Registrazione dell'attività dei muscoli facciali durante le espressioni

Abstract

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

1</sup>Scuola Sagol di Neuroscienze, Università di Tel Aviv, ²Dipartimento di Otorinolaringoiatria, Ospedale Universitario di Jena, Università Friedrich-Schiller di Jena, ³Scuola di Ingegneria Elettrica, Università di Tel Aviv, ⁴Divisione Ricerca Motoria, Fisiopatologia e Biomeccanica, Dipartimento di Traumatologia, Chirurgia della Mano e Ricostruttiva, Ospedale Universitario di Jena, Università Friedrich-Schiller di Jena, ⁵X-trodes Ltd.

Questo video mostra la procedura per la registrazione non invasiva dell'attività dei muscoli facciali utilizzando l'elettromiografia di superficie wireless (sEMG) durante le espressioni facciali videoguidate eseguite da un partecipante.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Preparazione delle apparecchiature e del software

1. Caricare l'unità di acquisizione dati (DAU): caricare completamente la DAU wireless prima dell'esperimento.
2. Preparare una scheda SD (Secure Digital) Secure: Inserire una scheda SD formattata di tipo v30 all'interno del DAU e accenderlo.
3. Riduci al minimo le interruzioni: metti tutti i telefoni cellulari in modalità silenziosa e disattiva il Bluetooth per evitare interferenze.
4. Configurazione del tablet
   1. Installare e aprire l'applicazione degli elettrodi (vedere la tabella dei materiali) sul tablet Android.
   2. L'applicazione eseguirà la scansione dei dispositivi disponibili. Selezionare il DAU in base al numero ID e fare clic su Conferma per associare il tablet al DAU.
   3. Scegliere il montaggio della maschera degli elettrodi e fare clic su Conferma.
   4. Selezionare i canali (1-16) da visualizzare sullo schermo e fare clic su Conferma. Apparirà una schermata che mostra i segnali dai canali selezionati, indicando la disponibilità per l'esperimento.
      NOTA: Tutti i 16 canali sono selezionati per impostazione predefinita.
5. Collegare il tablet al computer utilizzando un cavo. Modifica le impostazioni USB (Universal Serial Bus) del tablet Android dal trasferimento di file al tethering USB.
6. Installa PsychoPy: scarica e installa il programma PsychoPy (versione v2023.1.3) sul computer.
7. Scarica i file di protocollo: apri il repository Github all'https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment e scarica tutti i file facendo clic su <> codice e quindi su Scarica ZIP. Questa cartella contiene il file dell'esperimento facial_expressions.psyexp; sottocartella schaede-cut-tlv con i video necessari per l'esecuzione dell'esperimento e altri file utilizzati automaticamente da PsychoPy. Estrarre la cartella nella posizione desiderata sul computer.

2. Configurazione dei partecipanti

1. Applicazione della maschera per elettrodi
   1. Preparazione del viso: Istruire il partecipante a pulire il viso se è stata applicata la crema per il viso o il trucco. Pulisci con un gel per la preparazione, un panno senza fibre a base di alcol o acqua e sapone. Lasciare asciugare la pelle per almeno 1 minuto.
      NOTA: Questo passaggio è facoltativo.
   2. Posizionamento degli elettrodi:
      1. Staccare con cautela le pellicole protettive dal lato a contatto con la pelle della maschera di matrice di elettrodi, seguendo l'ordine indicato sull'adesivo (1-6).
      2. Posizionare l'elettrodo numero 11 (contrassegnato dal simbolo di un occhio) vicino all'occhio destro del partecipante e l'elettrodo numero 8 (contrassegnato dal simbolo del naso) sul naso.
      3. Collegare gli elettrodi 1-15 sul lato destro del viso e l'elettrodo 16 sulla fronte sinistra. Posizionare l'elettrodo di riferimento sulla mastoide destra. Fare riferimento alla Figura 1A per le posizioni degli elettrodi rispetto ai muscoli.
   3. Fissaggio: premere delicatamente la maschera sulla pelle, quindi staccare con cura le pellicole di supporto trasparenti esterne una per una per fissare completamente la maschera. Fare attenzione a non staccare la maschera durante questo processo.
   4. Collegare DAU: inserire la scheda del connettore dell'array di elettrodi nella presa del connettore del DAU, quindi fissare il DAU al nastro.
2. Documentazione fotografica:
   1. Scatta almeno 3 foto del partecipante da varie angolazioni (90°, 45°, 0°) per documentare il posizionamento degli elettrodi.
3. Far sedere il partecipante (vedi Figura 1B)
   1. Sedia e distanza: Far sedere il partecipante su una sedia verticale a una distanza fissa (ad es. 70 cm) dallo schermo del computer dove verranno visualizzate le istruzioni per l'esercizio facciale.
   2. Controllo del comfort: assicurati che il partecipante sia seduto comodamente e possa vedere chiaramente lo schermo.

