Electromiografía de superficie inalámbrica Registro de la actividad de los músculos faciales durante las expresiones

Resumen

Fuente:
Hila Man¹, Paul F. Funk², Ieva Vebraite-Adereth³, Christoph Anders⁴, Orlando Guntinas-Lichius², Yael Hanein<sup>1,3,5

1</sup>Escuela de Neurociencia Sagol, Universidad de Tel Aviv, ²Departamento de Otorrinolaringología, Hospital Universitario de Jena, Universidad Friedrich-Schiller de Jena, ³Escuela de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Tel Aviv, ⁴División de Investigación Motora, Fisiopatología y Biomecánica, Departamento de Trauma, Cirugía Reparadora y de la Mano, Hospital Universitario de Jena, Universidad Friedrich-Schiller de Jena, ⁵X-trodes Ltd.

Este video demuestra el procedimiento para el registro no invasivo de la actividad de los músculos faciales mediante electromiografía de superficie inalámbrica (sEMG) durante las expresiones faciales guiadas por video realizadas por un participante.

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran participantes humanos se han realizado de conformidad con las pautas institucionales, nacionales e internacionales para el bienestar humano y han sido revisados por la junta de revisión institucional local.

1. Preparación de equipos y software

1. Unidad de adquisición de datos de carga (DAU): Cargue completamente la DAU inalámbrica antes del experimento.
2. Prepare una tarjeta digital segura (SD): inserte una tarjeta SD formateada de tipo v30 dentro de la DAU y enciéndala.
3. Minimice las interrupciones: coloque todos los teléfonos celulares en modo silencioso y apague Bluetooth para evitar interferencias.
4. Configuración de la tableta
   1. Instale y abra la aplicación de electrodos (consulte la tabla de materiales) en la tableta Android.
   2. La aplicación buscará dispositivos disponibles. Seleccione el DAU por número de identificación y haga clic en Confirmar para emparejar la tableta con el DAU.
   3. Elija el montaje de máscara de electrodo y haga clic en Confirmar.
   4. Seleccione los canales (1-16) para mostrar en la pantalla y haga clic en Confirmar. Aparecerá una pantalla que muestra señales de los canales seleccionados, lo que indica la preparación para el experimento.
      NOTA: Los 16 canales están seleccionados de forma predeterminada.
5. Conecte la tableta al ordenador mediante un cable. Cambie la configuración del bus serie universal (USB) de la tableta Android de transferencia de archivos a anclaje USB.
6. Instalar PsychoPy: Descargue e instale el programa PsychoPy (versión v2023.1.3) en la computadora.
7. Descargar archivos de protocolo: Abra el repositorio de Github en https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment y descargue todos los archivos haciendo clic en <> código y luego haciendo clic en Descargar ZIP. Esta carpeta contiene el archivo del experimento facial_expressions.psyexp; subcarpeta schaede-cut-tlv con los vídeos necesarios para ejecutar el experimento, y otros archivos utilizados automáticamente por PsychoPy. Extraiga la carpeta en la ubicación deseada en la computadora.

2. Configuración de los participantes

1. Aplicación de máscara de electrodo
   1. Preparación facial: Indique al participante que limpie la cara si se aplicó crema facial o maquillaje. Limpie con un gel de preparación, un paño sin fibra a base de alcohol o agua y jabón. Deje que la piel se seque durante al menos 1 minuto.
      NOTA: Este paso es opcional.
   2. Colocación de electrodos:
      1. Despegue con cuidado las películas protectoras del lado de contacto con la piel de la máscara de matriz de electrodos, siguiendo el orden indicado en la etiqueta (1-6).
      2. Coloque el electrodo número 11 (marcado con un símbolo de ojo) cerca del ojo derecho del participante y el electrodo número 8 (marcado con un símbolo de nariz) en la nariz.
      3. Coloque los electrodos 1-15 en el lado derecho de la cara y el electrodo 16 en la frente izquierda. Coloque el electrodo de referencia en la mastoides derecha. Consulte la Figura 1A para conocer las posiciones de los electrodos en relación con los músculos.
   3. Fijación: Presione suavemente la mascarilla sobre la piel, luego retire con cuidado las películas de soporte transparentes exteriores una por una para unir completamente la mascarilla. Tenga cuidado de no desprender la mascarilla durante este proceso.
   4. Conectar DAU: Inserte la tarjeta conector de la matriz de electrodos en el zócalo del conector de la DAU y, a continuación, fije la DAU a la cinta.
2. Documentación fotográfica:
   1. Tome al menos 3 fotografías del participante desde varios ángulos (90 °, 45 °, 0 °) para documentar la colocación de los electrodos.
3. Sentar al participante (ver Figura 1B)
   1. Silla y distancia: Siente al participante en una silla vertical a una distancia fija (por ejemplo, 70 cm) de la pantalla de la computadora donde se mostrarán las instrucciones de ejercicios faciales.
   2. Comprobación de comodidad: asegúrese de que el participante esté sentado cómodamente y pueda ver la pantalla con claridad.

