المصدر: مختبرات جوناس ت. كابلان وسارة آي جيمبل - جامعة جنوب كاليفورنيا
يتحكم الجهاز العصبي اللاإرادي (ANS) في نشاط الأعضاء الداخلية للجسم وينظم التغير…
1. قم بتجنيد 40 مشاركا.

3. تقديم التعليمات للمشارك.
5. تحليل البيانات.
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
يمكن استخدام القياسات الفسيولوجية لفهم الأداء النفسي ، والكشف عن علاقة تفاعلية بين الجسم والعقل.
تعتمد سرعة تغير ضربات قلب الشخص على محيطه ، وبالتالي حالته العاطفية. على سبيل المثال ، قد يظهر الشخص الذي يشعر بشخصية غامضة تتبعه في الليل ارتفاع معدل ضربات القلب بسبب الخوف ، بالإضافة إلى المجهود البدني من الهروب.
في المقابل ، عندما يدخل نفس الفرد في بيئة مريحة ، مثل التجمع في منزل أحد الأصدقاء ، لا يوجد خطر نسبيا - باستثناء ربما سكب النبيذ على السجادة البيضاء.
ومن المثير للاهتمام ، على الرغم من أن سرعة القلب يمكن أن تتغير تلقائيا استجابة لمشاعرهم الخاصة ، إلا أنها يمكن أن تتأثر أيضا بالعواطف التي يميزون بها في الآخرين - مثل الرعب في رجل كسر للتو المصباح المفضل للمضيف.
هنا ، يمكن أن تؤدي ملاحظة علامات الرهبة في وجه الطرف المذنب - العيون الواسعة والأسنان العارية والحواجب المرفوعة - إلى تصعيد معدل ضربات قلب المراقب لفترة وجيزة. خلال كل هذه التجارب ، أظهر الفرد تغيرا عاليا في معدل ضربات القلب ، أو HRV ، مما يمثل تنظيما فعالا.
في هذا الفيديو ، نستكشف كيف يمكن استخدام النطاقات في قدرة القلب والأوعية الدموية - منخفضة إلى عالية - على قدرة الفرد على التعرف على المشاعر لدى الآخرين.
نوضح كيفية تصميم وإجراء تجربة لتحليل كل من بيانات معدل ضربات القلب والتعرف على العاطفة.
في هذه التجربة ، يتم تجهيز المشاركين أولا بأقطاب كهربائية حول القلب ، ويطلب منهم الراحة أثناء التقاط التسجيلات الأساسية ، ثم يعرضون صورا لوجوه بشرية تعبر عن مشاعر مختلفة ، والتي يجب عليهم تحديدها حيث يتم تسجيل إشاراتهم القلبية باستمرار.
أثناء المهمة ، يتم عرض صليب تثبيت صغير في وسط شاشة الكمبيوتر ، متبوعا بصورة لوجه بشري واحد.
الحيلة هي أن صورة الوجه هذه يمكن أن تكون إما ذات تعبير هادئ ومحايد - على سبيل المثال ، شخص لديه فم مريح وحاجبين وجبهة - أو حالة خوف.
عند تقديم كل صورة مرئية ، يجب على المشاركين الإشارة إلى الشعور الذي تصوره. الفكرة هنا هي أن الدقة الإجمالية لردودهم توفر مقياسا لقدرة التعرف العاطفي.
تنتهي كل تجربة بتقديم رمز تثبيت نهائي لفصل المتغيرات التابعة بوضوح: الاستجابات العاطفية والقلبية عبر أنواع التجارب التي تظهر بالتساوي ولكن بترتيب عشوائي.
أثناء مراقبة معدل ضربات القلب ، يتم التركيز على عنصر حاسم في الدورة القلبية يسمى الموجة R ، والتي تتوافق مع الذروة الكبيرة أثناء كل نبضة. يتم حساب تقلب معدل ضربات القلب ، بما يتوافق مع الوقت بين كل ذروة وكيف يختلف على مدى فترة زمنية.