3. Convalida del segnale

1. Controllare la qualità del segnale EMG: verificare che l'applicazione tablet rilevi tutti i 16 segnali degli elettrodi EMG.
2. Risolvere i problemi se necessario:
   1. Premere delicatamente ogni elettrodo contro la pelle del partecipante e assicurarsi che non rimangano intrappolate bolle d'aria.
   2. Attendere che il segnale si stabilizzi.
   3. Allontanarsi da dispositivi elettronici che potrebbero causare interferenze.
   4. Se i problemi persistono, è consigliabile ricollegare l'unità DAU o cambiare stanza.
   5. Come ultima risorsa, sostituire il cerotto dell'elettrodo.

4. Esecuzione dell'esperimento

1. Avvia la registrazione EMG: apri l'applicazione degli elettrodi sul tablet Android e premi Avvia sessione.
2. Inserisci i dettagli della sessione.
   1. Apparirà una finestra per i dettagli della sessione. Inserisci il nome dello studio, il nome della sessione, il sito, l'operatore, l'ID paziente, l'età, il sesso e le osservazioni.
      1. Fare clic su Avvia registrazione per avviare l'acquisizione dei dati EMG. Da questo momento, i dati EMG vengono registrati. I dati grezzi verranno salvati sulla scheda SD a una frequenza di campionamento di 4 kS/s.
3. Calibrazione (opzionale): l'applicazione avvierà un processo di calibrazione in cui il partecipante esegue attività di base specificate (ad esempio, chiudere gli occhi, masticare) dopo aver premuto Start. Se necessario, è possibile eseguire una ricalibrazione. Al termine della calibrazione, fare clic su OK. Se lo si desidera, saltare questo passaggio facendo clic su Avanti.
4. Apri il file dell'esperimento.
   1. Sul computer, fai doppio clic sul file dell'esperimento scaricato, facial_expressions.psyexp, per aprirlo in PsychoPy.
   2. Fai clic su Esegui esperimento per avviare l'esperimento.
   3. Immettere i dettagli della sessione (numero partecipante, numero di sessione, nome del tablet), quando richiesto, e fare clic su OK.
      NOTA: Il nome del tablet è il numero di serie del tablet che si trova nelle impostazioni del tablet Android in Informazioni sul tablet.
5. Sessione in azione
   1. Chiedi al partecipante di eseguire 11 espressioni facciali (Figura 2) come indicato da una guida video. Dopo la prima espressione (Rest), ogni espressione viene ripetuta tre volte consecutivamente. Al partecipante verrà chiesto di mantenere ogni espressione per 5 secondi, seguita da un riposo di 3 secondi.
   2. Osservare e guidare i partecipanti, se necessario, per garantire l'accuratezza e la sincronizzazione con le istruzioni.
6. Termina l'esperimento.
   1. Al termine, PsychoPy interromperà automaticamente l'esperimento. Interrompere la registrazione dei dati EMG sul tablet facendo clic su TERMINA registrazione. Confermare facendo clic su Sì, interrompi. Una finestra confermerà che la sessione è stata completata, quindi fare clic su OK.
   2. Premere il pulsante Sincronizza per sincronizzare i dati della sessione con il cloud del sistema. Al termine, chiudere l'applicazione.

5. Gestione e analisi dei dati post-esperimento

1. Raccogli i dati da Psychopy.
   NOTA: Una volta completata la sessione, Psychopy salva automaticamente un file CSV nella sottocartella dei dati. Il nome del file indica i dettagli della sessione. I file CSV contengono nomi video, timestamp, numero di identificazione del partecipante, numero di sessione e numero di tablet Android.
2. Converti i dati EMG.
   1. Accedi al servizio cloud del sistema di elettrodi e seleziona i dettagli della sessione.
   2. Carica i dati EMG dalla scheda SD.
   3. Converti i file XF2 caricati contenenti dati EMG nel formato di file EDF (European Data Format) facendo clic su Genera file EDF. Scaricare i file selezionati per l'analisi offline.
3. Esegui l'analisi di base dei dati EMG. NOTA: I file EDF contengono dati EMG grezzi da 16 canali (EMG CH-1 a CH-16), dati giroscopici da 3 canali (GYRO-X, Y, Z) e dati accelerometro da 3 canali (ACC-X, Y, Z). Le annotazioni della Psychopy che indicano i punti temporali per specifiche espressioni facciali vengono salvate automaticamente all'interno del file. Per ulteriori analisi, sono stati utilizzati solo i dati EMG grezzi provenienti da 16 canali e annotazioni.
   1. Filtra i dati EMG grezzi utilizzando un filtro passa-banda 10-500 Hz.
   2. Applica un filtro notch a 50 Hz per ridurre il rumore.
   3. Procedere con l'analisi desiderata ai fini della ricerca.

Risultati

Figura 1: Panoramica della configurazione sperimentale schematica. (A) Posizioni degli elettrodi sul viso: 1-16 canali sul viso, un elettrodo di riferimento sulla mastoide destra. (B) I partecipanti sono comodamente seduti davanti allo scherm...

Materiali