Использование лица электромиография для оценки реакции лицевые мышцы для опытных и наблюдаемых аффективных Touch в организме человека

Резюме

Мы описываем протокол для оценки деятельности лицевые мышцы в ответ на опытных и наблюдаемых тактильной стимуляции с помощью лица электромиографии.

Аннотация

«Эмоциональный» сенсорный считается обрабатываться образом отличается от дискриминационных касания и привлекать активации C-тактильная (CT) афферентных волокон. Touch, который оптимально активирует CT волокна последовательно оценивается как hedonically приятным. Группы пациентов с нарушениями функционирования социально эмоционального также показывают рейтинги расстройствами аффективного касания. Однако опираясь на сообщенные рейтинги прикосновения имеет множество ограничений, включая отозвание предвзятости и коммуникационных барьеров. Здесь мы описываем методологический подход к изучению аффективных реакций на ощупь через лицевой электромиографии (ЭМГ), который обходит зависимость самоотчета рейтинги. Лице ГРП является объективным, количественные показатели и неинвазивный метод для измерения активности мышц лица, свидетельствует о аффективных реакций. Ответы можно оценить через здорового и больного населения без необходимости в речевой коммуникации. Здесь мы предоставляем два отдельных наборов данных, демонстрируя эту CT-оптимальное и неоптимальные touch вызывают различные лицевые мышцы реакции. Кроме того лица ГРП ответов согласуются через стимул механизмы, например тактильные (опытные прикосновение) и визуальные (наблюдаемых касание). Наконец временное разрешение лица ГРП можно обнаружить ответы на временных масштабах, которые заменяют что устных докладов. Вместе наши данные свидетельствуют о лице ГРП является подходящей методологии для использования в аффективных тактильные исследований, который может использоваться для дополнения, или в некоторых случаях, заменять, существующих мер.

Введение

C-тактильная афферентов (CT) предлагается передать аффективного компонента touch, который можно отличить от дискриминационных аспектов сенсорного обрабатываются через значения волокна^1,2. CT-опосредованной аффективных сенсорный считается играть неотъемлемую роль в социальной афиллиативной поведения³, приводит к гипотезе «кожа как социального органа»⁴. Физические^5,6, развития⁷и психиатрических^8,9 факторов могут влиять CT-опосредованной сенсорного обработки. Таким образом установления объективной мерой для количественного определения аффективных реакций CT-соответствующих ощупь имеет решающее значение для проведения сравнений различных групп населения.

В последние годы был накоплен много проницательность относительно характеристик афферентов CT. Эти unmyelinated афферентов продемонстрировать Перевернутый U-образный огонь частоты, при скорости 1-10 см/s («CT-оптимальный») выявление наибольшую частоту и оба больше («быстро-неоптимальный») или меньшей («медленно неоптимальные») скорости вызывая сокращение Стрельба¹⁰. CT, выпустив частоты коррелирует с сообщенные рейтинги прикосновение «приятности», производить аналогичные Перевернутый U-образной кривой в приятности рейтинги¹⁰. Кроме того CT-афферентов также реагировать наиболее энергично раздражители недалеко от кожи температуры¹¹. Эти волокна также показать собственный проводимости скорости. Unmyelinated CT афферентов медленнее² и таким образом залп афферентных ввода к коре показывает временной лаг по сравнению с скорость быстрее, Миелинизированные значения волокна^1,12. Аффективные и дискриминационных touch можно выделить также на нейронных уровне. Хотя оба типа touch активировать, перекрывающиеся области соматосенсорные, аффективные touch является более вероятно активировать задняя островковой, в то время как дискриминационный касания активирует сенсомоторной области^{13,14,15 , 16}. Эта модель активации согласуется ли touch непосредственно опытным или просто отметил¹⁷, предполагая, что это не просто «снизу вверх» процесс обусловлен физическую активацию CT афферентов аффективных touch, но также включает в себя» сверху вниз» интеграция мультимодальных сенсорной обработки.

В котором CT обработка является недостаточным или иным образом нетипичных ситуаций также предоставил проницательность в функциональную значимость этих афферентов. В уникальной группе пациентов с наследственные мутации гена β фактора роста нервов затрагивающих является снижение плотности тонких и unmyelinated нервных волокон, включая КТ афферентов. По сравнению с здорового управления, эти пациенты доклад touch в CT-оптимальной скорости как менее приятным⁵. Конверс сценарий также верно; пациенты, имеющие Миелинизированные значения волокна способны сохранить слабый ощущение приятного прикосновения, перевозимых по-прежнему нетронутыми афферентов CT⁶. Аномальные аффективных сенсорного обработки не просто ограничивается случаи физического изменения в CT-афферентов. Через пациента и здорового населения выше на спектр аутистических черт те сообщили снижение приятности рейтинги касания⁸. Психически больных лиц также демонстрируют снижение гедонической рейтинги аффективных прикосновения, с историей детства жестокое обращение как один из наиболее последовательных предикторы dysregulated аффективного сенсорный осведомленности⁸. Регуляции в системе на базе CT аффективных сенсорный в анорексия был также сообщил⁹. Таким образом физические и психологические факторы могут оказывать влияние аффективных сенсорного обработки, и таким образом, необходимо разработать методологии, которые могут быть применены ко всем лицам в справедливым и сопоставимым образом.

