种肌肉噪音。

d.咀嚼：要求被试假装嚼口香糖。这说明了为什么对他们来说重要的是在开始下一个任务之前，完全吃完零食。这也是一个很好的机会，可以确保您的被试在开始之前没有咀嚼口香糖。

e.α波：对于大多数被试，要求他们放松时闭上眼睛，应该会产生可见的α波。这是许多实验中不希望看到的脑电波，将说明在实验过程中保持清醒的必要性。

3.12检查并根据需要调整测试室的温度和照明。

3.13 向被试说明实验中的音频/视频监控。

3.14实验开始前，使用DisplayPort开关切换到刺激呈现计算机的屏幕。

3.15向被试说明任务要求。重申关于EEG伪迹的特殊要求，如：保持固定或克制眨眼。在研究中设置多个休息阶段，在休息阶段被试可以相对自由，但实验任务继续时，则必须保持相对静止和放松的状态。

3.16在任务开始前约10秒钟点击“开始记录”按钮开始记录EEG，在任务结束后约10秒钟结束记录。这可以减少EEG数据离线过滤时的边缘伪迹。

3.17主试人员要始终密切监视EEG数据。请勿阅读书籍或杂志文章，做作业，浏览网站，阅读电子邮件，发送短信等。在大多数情况下，不应将手机放在附近，从而避免分心。

a.确保所有刺激事件代码和响应事件代码都出现在PyCorder记录屏幕上。

b.持续检查行为表现，以确保被试理解指导语，遵守要求并且不会昏昏欲睡或毫无动机(例如，睁大眼睛并注视屏幕等)。

c.如果您发现记录有问题的证据(例如，过多的噪音，过多的伪迹等)，请尽快解决此问题。根据任务和问题的类型，这可以在下一个中断时完成，或者在继续操作之前暂停任务以解决问题可能会有所帮助。

d.如果被试在实验中出现特别有问题的伪迹(例如，在N2pc，PD或CDA实验中眼睛运动，出现视觉刺激等过程中经常发生的眨眼等)，请轻轻地提醒被试避免这种伪迹。

e.如果被试无法以较高的准确率或较少的伪迹来进行任务，请及时终止任务并记录问题。

f.定期检查摄录机的监视器，以确保被试的行为正常(例如，脚仍然平放在地板上，保持静止，保持固定等)。

g.如果被试昏昏欲睡(任务表现不佳，α波动过多或明显打瞌睡)，请为被试提供点心或饮料。将灯光调至最大亮度，并让被试在下一个休息时间站立并伸展双腿也可以减轻睡意。在某些情况下，音乐还可以帮助防止睡意。

4 被试实验完成后清理设备

4.1抓住塑料外壳而不是电机线将电极束从放大器上拔出并断开接地。

4.2 将放大器电池插回充电器。

4.3把被试带回到准备区。解开下巴托。从衣领卡舌上拉起，卸下所有外部电极;不要用电线拉扯电极。立即从电极上取下电极套;项圈非常粘，如果留在电极上，会导致电极缠结在一起。

4.4将所有的外部电极被移除后，轻轻将电极帽从被试的头部向后滑动，并从他们的衣服上松开电极，把移除的所有物品放在一边。

4.5根据被试的要求为他们清洗头发(如用湿毛巾、简单的清洗、彻底的洗发等等)，然后给予被试相应的报酬，在你清理物品之前让他们尽快离开实验室，不要让他们等着。

4.6被试离开实验室后，用拇指和食指轻轻向上滑动电极，将电极从电极环上拔出。

4.7将所有的电极都移除后，把帽子放在一边，并将电极夹在你的衣服后面(这可以确保集线器盒不会被弄湿)。

4.8准备清洗时，将电极束分成小束，每束8个，将电极束紧成一束，电极槽口向上。用凉水或微温的水冲洗束捆的顶部几秒钟，然后重复检查以确保所有膏都被除去。其余重复以上动作。如有必要，将每个电极置于水龙头下，用软牙刷轻轻摩擦电极缺口。完成后，用毛巾或纸巾轻轻擦拭湿布块，将电线冲洗干净。

a.如果清洗的水槽是一个金属水槽，则需要在水槽的底部放置一些东西(比如塑料滤器)来防止电极接触金属，因为这会损坏电极。

4.9将电极浸泡在杀菌剂(Envirocide)中1分钟(使用定时器进行计时以确保准确的浸泡时间)，对电极进行消毒。用清水彻底冲洗，去除所有的杀菌剂(Envirocide)。

