Usando l'elettromiografia facciale per valutare le reazioni del muscolo facciale tatto affettiva esperto e osservati in esseri umani

Riepilogo

Descriviamo un protocollo per valutare l'attività del muscolo facciale in risposta alla stimolazione tattile con esperienza e osservata usando l'elettromiografia facciale.

Abstract

"Affettiva" tocco è creduto per essere trattati in maniera distinta dal touch discriminatorie e a coinvolgere l'attivazione delle fibre afferenti C-tattile (CT). Tocco che attiva in modo ottimale fibre CT è costantemente classificata come hedonically piacevole. Gruppi di pazienti con funzionamento socio-emotivo alterato anche mostrano tocco affettiva disordinata voti. Tuttavia, basandosi sulla valutazione auto-riferite di tocco ha molte limitazioni, tra cui le barriere di pregiudizi e comunicazione di richiamo. Qui, descriviamo un approccio metodologico per lo studio delle risposte affettive al tatto tramite facciale elettromiografia (EMG) che elude l'affidamento ai rating self-report. EMG facciale è un oggettivo, quantitativa e il metodo non invasivo per misurare l'attività del muscolo facciale indicativo di risposte affettive. Le risposte possono essere valutate attraverso le popolazioni sane e paziente senza la necessità di comunicazione verbale. Qui, mettiamo a disposizione due set di dati separato dimostrando quel tocco CT-ottimale e non ottimale suscitare reazioni distinte del muscolo facciale. Inoltre, le risposte EMG facciale siano coerenti modalità di stimolo, per esempio tattile (esperto tocco) e visual (osservato tocco). Infine, la risoluzione temporale di facciale EMG può rilevare le risposte su scale cronologiche che sostituisce quella del reporting verbale. Insieme, i nostri dati suggeriscono che EMG facciale è una metodologia adeguata per uso nella ricerca tattile affettiva che può essere utilizzato per integrare, o in alcuni casi, soppiantare, misure esistenti.

Introduzione

C-tattile (CT) afferenze sono proposti per trasmettere la componente affettiva del tatto, che può essere distinto dagli aspetti discriminante di tocco elaborati tramite fibre Aβ^1,2. CT-mediata affettiva tocco è creduto per svolgere un ruolo integrale nel sociale comportamenti affiliativi³, che conduce a "pelle come organo sociale" ipotesi⁴. Fisica^5,6, inerente allo sviluppo⁷e psichiatrici^8,9 fattori possono influenzare elaborazione tocco CT-mediata. Così, che istituisce una misura oggettiva per quantificare le reazioni affettive CT-pertinenti tatto è fondamentale per consentire confronti tra popolazioni.

Negli ultimi anni, è stata acquisita una visione molto per quanto riguarda le caratteristiche di CT afferenze. Queste afferenze unmyelinated dimostrano una frequenza di infornamento a forma di U invertita, con velocità di 1-10 cm/s ("CT-ottimale") suscitando la maggiore frequenza ed entrambe maggiori ("veloce non ottimale") o minore velocità ("lento non ottimale") suscitando ridotte ¹⁰di infornamento. CT frequenza di infornamento correla con le valutazioni auto-riferite di tocco "gradevolezza", producendo una curva a forma di U invertita simile in piacevolezza valutazioni¹⁰. Inoltre, CT-afferenze anche rispondere più robustamente agli stimoli vicino pelle temperatura¹¹. Queste fibre inoltre mostrano la velocità di conduzione distinti. Le afferenze CT unmyelinated sono più lento² e la raffica di input afferente alla corteccia Mostra così un ritardo temporale rispetto alla velocità del più veloce, myelinated Aβ fibre^1,12. Affettiva e discriminante touch possono essere distinti anche a livello neurale. Mentre entrambi i tipi di tocco attivare aree somatosensoriali sovrapposte, tocco affettivo è più probabile attivare l'insula posteriore, mentre tocco discriminativo attiva aree sensorimotorie^{13,14,15 , 16}. questo modello di attivazione è costante se il tocco è direttamente sperimentato o semplicemente osservato¹⁷, suggerendo che tocco affettiva non è solo un processo di "bottom-up" guidato da attivazione fisica delle afferenze di CT, ma coinvolge anche " Top-down"integrazione di elaborazione sensoriale multimodale.

