実験室試験の活動の間、学部学生のパフォーマンスを評価するために、電気皮膚応答、唾液バイオマーカー、および自己レポートの使用

サマリー

学部生の学業成績感情に関する研究は、主に研究室での自己報告に依存してきました。これらの自己報告に対する生物生理学的測定が研究に含まれることはめったにありません。このプロトコルでは、自己報告と生物生理学的測定を統合して、実験室試験活動中の学生の反応とパフォーマンスを評価する方法論について説明します。

要約

一般的に、自己報告は、教室での活動への学生の応答と性能を評価するための教育研究に使用されています。しかし、このような唾液バイオマーカーおよび皮膚電気反応などの生物学的および生理学的措置の添加はめったにより良い学生の成績を理解するために得ることができる豊富な情報を制限し、含まれていません。教室のイベント（ 例えば 、試験）に学部学生の応答を研究するための実験室プロトコルが提示されています。参加者は、学位のための代表的な試験を完了するように求めていました。実験室での試験セッションの前と後に、学生が学業成績の感情の自己報告と参加者が電気皮膚センサを身に着けていたと唾液バイオマーカーが収集されたときに、これらの質問に並列インタビューを完了しました。自己報告と比較した場合の三つの方法から収集されたデータは、学生のパフォーマンスに関する情報のより深くなりました。作業は、教育を展開することができます審査活動へのリアルタイムの学生の回答に近い取得するためのより包括的な方法を通じてアル研究能力。

概要

学力感情の分野では、研究が成果、学生の理解パフォーマンスの動機は、学生予測できる」をすることを示しており、キャリアは^1を計画しています。感情的に反応する学生の能力「専門能力開発」挑戦的なコースのタスク²には、学生に極めて重要です」。しかし、学力の感情に関連するリアルタイムの応答に近いアンダー探求^3-6です。代表的な教室の状況（ 例えば 、テスト撮影）唾液バイオマーカーを使用して、皮膚電気反応、および自己申告調査を提示すると、このホワイトペーパーでは、近いリアルタイムの学生からの応答（ 例えば 、生理的反応）を探索する方法を研究するためのプロトコルを提示インタビュー。仕事はこれらの唾液バイオマーカー、皮膚電気反応と自己報告との間の接続を確立しようとするものではありませんが、今後の課題は、さらに、その基礎となるメカニズムを探求することを目指します各応答を関連付けます。

教室での学力の感情の自己報告は感情、認知、動機付け、生理的、および人間の心を表す動作コ​​ンポーネントを評価するために使用することができます。 、その安いコスト、簡単な普及とトレーサビリティに、自己報告の調査は非常に教室の設定⁷で使用されています。ただし、これらはいくつかの欠点があります。例えば、自己報告は、個人が自分自身を表現することの様式を変更することができます意識⁸の表現が、 ​​これらに限定されています。また、自己報告で言語とセマンティクスは、文化や個人の⁷との間で異なって理解することができます。その意味は、時間の経過とともに変化するか、参加者が⁸に関与している状況に照らして、別の何かを表現することができます。また、自己申告学術設定では、メモリ、社会的望ましさ、および個々の信念⁷に、多面的特異体質とに依存することができます、9-11。たとえば、期待や動機、参加者の教授についての信念」は、学生が教室での活動^{7、9月11日}の間に対応し、実行する方法に影響を与えることができます。このように、リアルタイムの応答に近い方に基づいて、相補的な方法は、自己報告を使用する場合、サンプリングバイアスと主観性を低減するために必要とされます。この作品は、より良い教室での活動への学生の近いリアルタイムの応答を理解するために唾液バイオマーカーおよび電気皮膚反応と自己報告を補足します。