Понимание нормативно типичные и аффективные обработки dysregulated имеют возможность представить картину более тонкий многих групп пациентов. Однако один потенциальным ограничением исследований аффективных сенсорный является необходимость сообщенные рейтинги. Время от времени самоотчетов может быть ненадежным¹⁸ и вспомнить смещения¹⁹. Запросы самоотчета психологически можно удалить участника из текущей настройки, ограничивая экологическая обоснованность ответов и временно удаляя их из опыта²⁰. Кроме того самоотчетов опирается на твердое понимание языка и семантики, делая межкультурных и развивающих различных сравнений (например младенцев и малышей в возрасте человек) сложной. Например лица с диагнозом аутизм спектра часто показывают различные поведенческие реакции на ощупь²¹, но также может иметь трудности в общении устно²². Таким образом нахождение неинвазивные методы для измерения ответы на ощупь, которые обойти зависимость самоотчета может переводить, по крайней мере, для лучшего понимания механизмов аффективных прикосновения и в большинстве, Роман проницательности в регуляции социальной обработки в популяциях пациентов.

Лица электромиографии (ЭМГ) является подходящим кандидатом объективно оценить аффективных реакций на ощупь. Он был использован для измерения Валанс специфические реакции визуальных²³, аудиовизуальных²⁴, обонятельных²⁵и вкусовые²⁶ раздражителей. Лице ГРП является безопасный и неинвазивный метод, состоящий из поверхности электродов, которые придерживаются лица²⁷. Эти поверхности электродов записи лица мышечной деятельности постоянно в режиме реального времени с чувствительностью масштабе времени в десятки миллисекунд. Особый интерес представляет гофроагрегат supercilii («гофроагрегат»), который активируется при Муганского брови и расслабляет во время улыбки. В результате гофроагрегат активность имеет линейную связь с аффективными Валанса, с повышенной реакции на негативные стимулы и снижение активности в ответ на позитивные стимулы²⁸. Кроме того, скуловой («скуловой») — это мышцы, активирован как углы рта, вырывать в улыбке. Скуловой отображает шаблон «J-образный» активацию с позитивные стимулы, выявление наиболее ответ и наиболее негативные стимулы, вызывая больше ответов, чем нейтральные стимулы²⁸. Лице ГРП записи этих мышц может наблюдаться даже когда стимулы представлены за пределами осознания, или когда люди явно пытаются подавить их реакции^29,30. Важно отметить, что лица ГРП может использоваться отдельно или в сочетании с самоотчета рейтинги или другие физиологические записи. Таким образом это идеальный методологию для оценки аффективных реакций тактильной стимуляции^31,32.

В целом лица ГРП может сочетаться с самоотчета рейтинги, чтобы определить, как КТ оптимальный тактильной стимуляции влияет лица мышечной активности как потенциальный показатель аффективные реакции. Один можно воспользоваться частоты зависит от скорости стрельбы CTs применять касания на CT-оптимальное и не оптимальной скорости, и прикосновение может применяться как руки CT-богатые и предположительно CT-не хватает ладони. Сравнение производится через механизмы ли аффективные реакции на ощупь требуют прямой стимуляции или может быть вызвал через простое наблюдение, наводящий общей обработки через сенсорные условий. Наконец при установлении лица ГРП как подходящей методологии для изучения аффективных реакций аффективных ощупь, исследователи могут затем исследовать как аффективных сенсорного обработки может зависеть от различных мероприятий (например, лекарствами; воздействие стресса ), как она меняется на протяжении всего развития⁷, как это зависит от отношения interactants³³, и является ли это dysregulated в клинической населения⁸.

протокол

Этот протокол основан на Майо et al.³¹ (Experiment 1) и РЗЭ et al.³² (Experiment 2). Этические утверждения был предоставлен региональный этические Наблюдательный Совет, Линчепинг, Швеция (Experiment 1) и местные этического Комитета на кафедре психологии, Университет Осло, Норвегия (Experiment 2).