تتم معالجة العمليات الحسابية من خلال عدد من العمليات الرياضية ، مثل تحويل فورييه السريع ، وينتج عنها معلومات التردد. ضمن طيف القدرة بأكمله ، يكون نطاق معين ، نطاق التردد العالي ، ذا أهمية لأنه يعكس حالة التنظيم اللاإرادي.
على وجه التحديد ، يعني ارتفاع معدل ضربات القلب أن معدل ضربات قلب المشارك يتغير باستمرار ، مما يشير إلى مؤشر التحكم الناجح. في المقابل ، فإن انخفاض معدل ضربات القلب يعادل قيما متسقة وبالتالي يرتبط بضعف التنظيم.
الأهم من ذلك ، تتم مقارنة مقاييس HRV بنتائج التعرف على العاطفة. بناء على التجربة السابقة ، من المتوقع أن ترتبط دقة تحديد المشاعر ب HRV.
بمعنى آخر ، من المرجح أن يميز المشارك الذي يتقلب معدل ضربات قلبه مع ظهور صور للمشاعر المختلفة بشكل صحيح ، مما يشير إلى أن HRV هو ارتباط فسيولوجي لعملية تحديد الهوية هذه.
للبدء ، تحية المشارك عند وصوله. تحقق من أن لديهم رؤية طبيعية ، ولم يستهلكوا أي مواد ، مثل الكافيين أو الكحول ، في آخر 6 ساعات ، والتي يمكن أن تؤثر على معدل ضربات القلب ، وليس لديهم تاريخ من الاضطرابات النفسية أو القلبية.
ثم قم بتوجيه المشارك للجلوس أمام شاشة الكمبيوتر ولوحة المفاتيح. اجمع ثلاثة أقطاب كهربائية متبلور مسبقا ، وتأكد من أنها لم تجف ، للتأكد من توصيل الإشارات الكهربائية من القلب بشكل صحيح.
الآن اطلب من المشارك تثبيت هذه الأقطاب الكهربائية على صدره باستخدام تكوين محدد. قم بتوصيل الخيوط ، وتأكد من أنها متصلة بشكل صحيح بالمعدات التي ستقوم بتضخيم المعلومات ونقلها إلى كمبيوتر التسجيل.
في هذه المرحلة ، في البرنامج ، راقب إشارة القلب للتأكد من أنها خالية من الضوضاء والتحف. بالإضافة إلى ذلك ، تحقق من صحة معلمات الاستحواذ ، وابدأ في جمع معدل ضربات القلب أثناء الراحة لمدة 5 دقائق.
تابع لشرح أنه سيتم عرض صور الوجوه البشرية على الشاشة. أكد على أنه يجب على المشارك الضغط بسرعة على "F" على لوحة المفاتيح إذا فسر الصورة على أنها خائفة. في المقابل ، إذا بدا الوجه محايدا وخاليا من العاطفة ، فشدد على أنه يجب استخدام مفتاح "J".
تأكد أيضا من أن صليب التثبيت الأول يظهر على الشاشة لمدة 500 مللي ثانية ، ولكل تجربة ، صورة الوجه لمدة 200 مللي ثانية ، متبوعة برمز التثبيت النهائي لمدة 2 ثانية. الآن ، غادر الغرفة واستمر في تسجيل إشارة القلب الخاصة بهم أثناء قيامهم بإجراء 120 تجربة للتعرف على المشاعر.
مع جمع جميع البيانات المشتقة من القلب ، انتقل أولا إلى واجهة المستخدم الرسومية وعزل موجات R لحساب الوقت بين هذه القمم المحددة.
ومواصلة معالجة هذه التدابير لتوليد طيف قدرة الترددات، وعلى وجه الخصوص، تسجيل القيم في مدى التردد العالي، الذي يمثل درجة التذبذب في حدود 0,15-0,4 هرتز.