4.10将电极挂在墙上挂钩的上臂上，夹子朝上，分配器盒的平面部分朝下，带状电缆朝外挂放。将它们平衡放置，电极1-16挂在左边，电极17-32挂在右边。将接地电极挂在挂钩的底臂上(如图9)。

4.11清洁电极帽时，应把它翻过来，用温水把每个孔上冲刷一遍。做好后，将电极帽右转，将电极帽外侧冲洗干净。不要用热水清洗电极帽;只使用室温或冷水，以防止损坏电极帽的弹性。

4.12将电极帽浸入到杀菌剂中1分钟，进行消毒。用清水将其彻底冲洗干净。当所有的杀菌剂都被清除后，水就会变得清澈。如果电极帽里还有剩余的杀菌剂，水看起来会像肥皂水。

4.13将盖子挂在墙上的挂钩上晾干(参见图10)，或放在小风扇上晾干。切勿使用吹风机吹干。

4.14对实验开始时使用的梳子进行消毒，将其浸泡在杀菌剂中1分钟。完成后用水冲洗，并清理梳子上残留的头发。

4.15把准备工作台打扫干净，把水槽和椅子擦拭干净。将脏毛巾挂在洗衣篮的边上晾干，扔掉被试剩余的零食、电极贴、酒精棉等。用漂白剂和无香味洗衣粉清洗毛巾。

5 检测刺激时间

5.1有关刺激事件代码的视频显示输出的时间必须经过测试。这是通过使用actiCHamp系统中包含的光敏传感器来记录刺激出现时视频显示器会发出的光的变化来实现的。这个测试应该在第一个被试测试之前进行(例如，当实验刚开始建立时)，然后定期进行。

5.2将光敏传感器连接到放大器单元上的一个辅助输入端。

5.3使用电极环，把光敏传感器连接到被试的屏幕上将要出现刺激的位置。在具有多个刺激位置的实验中，可能需要多个定时测试(或多个光电传感器)。

5.4打开PyCorder并开始记录。光电传感器输出的规模通常比标准EEG大得多。要查看光电传感器的输出，通常需要将记录的比例从µV更改为mV。您应该在每次刺激的开始和偏移期间看到光传感器信号中的活动脉冲，这些刺激出现在屏幕上光电传感器所处的位置(不会检测到屏幕其他位置出现的刺激)。

a.对于这种类型的测试，有一个只显示和记录代表光敏传感器的辅助通道的配置文件会很有帮助。

5.5然后相对于每个事件代码的时序离线测量光电传感器信号的时序。如果存在恒定的延迟(例如，始终为20±1ms)，则可以在脱机数据处理过程中将每个事件代码的时间调整测量，以使事件代码与刺激时间保持一致。如果延迟因事件而异(例如20-40毫秒)，则表明任务或刺激演示程序的编码存在问题，应在实验中收集数据之前进行校准。

在某些情况下，将光电传感器永久安装在视频显示器上以记录每次记录会话期间显示器产生的实际光可能是有用的。应将其放置在显示器的远端，以免对参与者造成视觉上的干扰。然后对任务进行编码，以便在每次任务刺激的同时，在光电传感器的位置显示一个小的“校准”刺激。

Part 3 常见故障排除

1 电极问题

1.1选用帽子的大小：四舍五入至最接近的尺寸。

2.2如果被试的枕骨不是很突出(即他们的后脑勺比较平坦，而不是比较圆)，如果两种电极帽都适用，则“AsianCut”电极帽可能比“CaucasianCut”更合适。