1. участник отбора и подготовки

1. Набираем участников, которые не хватает тактильной или нескорректированной нарушения зрения и свободны от каких-либо неврологических и психиатрических расстройств, если конкретной популяции пациентов набирается.
2. Убедитесь, что участники способны полностью понять инструкции по задаче (например, свободно говорит на языке, что задачи находятся в ведении).
3. Если включая более чем одной задачи (например, опытные, наблюдаемые), убедитесь, что порядок задач уравновешивается участников, стратификации для пола, возраста или других отличительных факторов.

2. стимулы и строительных задач

Примечание: В таблице 1 приведена экспериментальный дизайн.

1. Задачи опытные touch (экспериментов 1 и 2)
   1. Создание судебных разбирательств таким образом, чтобы они состоят из базового периода, коснуться, администрации и самоотчета рейтинги, все разделенных jittered ИТИС.
      1. Базовые периоды состоят из пустой экран, фиксации крест или других нейтральных сцены до тактильной стимуляции.
      2. Следует тактильной стимуляции на короткий (например, 1-2 сек) получаются ITI, затем самоотчета рейтинги.
      3. Jittered между пробной интервал (ITI; например 6-7 s) следует самоотчета рейтинги разрешить активность мышц вернуться в базовых уровней, до начала следующего судебного разбирательства.
   2. Используйте либо аудио (эксперимент 1³¹) или визуальные подсказки (Experiment 2³²) для обеспечения что прикасаться поставляется при соответствующей скорости.
      1. Чтобы использовать звуковые сигналы, сигналы доставлены наушниками носили экспериментатору отслеживать темп стимуляции с помощью метронома. Различие скоростей с помощью тонн различных смол (или другие отличительные аудио cue, например, Кий, сказав «10 см/сек»), предшествуют стимуляции сигналов.
      2. Чтобы использовать визуальные подсказки, отображения подсказок на планшете только с учетом экспериментатора. Используйте движущихся бар для отслеживания скорости сенсорного управления.
   3. До начала исследования, практику для обеспечения что прикасаться поставляется на соответствующей скорости и постоянное давление. Для этого применяются мазки шкалы аналогичным образом как участник. Шкала индикации используется для определения, если изменения давления во всем touch администрации. Например давление 0,4 N будет читать как 40 g на шкале.
2. Задачи наблюдаемых touch (Experiment 1)
   1. Убедитесь, что видео сенсорного управления имеют одинаковую длину, независимо от скорости.
      1. Включать оба CT-оптимальное (1-10 cm/s) и неоптимальные (менее 1 см/с или более чем на 10 см/сек) скорости.
   2. Начало испытаний с фиксации крест или других нейтральных условий, следуют видео.
      Примечание: Видео содержат сенсорный доставлены CT-богатые волосатые кожи (arm), КТ хватает glabrous кожи (пальмы) и -социальные состояния, в котором сенсорный доставляется поддельные деревянные рукоятки (рис. 2; см. дополнительное видео).
      1. После 1-2 s ити получения самоотчетов рейтинги.
      2. Разрешить другим ITI 6-7 после рейтинги предшествовать следующий суд разрешить активность ГРП вернуться к базовой.

3. лица электромиографии

1. Сбора данных и их фильтрация руководящие принципы (на основе предыдущих протоколов^27,34)
   1. Используйте программное обеспечение для применения фильтрации шаги, либо в режиме реального времени или в автономном режиме. Типичные фильтрации шаги включают гребень группы остановить фильтр для отбора потенциальных шум от переменного тока (50/60 Гц), следуют сглаживания и ректификации.
      Примечание: Первоначальный основные шаги фильтрации могут быть установлены на ГРП усилители (например, фильтр высоких частот 10 Гц) и фильтр низких частот 500 или 1000 Гц.
2. Электродов (на основе предыдущих протоколов^27,34)
   1. Кратко опишите процесс подачи заявки участника. Используйте нейтральные слова («датчик») вместо из потенциально вызывающий беспокойство слова («электроды»)³⁴.
      1. Решите, какую информацию рассказать участникам о цели датчиков.
         Примечание: В текущих исследованиях участники сообщили датчиков будет измерять мышечную и пот деятельности во время сессии.
   2. Очистите кожу участников до электродов.
      1. Используйте воду для очистки районов, в которых будут применяться датчики.
      2. Используйте скраб эксфолиант для слегка истирает те же районы. Осторожность для предотвращения раздражения кожи крупных, хотя незначительные раздражения может произойти.
   3. Использование электродных пар, состоящий из двух электродов 4 мм экранированный биполярного записи плюс электрод монополярный ссылки.
      1. Применять клей воротники к электродам, таким образом, что они придерживаться кожи.
      2. После того, как воротники придерживаться внешний обод электродов, заполните датчики с токопроводящих электродов гелем, заботясь, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха.
   4. Место электродных пар параллельно muscle(s) интерес и перпендикулярную потенциальных источников шума, например другие мышцы³⁴.
      1. Корругатор: Наносить один электрод непосредственно над бровью вдоль воображаемой вертикальной линии, которая проходит внутренний уголок глаза. Разместите второй электрод 1 см боковых и слегка превосходит первую, вдоль границы брови.
      2. Скуловой: Место первый датчик midway вдоль воображаемой линии, соединяющей верхнюю уха (где уха встречается черепа) и в углу рта. Место второй электрод 1 см медиальной (в сторону рта). Позаботьтесь, чтобы избежать жевательной мышцы.
      3. Используйте 8 мм неэкранированный, однополюсное записи электрода как электрод сравнения. Место электрода в середине лба, равноотстоящих (см. выше) внутренний бровей и (волос см. ниже).
      4. Убедитесь, что электрод, провода размещаются таким образом, чтобы они не препятствовали видения. Используйте медицинская лента для обеспечения долгосрочной приверженности электродов для кожи и уменьшения шума/артефакты из-за движения шнур.
   5. Определите качество электродов с монитором импеданс. Приемлемые импеданс уровни являются ниже 20 kΩ. Если электроды должны быть восстановлены для достижения уровней соответствующий импеданс, используйте чистую пару электродов.