唾液バイオマーカーのサンプリングは、認知能力^{9に影響を与える可能性があり} 、様々なストレス要因への個人の反応の生理学的基礎を理解する上で人気となっています。認知の心理的発達は、人間^7,12を含む多くの種、中のホルモンの影響を受けています。開発の敏感な期間の間、ホルモンは長い最後を持つことができ、脳の組織に変更を加えることが可能です行動⁸への影響をる。認知の様々な側面は、例えば、個人の発達の異なる時間の間、ホルモンの影響を受けることができます。研究は性差^{13-17を含める}ことが示されている空間能力は、適度にアンドロゲン（ 例えば 、デヒドロエピアンドロステロンDHEA、テストステロン）出生前開発中と再度成人期¹⁸を通してによって強化されています。これに対し、口頭能力はエストロゲンの向上にリンクされている（ 例えば 、エストラジオール）とプロゲステロン^18。このようなコルチゾールなどのストレスの生理的バイオマーカーは、ヒトの^{12-16、19-21}で視床下部-下垂体-副腎軸に記載されています。状況が制御不能と認識されると、コルチゾールのレベルは^19を上昇し、個体における微分応答をもたらすことができます。最近の研究は、この点には^20,22非常に限られているものの、学力の感情を研究するためにホルモンを使用し始めています。

研究は、教育に生理的覚醒を介して感情を測定する精神生理学的応答を理解する上で、電気皮膚反応（GSR）を使用しています。 GSRは、皮膚から分泌される汗の微視的な量の尺度であり、自律神経系（ANS）に関連しています。人は神経質またはタスクが心配になると、手のひらが汗まみれになります。したがって、感情調節および認知プロセスは、他の脳機能のうち、発汗の制御に影響を与えることができます。システムのより活性化、低活性化状態よりも多くの汗分泌の（ すなわち、高ストレス、認知的負荷や強い感情的な反応）の結果（ すなわち 、退屈、低い認知的負荷）。汗の分泌が変動するように、皮膚の電気伝導度が変化します。このように、GSRは広くストレスレベルや認知的負荷を定量化するためのプロキシとして考えられています。 GSRは、典型的には、手、手首、または足と接触し、最近である電極を含むバンドによって測定され、利用可能な神経画像技術⁷と比較すると、その低コストで実現可能性に教室の設定^22,23で使用されています。唾液バイオマーカーと電気皮膚反応の組み合わせは、リアルタイムに近い教室活動への学生の応答のより包括的な評価を可能にします。

ここで説明する提案されたプロトコルは、教育研究者が生徒の成績や教室での活動（ 例えば 、試験）への応答を理解するための方法論を確立するために、教育および生理学的手法を組み合わせるのに役立つでしょう。仕事は感情や生理的および生物学的構築物間の基本的な接続を理解することに焦点を当てるものではありませんが、このプロトコルは、研究者がその方向に移動するのに役立つ出発点です。このプロトコルは、試験の活動中に唾液バイオマーカーおよび皮膚電気反応を測定するための方法をカバーし、自己報告から得られた情報に対してそれを比較しますDインタビュー。この作業のために、工学試験と学生が原因で、参加者の両方の認知と感情的な反応を発火することが規律^1,6と概念の困難かつ複雑な性質に選択しました。

プロトコル

手順は、ヒト対象の研究のためにユタ州立大学の治験審査委員会（IRB）によって承認されています。ケア中、およびこのプロトコルのいずれかの態様のパフォーマンスの後、前に行われるべきであるIRBの手順は、ヒト被験者の保護に関するホスト機関と考慮事項によって承認されていることに注意を払うべきです。 IRB規制に従って、データ収集と分析プロセスにおける外部団体や企業の関与が脱識別する参加者の情報を、データの機密性を保護するための適切なプロトコルに従う必要があります。