3.3如果帽子在某个区域不能紧贴，但总体上适合，则可以使用松紧带来帮助帽子更好的贴合头皮。

2 阻抗模式的常见问题

2.1务必首先检查接地电极的电阻，如果接地电极电阻过高，则其余电极的阻抗也会显示较高数值。

2.2若所有电极点阻抗值不稳定，调整1号和17号电极点。(如，分配器盒两边的第一个电极)。

2.3如果某个电极点持续显示高阻抗，则很可能忘记了在该电位打电极膏。如果在O2处发生这种情况，请确保标签没有塞在电极下面。

2.4如果您尝试多次调整电极而仍然无法获得阻抗的读数，则电极很可能坏了(但这非常少见)。如果有必要，则可以更换电极，然后再对电极进行全面测试。

2.5后部/枕骨部位的高阻抗有时是由于被试耳朵后面的多余发束造成的。要解决此问题，请尽可能使被试的头发稀疏均匀地分布在脖子上。开始之前，请务必先移除被试的马尾辫或辫子。

2.6如果仪器无法正常工作，尝试重新启动电脑以及拔掉和重新插入所有的电缆。或者需要重新安装驱动程序。

3 坏导检测

3.1在一个小桶里装满一升水，然后加入三汤匙无碘盐。将电极放入水桶中研磨，然后插入放大器。在PyCorder中，运行“测试模式”和“电极LED测试模式”。“如果一个电极断了，在测试模式下，它将显示为一条平直的线，而不是方波。如果LED坏了，在LED测试模式下它不会发光。

3.2如果一个电极被确认为损坏，请按照以下说明操作关于如何更换电极，请访问

www.brainproducts.com/filedownload.php?path=products/brochures_material/actiCAP_Replacement_Electrodes_V005.pdf

4 常见伪迹及解决办法

4.1如果被试眨眼过多，可能是因为他们的眼睛干燥。使用一次性滴眼液解决此问题。戴隐形眼镜的被试比不戴隐形眼镜的被试更频繁地眨眼。眨眼率也可能受药物影响。

4.2如果使用乳突作为参考电极，则记录中可能会出现EKG伪影。为减轻此问题，请尝试将乳突电极放得更远，更靠近耳朵。为了完全避免这个问题，您可以使用P9和P10(位于乳突附近)作为研究的参考，或者使用位于该区域的其他头皮部位(例如TP9和TP10)作为参考。但是，研究中所有被试的参考电极应一致。

4.3 在额叶电极和颞叶电极(例如F7/ F8，T7 /T8，FP1 /FP2)处肌肉噪音较多。可以通过告诉被试放松面部和颈部来解决此问题，但是对于某些被试，可能无效。如果被试戴着眼镜，则眼镜框有时会压在这些电极上，并导致肌肉张力增加;如果可能，请尝试调整眼镜。眼镜应该一直戴在电极帽外面。

4.4如果你看到某种噪声/伪影同时出现在所有通道中，而不是单独出现在一个通道中，那可能是参考电极或接地电极(如果记录时没有参考)有问题。调整参考电极或接地电极可以解决问题。

4.5如果被试是特殊人群(例如儿童、患者人群)，不提供明确的人为指令可能更合适。要求被试监控自身行为本质上是一个双任务，这可能会对他们的任务表现造成比对照组更大的影响。查阅Kappenman& Luck(2016)可了解更多信息。

4.6 如果你在一个单独的通道中看到类似于60hz的纯噪声，则很可能有个电极损坏了。

4.7如果您看到“漂移”或“漂移”的通道，则有时可能是由于电极与头皮之间的接触不良造成的。尝试轻轻地再填充一点膏，或使用松紧带。这在顶部和后/枕电极尤为常见。也可能是由出汗引起，这需要调整实验室的温度。尽管不常见，但电池可能会在录制过程中耗尽。解决此问题的简单方法是使用备用电池。

*文章的使用需遵守“CC BY-NC-ND”协议，即“原作者署名-非商业用途使用-禁止演绎更改”。

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