4. задача процедура

1. Общий порядок
   1. После датчик приложения, завершения задачи. Если используется более одной задачи, уравновесить порядок участников.
   2. Убедитесь, что участники сидят комфортно для сведения к минимуму лишние движения, которое может ввести движение артефакты³⁴.
2. Задачи опытные touch
   1. Участники место перед компьютером с быть коснулась рука вытянута боков, отдыхая комфортно (например, на подушке).
      Примечание: Рекомендуется применять прикосновение к руке, что не используется для сообщенные рейтинги для сведения к минимуму потенциальных движение артефакты в ГРП сигнала.
   2. Загородить вид руку от участника, либо с помощью разделителя занавес³¹ или очки, которые загородить боковое зрение (рис.³²) ³⁵.
   3. Поручить участник сосредоточиться на как прикосновение заставляет их чувствовать себя.
   4. Варьироваться расположение сенсорный чтобы избежать усталости КТ³⁶.
   5. Управление касания с помощью кисти волос козье 75 мм к назначенным раздел, отмеченные на руку (и пальмы). Можно также примените прикосновения с помощью силы контролируемых робот³⁷.
   6. Используйте последовательное касание администрации направление, например, туда и обратно (дистальной к проксимальной, затем проксимальнее дистальной части) или одного направления (проксимальных и дистальных только)
3. Задачи наблюдаемых touch
   1. Участник место передней части компьютера, который будет отображать видео.
   2. Поручить участник, что они должны оценить, как видео сделал их чувствовать себя.
   3. Убедитесь, что соответствующий участник является, вне поля зрения экспериментатора³⁴.

5. данные, очистки и анализа

1. Чтобы оценить средний ГРП активации для типа определенного сенсорного стимула, Сравните ответ на раздражитель касания выше базовой линии, т.е. [означает активации во время 6 s касания стимуляции] - [означает активации в течение 1 s престимульной «базовый»], как это было предложено ³⁴Fridlund и Cacioppo.
   1. Средняя ответов для каждого сенсорных стимулов типа (CT-оптимальное, неоптимальные и, при необходимости, каждое местоположение (arm/ладони).
   2. Сделать это для каждой мышцы (гофроагрегата, скуловой) и самостоятельный отчет рейтинг (приятности, интенсивность) индивидуально.
2. Для получения более чувствительны время курс, Вычислите среднее ГРП активации во время меньшие промежутки времени (например, 700 МС; см. Рисунок 5³²). Вычтите же 1 Базовый s от всех интервалов для удаления исходных ЭМГ активности.
   Примечание: До анализа рекомендуется иметь данные вручную проверены рейтеров ослепил коснуться условий для ликвидации испытания с артефакты активаций³⁴.

Результаты

CT-оптимальное прикосновение вызывает различные ответы ГРП, по сравнению с быстро неоптимальный touch через механизмы
Первый эксперимент, рассмотрены ли дифференциального ГРП реактивностью могут быть обнаружены в ответ на CT-оптимальное (3 см/с) и быстро оптима...

Обсуждение

Здесь мы отчет об использовании лица электромиографии (ЭМГ) как метод для изучения аффективных реакций наблюдаемых и опытных ощупь. Ранее многие исследования были сосредоточены на использование самоотчета рейтинги характеризовать аффективных качество сенсорный. Touch, который оптимал?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
4 mm Ag-AgCl sheilded reusable electrodes	Biopac	EL654
75 mm goat hair brush	IN-EX Color AB	77062	Touch application; https://www.in-exfarg.se
8 mm 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