3. Validación de la señal

1. Verifique la calidad de la señal EMG: verifique que la aplicación de la tableta detecte las 16 señales de electrodos EMG.
2. Solucione el problema si es necesario:
   1. Presione cada electrodo suavemente contra la piel del participante y asegúrese de que no queden burbujas de aire atrapadas.
   2. Deje tiempo para que la señal se estabilice.
   3. Aléjese de los dispositivos electrónicos que puedan causar interferencias.
   4. Si los problemas persisten, considere volver a conectar la DAU o cambiar de habitación.
   5. Como último recurso, reemplace el parche de electrodos.

4. Ejecución del experimento

1. Iniciar grabación EMG: Abra la aplicación de electrodos en la tableta Android y presione Iniciar sesión.
2. Rellene los detalles de la sesión.
   1. Aparecerá una ventana para los detalles de la sesión. Introduzca el nombre del estudio, el nombre de la sesión, el sitio, el operador, el ID del paciente, la edad, el sexo y los comentarios.
      1. Haga clic en Iniciar grabación para comenzar la captura de datos EMG. A partir de este momento, se registran los datos de EMG. Los datos sin procesar se guardarán en la tarjeta SD a una frecuencia de muestreo de 4 kS/s.
3. Calibración (opcional): La aplicación iniciará un proceso de calibración en el que el participante realiza tareas básicas específicas (por ejemplo, cerrar los ojos, masticar) después de presionar Inicio. Se puede realizar una recalibración si es necesario. Una vez completada la calibración, haga clic en Aceptar. Omita este paso si lo desea haciendo clic en Siguiente.
4. Abra el archivo del experimento.
   1. En la computadora, haga doble clic en el archivo de experimento descargado, facial_expressions.psyexp, para abrirlo en PsychoPy.
   2. Haga clic en Ejecutar experimento para iniciar el experimento.
   3. Ingrese los detalles de la sesión (número de participante, número de sesión, nombre de la tableta), cuando se le solicite, y haga clic en Aceptar.
      NOTA: El nombre de la tableta es el número de serie de la tableta que se puede encontrar en la configuración de la tableta Android en Acerca de la tableta.
5. Sesión en acción
   1. Haga que el participante realice 11 expresiones faciales (Figura 2) según las instrucciones de una guía de video. Después de la primera expresión (Rest), cada expresión se repite tres veces consecutivas. Se le pedirá al participante que mantenga cada expresión durante 5 s, seguido de un descanso de 3 s.
   2. Observe y guíe a los participantes si es necesario para garantizar la precisión y la sincronización con las instrucciones.
6. Finaliza el experimento.
   1. Cuando se complete, PsychoPy detendrá el experimento automáticamente. Detenga el registro de datos de EMG en la tableta haciendo clic en FINALIZAR grabación. Confirme haciendo clic en Sí, detener. Una ventana confirmará que la sesión se ha completado y, a continuación, haga clic en Aceptar.
   2. Presione el botón Sincronizar para sincronizar los datos de la sesión con la nube del sistema. Cuando haya terminado, salga de la aplicación.

5. Manejo y análisis de datos posteriores al experimento

1. Recopile los datos de Psychopy.
   NOTA: Una vez que se completa la sesión, Psychopy guarda automáticamente un archivo CSV en la subcarpeta de datos. El nombre del archivo indica los detalles de la sesión. Los archivos CSV contienen nombres de vídeo, marcas de tiempo, número de identificación del participante, número de sesión y número de tableta Android.
2. Convierta los datos de EMG.
   1. Inicie sesión en el servicio en la nube del sistema de electrodos y seleccione los detalles de la sesión.
   2. Cargue los datos de EMG desde la tarjeta SD.
   3. Convierta los archivos XF2 cargados que contienen datos EMG al formato de archivo EDF (formato de datos europeo) haciendo clic en Generar archivos EDF. Descargue los archivos seleccionados para su análisis sin conexión.
3. Realizar análisis básicos de datos de EMG. NOTA: Los archivos EDF contienen datos EMG sin procesar de 16 canales (EMG CH-1 a CH-16), datos giroscópicos de 3 canales (GYRO-X, Y, Z) y datos del acelerómetro de 3 canales (ACC-X, Y, Z). Las anotaciones de Psychopy que indican puntos de tiempo para expresiones faciales específicas se guardan automáticamente en el archivo. Para un análisis más detallado, solo se utilizaron datos EMG sin procesar de 16 canales y anotaciones.
   1. Filtre los datos de EMG sin procesar utilizando un filtro de paso de banda de 10-500 Hz.
   2. Aplique un filtro de muesca de 50 Hz para reducir el ruido.
   3. Proceda con el análisis deseado para el propósito de la investigación.

Resultados

Figura 1: Descripción general de la configuración experimental esquemática. (A) Posiciones de los electrodos en la cara: 1-16 canales en la cara, un electrodo de referencia en la mastoides derecha. (B) Los participantes están sentados cómodam...

Materiales