Situazioni in cui CT elaborazione è carente o altrimenti atipiche anche ha fornito la comprensione del significato funzionale di queste afferenze. In un unico gruppo di pazienti con una mutazione ereditaria che interessa il gene β fattore di crescita del nervo, c'è una riduzione della densità delle sottili ed unmyelinated fibre nervose, tra cui afferenze di CT. Rispetto ai controlli sani, questi pazienti relazione tocco a CT-ottimale velocità come meno piacevole⁵. Lo scenario di converse è anche vero; i pazienti privi di fibre myelinated Aβ sono in grado di mantenere una debole sensazione di piacevole tocco trasportato dal CT ancora intatta afferenze⁶. Elaborazione anormale affettiva tocco non si limita solo alle istanze di cambiamenti fisici in CT-afferenze. Attraverso le popolazioni pazienti e sani, quelli superiori sullo spettro di tratti autistici segnalati voti ridotta piacevolezza del tocco⁸. Pazienti psichiatrici dimostrano anche ridotte voti edonistico del contatto affettivo, con una storia di maltrattamento infantile come uno dei predittori più coerenti di dysregulated affettiva tocco consapevolezza⁸. Disregolazione del sistema touchscreen basato su CT affettiva in nervosa di anorexia è stato anche segnalato⁹. Così sia fisici che psicologici fattori possono influenzare l'elaborazione affettiva tocco, e come tale, è assolutamente necessario stabilire metodologie che possono essere applicati a tutti gli individui in maniera equa e comparabile.

Intuizioni normo-tipici e dysregulated elaborazione affettiva hanno l'opportunità di fornire un'immagine più sfumata di molti gruppi di pazienti. Tuttavia, una limitazione potenziale di ricerca affettiva tocco è la necessità di valutazioni auto-riferite. A volte, self-report può essere inaffidabile¹⁸ e soggetto a recall bias¹⁹. Richieste di auto-rapporto psicologicamente possono rimuovere un partecipante dall'impostazione corrente, limitando la validità ecologica delle risposte e la loro rimozione temporaneamente dalla esperienza²⁰. Inoltre, self-report si basa su una solida comprensione linguistica e semantica, rendendo interculturale e inerente allo sviluppo diversi confronti (ad es. neonato e bambino-età individui) impegnativo. Per esempio, individui con una diagnosi di autismo spettro spesso mostrano le risposte comportamentali distinte al tatto²¹, ma possono anche avere difficoltà nel comunicare verbalmente²². Così, trovando metodi non invasivi per misurare le risposte al tocco che eludono una dipendenza self-report può tradurre, almeno, ad una migliore comprensione dei meccanismi di tocco affettiva e presso la maggior parte, romanzo intuizioni disregolazione della trasformazione sociale in popolazioni di pazienti.

Facciale elettromiografia (EMG) è un candidato adatto valutare oggettivamente risposte affettive al tatto. Esso è stato utilizzato per misurare le reazioni di valence-specifiche per visual²³, audiovisive²⁴, olfattivo²⁵e stimoli gustativi²⁶ . EMG facciale è un metodo sicuro e non invasivo, costituito da elettrodi di superficie che aderiscono al viso²⁷. Questi elettrodi di superficie registrano l'attività del muscolo facciale continuamente in tempo reale con sensibilità di scala tempo in decine di millisecondi. Di particolare interesse è il corrugatore del sopracciglio ("corrugatore"), che viene attivato quando aggrottando la fronte e si rilassa durante un sorriso. Di conseguenza, corrugatore attività ha una relazione lineare con valenza affettiva, con aumento della risposta agli stimoli negativi ed attività in diminuzione in risposta a stimoli positivi²⁸. Inoltre, lo zigomatico maggiore ("zigomatica") è il muscolo attivato come angoli di sollevare la bocca in un sorriso. Il zygomatic Visualizza un pattern di attivazione "J-a forma di" con stimoli positivi, suscitando la risposta più grande e gli stimoli più negativi, suscitando una risposta maggiore di stimoli neutri²⁸. Registrazioni di EMG facciale di questi muscoli possono essere osservate anche quando gli stimoli sono presentati fuori consapevolezza cosciente o quando gli individui sono esplicitamente cercando di sopprimere le loro reazioni^29,30. D'importanza, EMG facciale può essere utilizzato da solo o in combinazione con auto-rapporto voti o altre registrazioni fisiologiche. Così, è una metodologia ideale per valutare reazioni affettive a stimolazione tattile^31,32.