参加者およびテストするための活動の1選択

1. 希望のコース内容は、参加者からの任意の短期記憶の思い出を減少させる教授によって提示された後学期または3ヶ月の途中で学生の参加者を選択します。
2. パルティ場合は、この作業に匹敵する実験室での研究から任意の参加者を除外する所定の条件（ 例えば不整脈）または代謝障害の（a）の歴史;：cipantを持って（b）は左利きまたは両手利きの能力（これは生理学的なサンプリングと干渉することができます）。 （c）は心理的な歴史（現在または過去）または行動や情緒障害の歴史（これは自己報告からコレクションを歪曲することができます）。 （d）の心臓、代謝、または認知障害のための病歴;研究の実験室でのセッションへの参加を妨げる（e）の身体障害; （f）外傷性脳損傷。ホルモン研究の一部であることを希望する女性の参加者は、追加の制限は、ステップ2.5で説明しています。
3. 機密性の保護に関する詳細な手順と制限を含むことによって確立された施設内倫理委員会（IRB）のプロトコルに従って募集。
   注：同社はデータにアクセスする必要があります場合は、（この場合は唾液サンプルと電気皮膚反応データは、サードパーティ各社から集めた）て、aを確保n個の契約は、データの適切な取り扱い（ 例えば冷蔵用、時間）、共有（ 例えば 、サーバのセキュリティ）のための場所であり、データを破壊するためにタイムラインを含む（ 例えば 、データの発行後1年間）。あなたのIRBアプリケーションでこれらのガイドラインを含めると、ご自身の機関内のIRB組織の必要に応じて適切なガイドラインに従ってください。
4. 学生がで実行するために必要な知識とタスクの複雑さを表すコースの活動を選択します。
   注：このプロトコルでは、新入生工学部の学生が、やがてコンテンツの困難かつ複雑な性質のために選択しました。プレーンテスト（MCT）とパデュー空間可視化試験（PSVT-R）を切削メンタル：代表とみなされた活動は、一般的に使用される2つのエンジニアリング試験から工学の問題の2つのタイプの組み合わせでした。 MCTは、PSVT-R三ジ探しながら、三次元物体²⁴に対応する二次元の切断面を見オブジェクト²⁵のmensional回転。それぞれがこの学生数^26、27のための空間的なパフォーマンスと言葉の記憶をテストするために使用されました。

【0002】【従来の研究室セッションへ

1. 2週間前に実験室でのセッションに - 少なくとも1ボランティア参加者のためのオリエンテーションをホストします。 IRBインフォームドコンセントからすべての用語を明確にします。メーカーのプロトコール²⁸に従って、電気皮膚センサと唾液ホルモンの収集のための適切なデータ収集手順の使用と継手のデモンストレーションを行います。研究のリスクとメリットを説明します。
2. 参加者は研究の唾液バイオマーカーピースに登録されている場合はコルチゾールレベルは、一日のこの時点で最低であり、に入学するための任意の開示を含めるように朝食前に午前中の時間を確立してください。参加者はで登録できるカレンダーを確立割り当てられた時間（詳細については、ステップ2.5を参​​照してください）​​。
   NOTE：すべての参加者が調査のために少なくとも3つの利用可能なタイムスロットを提供していることを確認してください。バイアスを最小化し、より多くの統計的に有効な結果を提供するために、無作為様式で参加者を収容します。
3. センサーストラップがオリエンテーションセッション中に参加者の手首を保護することを保証することによって、各志願者のためのガルバニック手首センサーを事前にフィット。必要に応じてフォローアップ研究室セッションの整合性を確保するために、参加者の研究のIDコードやサプライヤーが提供するユニークな手首センサバーコードを入力してください。
4. メーカーのプロトコール²⁸に従って、手続きのデータ収集およびデータのサンプリングの日の前に前提条件の制約事項の参加者に通知を送信します。
   注：手順および制限の例として含めることができます。試験前に日中のコレクションや、少なくとも1時間の間に（a）の無食品、栄養やエネルギッシュな製品、または甘い飲み物。 （b）は、1時間前のデータ収集に無水の消費量; （c）は無歯BRUシンや口リンス; （d）の無化学製品、必要な接触領域（ 例えば 、手首、顔、唇。）（例えば、ハンドローション、クリーム、chapsticks、香料、色素）。 （f）はなしヘアケア製品やスタイリング。および（g）の物理的な活動はありません（ 例えば 、活発なウォーキング、サイクリング、ランニング、ウエイト）研究の24時間前。
5. 唾液コレクション²⁸の間にホルモンの変動を最小限にするために、参加者の月経期間の初日から12日後-女性の参加者のために、10の間の唾液サンプルを収集。
   注：述べた期間の間、女性の参加者は、このような任意の経口避妊薬、子宮内避妊器具、クリームやスプレー（経口、局所、または膣）、舌下およびトローチ、パッチ、フィルムとしてのホルモンに基づく治療のいずれかの形式を取っている場合は、 36時間治療効果が頭打ちすることを可能にするために摂取/アプリケーションの時から渡すために - 注射は、12を許可します。唾液サンプルを収集するために必要なタイムラインは、双によって異なりますomarker同社の唾液キットの仕様。皮膚電気反応コレクションは、女性の参加者については、セクション3.2に従って行われます。男性参加者の唾液の収集は、セクション3.1.5.1および3.2節に応じて電気皮膚反応に従って行われます。