أخيرا ، احسب قدرة التعرف على المشاعر لكل فرد. للقيام بذلك ، قم أولا باستيراد البيانات المسجلة من ضغطات المفاتيح ، واحسب متوسط النسبة المئوية للوجوه الخائفة التي تم تحديدها بشكل صحيح. ثم كرر هذه العملية للصور المحايدة.
لتحليل البيانات ، ابدأ بإنشاء مخطط مبعثر حيث يتم رسم دقة التعرف على الوجه المخيف على المحور y ، وقيم HRV على المحور x. قم بتضمين بيانات من جميع المشاركين في هذا الشكل. بعد ذلك، قم بإنشاء مخطط مماثل لبيانات الوجه المحايدة.
في كل منها ، حدد الخط الأنسب ومعامل الارتباط. الأهم من ذلك ، أنه كلما اقتربت نقاط البيانات من هذا الخط ، زادت قوة الارتباط الخطي بين التعرف على المشاعر و HRV.
لاحظ أن نقاط البيانات كانت مجمعة بشكل أكثر إحكاما حول أفضل خط ملاءمة في الرسم البياني للتعرف على الخوف ، مقارنة بنظيره المحايد.
يشير هذا إلى وجود علاقة إيجابية بين HRV وقدرة الفرد على التمييز بين الخوف ؛ ومع ذلك ، لم يكن هناك ارتباط بين HRV وقدرة المشاركين على التعرف على الوجوه المحايدة ، مما يشير إلى أن هذه العلاقة خاصة بالعاطفة.
بشكل جماعي ، تشير هذه النتائج إلى وجود صلة بين الظاهرة الفسيولوجية لمعدل ضربات القلب والسلوك الاجتماعي. على وجه التحديد ، قد يكون الفرد المصاب بارتفاع معدل ضربات القلب أكثر عرضة للتعرف على المشاعر لدى الآخرين ، وبالتالي يتفوق في التفاعلات الاجتماعية.
الآن بعد أن فهمت كيفية استكشاف العلاقة بين التنظيم الذاتي اللاإرادي والسلوك الاجتماعي ، دعنا نلقي نظرة على كيفية قيام الباحثين بالتحقيق في تباين الإثارة الفسيولوجية في سن مبكرة وفي سياقات الصحة المعرفية والعقلية الأخرى.
حتى الآن ، ركزنا على تحديد المشاعر لدى البالغين. ومع ذلك ، يتم إجراء عمل مماثل عند الأطفال للتحقيق في العوامل المتعلقة بالتباين المبكر في القلب والأوعية الدموية التي قد تتنبأ بالحالات الصحية اللاحقة.
على سبيل المثال ، قام الباحثون بقياس معدل ضربات القلب أثناء تعريض الأطفال الصغار لعدد من الحالات السلوكية ، بما في ذلك تهويدة أثناء الراحة ، وجاك في الصندوق النشط ، وتذوق عصير الليمون الحامض ، وصوت بكاء رضيع.
أدت هذه التجارب إلى نتائج مختلفة لمعدل ضربات القلب ، مما يشير إلى أنه يمكن استنباط التباين عند الأطفال الصغار. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتقييم المسار التنموي لتدابير القلب والأوعية الدموية والتنبؤ في النهاية بالنتائج الصحية المستقبلية.
فيما يتعلق بالعلاقة بين HRV والذاكرة العاملة ، أظهرت الأبحاث أن الشخص المصاب بانخفاض معدل ضربات القلب - الذي ينبض قلبه بوتيرة مستمرة ومتساوية على الرغم من محيطه المخيف - من المرجح أن يظهر ضعف الذاكرة العاملة ، ونسيان العنوان الذي يقال له.
ومن المثير للاهتمام أن التمارين الهوائية المتكررة - مثل الجري - يمكن أن تحسن في الواقع من معدل ضربات القلب والاحتفاظ بالذاكرة ، مع التركيز على العلاقة بين الجسم والعقل.
أخيرا ، نظرت أعمال أخرى في ما إذا كان هناك ارتباط بين HRV وبعض اضطرابات الصحة العقلية ، مثل الاكتئاب.