In somma, EMG facciale può essere abbinato di self-report voti per determinare come CT-ottimale stimolazione tattile influenza l'attività del muscolo facciale come indicatore potenziale di risposta affettiva. Uno può sfruttare la frequenza di infornamento dipendente dalla velocità di CTs per applicare tocco a velocità ottimale di CT e non ottimale, e tocco può essere applicato sia per il braccio di CT-ricchi e il putativamente CT-manca palm. Confronto può essere fatto attraverso le modalità per determinare se le risposte affettive al tatto richiedono la stimolazione diretta o possono essere suscitate tramite una semplice osservazione, indicativi di elaborazione condivisa attraverso modalità sensoriali. Infine, dopo aver stabilito EMG facciale come una metodologia adeguata per studiare le reazioni affettive tatto affettiva, i ricercatori possono quindi esplorare come affettivo tocco elaborazione può essere influenzata da vari interventi (ad esempio, somministrazione di droga; l'esposizione di sforzo ), come cambia in tutto lo sviluppo⁷e come è influenzato dal rapporto del interagenti³³si tratti dysregulated in popolazioni cliniche⁸.

Protocollo

Questo protocollo è basato su Mayo et al³¹ (esperimento 1) e Ree et al.³² (esperimento 2). Approvazione etica fu concesso dal comitato etico regionale di revisione, Linköping, Svezia (esperimento 1) e il comitato etico locale presso il dipartimento di psicologia, Università di Oslo, Norvegia (esperimento 2).

1. preparazione e Screening partecipante

1. Reclutare i partecipanti che mancano di dispersioni visive tattili o non corrette e sono privi di qualsiasi disturbo neurologico o psichiatrico, a meno che una specifica popolazione di pazienti è in fase di assunzione.
2. Assicurare che i partecipanti siano pienamente in grado di comprendere le istruzioni sulle attività (per esempio, parla correntemente la lingua che le attività siano amministrate).
3. Se tra più attività (ad es. con esperienza, osservato), affinché tale ordine di attività è controbilanciata nei partecipanti, di stratificazione per sesso, età o altri fattori distintivi.

2. stimoli e attività edilizia

Nota: Vedere la tabella 1 per il disegno sperimentale.

1. Attività con esperienza touch (esperimenti 1 e 2)
   1. Creare prove tali che consistono di un periodo di previsione, amministrazione di tocco e self-report valutazioni, tutti separati da jittered ITIs.
      1. Periodi di riferimento sono costituiti da una schermata vuota, fissazione trasversale o altra scena neutra prima della stimolazione tattile.
      2. Stimolazione tattile è seguita da un breve (es. 1-2 s) ITI, quindi auto-rapporto voti ottenuti.
      3. Un intervallo Inter-trial jittered (ITI; ad es. 6-7 s) segue voti self-report per consentire l'attività muscolare tornare ai livelli basali prima inizia il processo successivo.
   2. Utilizzare sia audio (esperimento 1³¹) o segnali visivi (esperimento 2³²) per garantire quel tocco viene consegnato alla velocità appropriata.
      1. Per utilizzare segnali audio, avere spunti consegnati alla cuffia indossata dallo sperimentatore per monitorare il ritmo della stimolazione utilizzando un metronomo. Distinguere le velocità usando toni di divergenti (o altri distintivi cue audio, ad esempio, un cue dicendo "10 cm/s") che precedono gli spunti di stimolazione.
      2. Per utilizzare segnali visivi, visualizzare segnali su una tavoletta solo in considerazione lo sperimentatore. Utilizzare una barra in movimento per monitorare la velocità di somministrazione di tocco.
   3. Prima dell'inizio dello studio, pratica per garantire quel tocco viene recapitato presso la velocità appropriata e una pressione costante. A tale scopo, è necessario applicare pennellate alla scala in un modo simile per quanto riguarda il partecipante. La lettura della scala viene utilizzata per determinare se i cambiamenti di pressione in tutto toccare amministrazione. Per esempio, una pressione di 0,4 N leggerebbe come 40 g sulla scala.
2. Attività osservata touch (esperimento 1)
   1. Assicurarsi che il video di tocco amministrazione siano di lunghezza simile, indipendentemente dalla velocità.
      1. Sono entrambi CT-ottimale (1-10 cm/s) e non ottimale (meno di 1 cm/s o più di 10 cm/s) velocità.
   2. Iniziare le prove con una fissazione trasversale o altra condizione neutra seguito da video.
      Nota: Video contengono tocco consegnato in pelle pelosa CT-ricchi (braccio), CT-carente di pelle glabra (Palma) e una condizione di non-sociale in cui tocco viene recapitato a un falso braccio di legno (fig. 2; Vedi video supplementare).
      1. Dopo un 1-2 s ITI, ottenere valutazioni self-report.
      2. Consentire un altro 6-7 ITI seguito voti a precedere la prossima prova per consentire l'attività EMG tornare alla linea di base.