研究室のセッションの3日

注：以下の手順を1と仮定したデータ収集の推奨順に提示されている - 2研究者が関与しています。 2つ以上の研究者が研究に協力している場合は、これらの手順のいくつかは、並列に実行することができました。

1. 唾液バイオマーカー
   1. メーカープロトコル²⁸に記載されているように（ステップ2.4を参照してください物理的な活動の概要を説明するためのチェックリストを持つ参加者を提供し、試験前24時間の期間中に加わる（ 例えば 、身体活動、食品と消費を飲む、ローションまたはホルモンベースの製品の使用）および2.5）。
      注：参加者がチェックリストから活動のいずれかまたはすべてを実行した場合は、別の日に会うために参加者を再割り当て。水の消費量が満たされていない唯一の制約だった場合、唾液のコレクションが発生する前に（〜1時間）を渡すために、製造業者のガイドラインに従って、適切な時間を可能にするために、研究に長時間滞在する参加者に依頼してください。
   2. 唾液アッセイキット²⁸が提供する健康情報のチェックリストを記入し、参加者に依頼します。すべての唾液バイアルを予め標識と時間実験室のセッションの前と後に刻印されていることを確認してください。
      注：唾液コルチゾールは、約20分^19,20の反応性を有し、そのようなものとして、唾収集手順は、この時間枠内で行う必要があります。ステップ3.1.5および製造業者のガイドライン²⁸に従って唾収集手順に従ってください。
   3. 追跡、将来の記録管理のための健康情報のチェックリストのコピーや出荷情報を保持し、Dさらなる分析。チェックリストの項目の貯蔵中IRBプロトコルおよび手順に従ってください。各参加者のための研究室の活動、人材、および回収バイアルのタイムラインを完了します。
   4. 唾液サンプルを扱うすべての参加者や研究者は、交差汚染を最小限に抑えるために、すべての回で無菌手袋を着用していることを確認してください。
   5. 唾を収集する場合、製造業者の指示²⁸に従って、結果の精度に影響を与える可能性がある気泡の形成を最小限にするためにバイアルに唾を吐き前に、参加者の唇の先端に唾液をプールする参加者に指示します。
      1. サンプルに汚染を導入することができ、このよう参加者の唇や指でバイアルの先端に触れないよう参加者に指示する（バイアル方法を吐きます）。唾液の生産を奨励するために、唾液の形成をスピードアップするために前方に、そのようなレモンや頭の傾きとして柑橘類の匂いを嗅ぐために参加者にお勧めします。
   6. すべての保管これらのサンプルの分析がすぐに発生しない場合は最大7日間の唾液サンプルを-20 C ^Oを集めました。 （30日まで）長期保存は、C ^oを -80で保存するサンプルが必要になります
   7. サードパーティの会社に凍結サンプルを出荷するには、準備と参加者が予め充填された健康情報シートの気密性と密封されたコピードライアイスを含む密封されたフォームのボックスを持っています。参加者は会社に送信される個人情報を防止するために、シートの識別子セクションで独自の研究のIDコードを配置することを確認してください。
   8. テストステロン、プロゲステロン、DHEA、コルチゾール、およびエストラジオール：準備ができたら、唾液のプロファイル1のバイオマーカーの分析のために会社にバイアルを出荷。バイオマーカーの分析は、確立されたプロトコール²⁸に従って製造者によって行われました。場所イムノアッセイプレートリーダー内のサンプルとは、波長450nmでサンプルの光学密度を読みます。
      注：すべてのバイオマーカーは、固体-PHを必要としますアーゼ、競争力のある酵素免疫測定法。共役バイオマーカーの固定量は、各バイオマーカーに対応する抗体との結合部位について競合します。インキュベーション後、未結合成分は洗い流され、酵素基質溶液は、バイオマーカーの色の代表を形成する、添加されます。例えば、プロゲステロンは青色とし、酵素が黄色になると反応して開始します。
2. 電気皮膚反応
   1. パッケージ化された無菌の70％アルコールワイプまたは以前の参加者からの残留物を除去するために70％の少量のイソプロパノールを含有する滅菌ガーゼで皮膚電気センサーを清掃してください。いずれか早い方、すべてのデータ収集セッションまたは参加者の前と後にデバイスを清掃してください。
   2. 一時間勉強会の前に、手をきれいにし、乾燥させるために、参加者を思い出させます。
      注：皮膚電気反応と組み合わせた唾液サンプルのコレクションは、そのコレクションの時点が必要になりますsが考慮されます。ステップ3.2.6で説明したように10分 - 電気皮膚センサが取り付けられ、5で較正する必要がある一方で、例えば、コルチゾール唾液収集は20分（ステップ3.1.2）内で収集する必要があります。
   3. 皮膚電気反応センサをインストールする前に、参加者の非支配的な書き込み手首に新規またはクリーンなスポーツのリストバンドを配置します。参加者は事前のデータを収集する1時間リストバンドを着用することができます。
      注：スポーツリストバンドは、参加者間の交差汚染を避けるためにユニークな手首のIDに応じて予め標識されるべきです