على وجه التحديد ، قد يكون الفرد المصاب بانخفاض مماثل في معدل ضربات القلب أكثر عرضة للظهور على أعراض اكتئابية ، مثل عدم الاهتمام بالأنشطة أو الانسحاب من البيئات الاجتماعية. وبالتالي ، قد يكون HRV بمثابة مؤشر حيوي مفيد وغير جراحي لهذا الاضطراب الاجتماعي.
لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول الارتباطات الفسيولوجية للتعرف على العاطفة. الآن ، يجب أن تعرف كيفية تقديم المحفزات البصرية ذات الصلة اجتماعيا للمرضى ، وجمع وتفسير كل من البيانات السلوكية وبيانات HRV. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تفهم كيف يطبق العلماء HRV على سياقات إضافية ، مثل كيفية ارتباطه بالعمليات المعرفية الأخرى مثل الذاكرة.
شكرا للمشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is heart rate variability and why does it matter for emotion recognition?
Heart rate variability (HRV) measures how much the gap between heartbeats varies over time. High HRV indicates continuous fluctuations in heart rate, reflecting successful autonomic regulation and a calmer state that promotes social interaction. Research shows that individuals with high HRV are more likely to accurately recognize emotions in others' faces, suggesting HRV is a physiological correlate of emotion recognition ability.
Q2: How does the autonomic nervous system regulate heart rate in response to emotions?
The autonomic nervous system controls internal organ activity through the vagus nerve, which acts as a 'brake' on arousal. When danger is sensed, vagal tone is inhibited, increasing heart rate and preparing the body to fight or flee. Conversely, when the vagal system is activated, physiological responses are inhibited, creating a calmer state. This regulatory mechanism directly influences both emotional responses and social behavior.
Q3: What experimental procedure is used to measure the relationship between HRV and emotion recognition?
Participants are fitted with electrodes around the heart to record baseline cardiac signals during rest. They then view pictures of faces expressing either fear or neutral emotions and identify each expression by pressing designated keys. Heart rate is continuously monitored, with emphasis on the R wave peaks. Accuracy of emotional identification is compared to HRV calculations to determine correlation between physiological regulation and emotion recognition ability.
Q4: Why is the high-frequency range of the power spectrum important in HRV analysis?
The high-frequency range (0.15-0.4 Hz) of the power spectrum reflects the state of autonomic regulation. This band reveals how much heart rate fluctuates over time, with greater fluctuation indicating successful control. By analyzing this specific frequency band through mathematical operations like fast Fourier transformation, researchers can quantify autonomic regulation and compare it to behavioral measures like emotion recognition accuracy.
Q5: What do research findings reveal about HRV and cognitive functions beyond emotion recognition?
Research demonstrates that low HRV correlates with poor working memory and increased likelihood of forgetting information. Additionally, individuals with low HRV show higher rates of depressive symptoms, including disinterest in activities and social withdrawal. Importantly, aerobic exercise can improve HRV and memory retention, emphasizing the mind-body connection. HRV may serve as a non-invasive biomarker for assessing cognitive and mental health conditions.
Q6: How does observing emotions in others affect an individual's own heart rate?
Heart rate can be influenced not only by personal emotional states but also by observing emotions in others. For example, witnessing signs of fear or dread in another person's facial expressions—such as wide eyes, bared teeth, or raised eyebrows—can briefly escalate the observer's heart rate. This demonstrates the interactive relationship between body and mind, showing how social perception directly triggers physiological responses.
Q7: What developmental research is being conducted on heart rate variability in young children?
Researchers are measuring heart rate in toddlers across various behavioral conditions, including lullabies during rest, active play with toys, tasting sour substances, and exposure to infant crying sounds. These experiences elicit different heart rate outcomes, demonstrating that cardiovascular variability can be measured early in development. Additional research aims to assess the developmental trajectory of these measures and predict future health outcomes based on early HRV patterns.