3. facciale elettromiografia

1. Acquisizione dati e filtraggio orientamenti (basate su precedenti protocolli^27,34)
   1. Utilizzare software per applicare operazioni di filtraggio in tempo reale o non in linea. Passaggi di filtraggio tipici includono fermo pettine filter per filtrare fuori il rumore potenziale dall'alimentazione a C.A. (50/60 Hz), seguita da rettifica e levigatura.
      Nota: Passaggi di filtraggio base iniziale possono essere impostate su amplificatori di EMG (ad esempio, un filtro passa-alto di 10 Hz) e un filtro passa-basso di 500 o 1.000 Hz.
2. Applicazione dell'elettrodo (basata su precedenti protocolli^27,34)
   1. Descrivere brevemente il processo di applicazione al partecipante. Usare parole neutre ("sensore") invece di potenzialmente ansia-evocare parole ("elettrodo")³⁴.
      1. Decidere quali informazioni per dire ai partecipanti per quanto riguarda lo scopo dei sensori.
         Nota: Negli studi di corrente, i partecipanti ci hanno detto che sensori sarebbero misurare muscolare e sudore attività durante la sessione.
   2. Pulire la pelle dei partecipanti prima dell'applicazione dell'elettrodo.
      1. Utilizzare acqua per pulire le aree in cui sensori verranno applicate.
      2. Utilizzare uno scrub esfoliante per carteggiare leggermente le stesse aree. Usare cautela per evitare irritazioni della pelle principali, anche se lievi irritazioni sono probabile che si verifichi.
   3. Utilizzare coppie di elettrodi che consiste di due elettrodi di registrazione bipolare 4 mm schermato più elettrodo monopolare un riferimento.
      1. Applicare adesivi collari sugli elettrodi tale che aderiscono alla pelle.
      2. Una volta collari aderire al bordo esterno degli elettrodi, sensori di riempire con un gel per elettrodi conduttivi, avendo cura di evitare la formazione di bolle d'aria.
   4. Posto coppie di elettrodi paralleli per il muscolo (s) di interesse e perpendicolare alle potenziali fonti di rumore, ad esempio altri muscoli³⁴.
      1. Corrugatore: Apporre un elettrodo direttamente sopra il sopracciglio lungo una linea verticale immaginaria che attraversa l'angolo interno dell'occhio. Posizionare il secondo elettrodo 1 cm laterale e leggermente superiore al primo, lungo il confine del sopracciglio.
      2. Zigomatico: Posizionare il primo sensore a metà lungo una linea immaginaria che collega la parte superiore dell'orecchio (dove l'orecchio incontra il cranio) e l'angolo della bocca. Posto il secondo elettrodo 1cm mediale (verso la bocca). Prestare attenzione per evitare il muscolo del masseter.
      3. Utilizzare un elettrodo di registrazione non schermati, monopolare 8mm come un elettrodo di riferimento. Posizionare l'elettrodo in mezzo alla fronte, equidistante (sopra) le fronti interne e (sotto) l'attaccatura dei capelli.
      4. Garantire tale elettrodo fili sono posti tale da non ostacolare la visione. Utilizzare nastro medico per assicurare l'aderenza a lungo termine degli elettrodi per la pelle e ridurre artefatti di disturbo a causa del movimento del cavo.
   5. Determinare la qualità di applicazione degli elettrodi con un monitor di impedenza. I livelli di impedenza accettabile sono sotto 20 kΩ. Se gli elettrodi devono essere riapplicato per raggiungere i livelli di impedenza appropriato, utilizzare un paio di elettrodi.