   4. 1時間後、スポーツのリストバンドを除去し、皮膚電気センサーを配置します。電気皮膚センサーが脈拍と心拍数の適切な回収を確実にするために手首の正中神経に触れていることを確認してください。手首にタイトなフィット感を確保するためのセンサで一緒にバンドを団結させます。
   5. 電気皮膚センサインジケータライトを押します。光は白に赤から緑に変わるまで待ちます。 WHITEカラーデータ収集が開始されたことを示しています。
   6. キャリブレーションとベースライントニックデータを収集するための非支配手首から無物理的な移動と - （10分5）一定期間のためのガルバニック手首センサーを着用して参加者を確認して下さい。
      注：オフ電気皮膚反応のデータレベルと無スパイクやノイズが長く表示されているときにベースラインデータが検索されます。メーカーによって割り当てられたアカウントを使用して、メーカーのソフトウェアを確認してください。セッションを開き、データが^29を収集されていることを確認します。
   7. 1.5節で説明した試験活動のそれぞれのための代表と時刻スタンプが押さ問題セットを含むスライドプレゼンテーションを開始します。収集したGSRのデータと比較するイベント間のタイムスタンプを可能にするために、各スライドを完了した後の時間を記録するために参加者を確認して下さい。
   8. 定期的に皮膚電気センサーライトが白色であることを確認し、データが収集されていることを確認します。
      注：のサンプリングレートこの仕事で提示センサーは、メーカーの仕様や機能に基づいた電気活動（EDA）から（1100ミリアンペア時の低電流で8ヘルツのレート）.Galvanic応答が試験にトニック（ベースライン応答としてマイクロジーメンス（μS）で報告されました特定のμS閾値を超えるイベントまたは自己報告/面接の質問）と相性試験イベントまたは自己報告/面接の質問に（急性、即時応答、）。
   9. 症例データ収集問題で、便利な交換用バッテリーとセンサーを持っているセッション中に発生します。それがオフになるまで、セッションの終了時に、インジケータライトを押してください。慎重に手首のセンサーを削除し、アルコールで拭いてください。
   10. メーカーソフト^29からデータを取得します。アカウントにログインし、セッションをクリックしてください。研究の日付を選択し、[ダウンロード]タブをクリックします。簡単に使用するための.csvファイル内のデータをダウンロードしてください。
   11. 研究では、イベントのタイムラインを追跡します。内のデータをダウンロードします手首センサー・ソフトウェア・セッション。 1970年1月1日から経過した秒数（うるう秒はカウントしない）である、UNIXエポック時間などのデータをダウンロードしてください。タイムラインは、オープンソースのタイムスタンプコンバータ^30を使用してデータで追跡する必要がある場合は、UNIXの時間はGMTタイムゾーンに変換します。この時間を変換するには、単にこの変換（1年= 365.24日= 31556926秒）を使用して、データシートに時間を変換します。
   12. 手首センサー・ソフトウェア・セッションで皮膚電気データを取得します。希望のセッションのいずれかを表示]をクリックします。研究者によって設定された時間によって、リアルタイムまたは選択などのデータを提示します。
3. 自己申告調査と感情的なお問い合わせ
   1. スライドの前と後に、前を提供し、第2の収集点（試験の終了）survey.During後、最終唾液サンプルを収集し、EDAデータを収集しながら、自己のレポートを提供します。全ての時点を記録します。
      注：この研究は、MODIFを使用しましたブロートンや同僚³¹によって開発された感情規模のIEDのトピック。
   2. 皮膚電気センサーを装着したまま、自己申告を並列参加者の質問をします。
      注：ステップ3.1.2および3.3.3に示されているようにあなたが唾液サンプルを収集している場合はタイムラインを考慮する必要があることに注意してください。
   3. 可能な限り、GSRデータのクロスチェックや実験ノートブックの自己報告応答のタイミングとの位置合わせのための日付と時刻を記録します。また、GSRデータと時限イベントのクロス比較を可能にするために、各スライドの後に必要な命令を完了した後の時間に注釈を付けるために参加者に説明するスライドショープレゼンテーション中の命令を含みます。
   4. コンピュータベースのソフトウェアは、一貫性のある説明書を持っていることと、各スライドが明確にラベル付けされていることを確認してください。キーストロークセットアップが研究のために必要とされる場合は、各スライドに押されるべきキーストロークスライド書に示します。
4. ラップアップ活動
   1. すべての情報を収集した後、手首のセンサーを削除し、3.2.5をステップに逆の順序でセンサデータをオフにします。食品、飲料、ドリンクを提供して指定された部屋に参加者を案内し、（それはIRBの同意書に記載されていた場合）研究への参加のために将来の金融補償のための領収書を提供しています。
   2. 参加のための感謝のメール送信通知と共に活動をフォローアップし、参加者と結果の議論のために利用可能なタイムスロットが含まれます。