4. attività procedura

1. Ordine generale
   1. Seguente applicazione del sensore, attività completa. Se si utilizza più di un'attività, è possibile controbilanciare ordine tra i partecipanti.
   2. Garantire che i partecipanti sono seduti comodamente per ridurre al minimo movimento estraneo che può introdurre artefatti di movimento³⁴.
2. Attività con esperienza touch
   1. Partecipanti seduta davanti al computer con il braccio be-toccato esteso lateralmente, riposando tranquillamente (ad esempio, su un cuscino).
      Nota: Si consiglia di applicare tocco al braccio che non viene utilizzato per le valutazioni di auto-riferiti al fine di ridurre al minimo i potenziali artefatti di movimento del segnale EMG.
   2. Occludere la vista del braccio dal partecipante o utilizzando un separatore di tenda³¹ o occhiali che occludono la visione laterale (Figura 1³²) ³⁵.
   3. Istruire i partecipanti a concentrarsi su come il tocco li fa sentire.
   4. Variare il punto di contatto per evitare affaticamento CT³⁶.
   5. Amministrare il touch utilizzando un pennello di pelo di capra 75 mm applicato al designato sezioni contrassegnate sul braccio (e palm). In alternativa, applicare touch utilizzando un robot controllato dalla forza³⁷.
   6. Utilizzare touch coerente direzione amministrazione, ad esempio, avanti e indietro (distale-prossimale, poi prossimale a distale) o singola direzione (prossimale-distale solo)
3. Attività osservata touch
   1. Partecipante di seduta davanti al computer che consente di visualizzare i video.
   2. Istruire il partecipante che dovranno votare come il video li ha fatti sentire.
   3. Assicurarsi che il partecipante sia dalla visualizzazione del sperimentatore³⁴.

5. dati pulizia e analisi

1. Per valutare l'attivazione EMG media a un tipo di stimolo di tocco specifico, confrontare la risposta allo stimolo tocco alla linea di base precedente, vale a dire [significa attivazione durante la stimolazione di tocco 6 s] - [media attivazione durante 1 prestimulus s "baseline"], come suggerito dal Fridlund e Cacioppo³⁴.
   1. Toccare risposte medie per ogni tipo di stimolo (CT-ottimale, non ottimale e, se del caso, ogni posizione (braccio/palm).
   2. Eseguire questa operazione per ogni muscolo (Ondulatore, zigomatico) e self-report voto (piacevolezza, intensità) singolarmente.
2. Per ottenere un corso a tempo più sensibile, calcolare media attivazione EMG durante più piccoli intervalli di tempo (ad es., 700 ms; Vedi Figura 5³²). Sottrarre la stessa previsione s 1 da tutti gli intervalli per rimuovere la linea di base l'attività EMG.
   Nota: Prima dell'analisi, si raccomanda di avere dati manualmente controllati da valutatori accecati per toccare le condizioni per eliminare prove con attivazioni artifactual³⁴.

Risultati

CT-ottimale tocco suscita le risposte di EMG distinte rispetto al tocco veloce non ottimale attraverso le modalità
Il primo esperimento indirizzato sia la reattività EMG differenziale potrebbe essere rilevata in risposta a CT-ottimale (3 cm/s) e veloce non ottimale stimolazione tattile (30 cm/s) che era direttamente con esperienza (Figura 3) o semplicemente osservato (Figura 2 e Figura 3...

Discussione

Qui, segnaliamo sull'uso di facciale elettromiografia (EMG) come un metodo per studiare le risposte affettive tatto osservato e sperimentato. In precedenza, molti studi si sono concentrati sull'uso di auto-rapporto voti per caratterizzare la qualità affettiva di tocco. Tocco che attiva in modo ottimale CT afferenze (per es., 1-10 cm/s) è costantemente classificata come più piacevole di quanto sia veloce o più lento toccare velocità¹⁰. Al contrario, valutazioni di intensità sembrano tenere tr...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
4mm Ag-AgCl sheilded reusable electrodes	Biopac	EL654
75mm goat hair brush	IN-EX Color AB	77062	Touch application; https://www.in-exfarg.se
8mm Ag-AgCl unsheilded reusable electrode	Biopac
Acqknowledge software	Biopac	ACK100W	Used for application of filtering steps, analysis
Adhesive collars	Biopac	ADD204
Cables	Biopac	BN-EL30-LEAD3; LEAD2	LEAD3 includes ground, LEAD2 is only bipolar recording electrodes
Electro-gel	Biopac	GEL100
EMG aplifier x 2	Biopac	BN-EMG2
El-Prep	Biopac	ELPREP	Facial exfoliant
MP160 data acqusition system	Biopac	MP160WSW
Presentation software	Neurobehavioral systems		Task presentation software