結果

このセクションでは、自己報告を含む各測定値から得られる結果の代表例を示します。図の目的は、教室でのイベントからの情報のより大きなスペクトルを得るために、自己報告（ 図3）このような唾液バイオマーカー（ 図1）と電気皮膚応答として測定（ 図2）を添加することの有用性を提示することです（ 例えば 、試験）。指定された指標をもって自己報告（ 例えば 、電気皮膚反応）の三角測量のために、このようなインタビューなどの追加の技術が有用な比較方法（ 図3）を提供することができます。試験の開始と終了の間のホルモンのレベルを比較したとき、参加者の生物学的反応は、性別によって異なって、図1の結果が示します。そのような男性で増加エストラジオール濃度などのホルモンはプロゲステロンのレベルは雌で増加しました（P <0.05）。プロゲステロンは、このようなオブジェクト^12-16

ディスカッション

このプロトコルは、実験室でのセッション中に教室活動の個人差を研究するための自​​己報告のアンケートやお問い合わせ、唾液バイオマーカー、および電気皮膚反応の統合について説明します。このプロトコルは、特に評価期間中に、教育環境の中で様々な活動に学力感情、感情的な規制、および情動反応を特定しようとしている研究者のための多くの利点を持っている（ 例えば 、試験）。伝統的に、自己報告や学術成績は学生がコースに教室および/または係合する能力を開発する方法を理解するために使用されているのに対し、私たちの方法は、より包括的学術活動中の学生のリアルタイム応答に近いを表すことができます。

このプロトコルの成功のためには、参加者は、行動と生物学的な休息を認識していること、唾液バイオマーカーおよび電気皮膚応答が昼に収集されることが重要ですこの研究のrictions（ 例えば 、健康状態）、及び参加者とその継続的なフォローアップを行います。これは無菌状態で行われるべきであるとしても、ケアは、サンプルの取り扱いに注意が必要です。研究のいくつかの制限が（ 例えば

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
唾液キット	ZRTラボラトリーズ	女性/男性唾液プロファイルI	サンプルを送る前に、会社でアカウントを作成する必要があります。このプロトコルには、日中のサンプルが推奨されます
ガルバニック皮膚反応リストセンサー&バンド	エンパティカ株式会社	E3P.v4	M / Lは、細い手首のために小さいサイズを購入する必要があるかもしれませんが、人口の大部分に適合し
E-Primeソフトウェア	心理学ソフトウェアツール	E-Prime 2.0プロフェッショナル	ソフトウェアとは別にタイムスタンプを検討してください

ます