표정 중 안면 근육 활동의 무선 표면 근전도 기록

초록

근원:
힐라 만¹, 폴 F. 펑크², 이에바 베브라이트-아데레스³, 크리스토프 안데르스⁴, 올랜도 군티나스-리키우스², 야엘 하네인<sup>1,3,5

1</sup>텔아비브 대학교 Sagol 신경과학 학교, ²예나 대학 병원 이비인후과, 프리드리히 쉴러 대학교 예나, ³텔아비브 대학교 전기 공학 대학, ⁴부서 모터 연구, 병태생리학 및 생체역학, 외상, 손 및 재건 외과, 예나 대학 병원, 프리드리히 쉴러 대학교 예나, ⁵X-trodes Ltd.

이 비디오는 참가자가 수행하는 비디오 유도 얼굴 표정 중에 무선 표면 근전도 검사(sEMG)를 사용하여 안면 근육 활동을 비침습적으로 기록하는 절차를 보여줍니다.

프로토콜

인간 참가자가 참여하는 모든 절차는 인간 복지에 대한 기관, 국가 및 국제 지침에 따라 수행되었으며 지역 기관 검토 위원회의 검토를 받았습니다.

1. 장비 및 소프트웨어 준비

1. 데이터 수집 장치(DAU) 충전: 실험 전에 무선 DAU를 완전히 충전하십시오.
2. 보안 디지털(SD) 카드 준비: 포맷된 v30형 SD 카드를 DAU 내부에 삽입하고 켭니다.
3. 중단 최소화: 간섭을 피하기 위해 모든 휴대폰을 저소음 모드로 전환하고 Bluetooth를 끄십시오.
4. 태블릿 설정
   1. Android 태블릿에 전극 응용 프로그램( 재료 표 참조)을 설치하고 엽니다.
   2. 응용 프로그램은 사용 가능한 장치를 검색합니다. ID 번호로 DAU를 선택하고 확인을 클릭하여 태블릿을 DAU와 페어링합니다.
   3. 전극 마스크 몽타주를 선택하고 확인을 클릭합니다.
   4. 화면에 표시할 채널(1-16)을 선택하고 확인을 클릭합니다. 선택한 채널의 신호를 보여주는 화면이 나타나 실험 준비가 되었음을 나타냅니다.
      메모: 기본적으로 16개 채널이 모두 선택됩니다.
5. 케이블을 사용하여 태블릿을 컴퓨터에 연결합니다. Android 태블릿의 USB(범용 직렬 버스) 설정을 파일 전송에서 USB 테더링으로 변경합니다.
6. PsychoPy 설치: 컴퓨터에 PsychoPy 프로그램(버전 v2023.1.3)을 다운로드하여 설치합니다.
7. 프로토콜 파일 다운로드: https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment 에서 Github 저장소를 열고 <> 코드를 클릭한 다음 ZIP 다운로드를 클릭하여 모든 파일을 다운로드합니다. 이 폴더에는 실험 파일 facial_expressions.psyexp가 포함되어 있습니다. 하위 폴더 schaede-cut-tlv 실험 실행에 필요한 비디오 및 PsychoPy에서 자동으로 사용하는 기타 파일이 있습니다. 컴퓨터의 원하는 위치에 폴더를 추출합니다.

2. 참가자 설정

1. 전극 마스크 적용
   1. 얼굴 준비: 참가자에게 페이스 크림이나 메이크업을 바른 경우 얼굴을 깨끗하게 하도록 지시합니다. 준비 젤, 알코올 기반 섬유가 없는 천 또는 물과 비누를 사용하여 청소하십시오. 피부를 최소 1분 동안 건조시키십시오.
      메모: 이 단계는 선택 사항입니다.
   2. 전극 배치:
      1. 스티커(1-6)에 표시된 순서에 따라 전극 어레이 마스크의 피부 접촉 쪽에서 보호 필름을 조심스럽게 떼어냅니다.
      2. 전극 번호 11(눈 기호로 표시됨)을 참가자의 오른쪽 눈 근처에 놓고 전극 번호 8(코 기호로 표시됨)을 코에 놓습니다.
      3. 얼굴 오른쪽에 전극 1-15를 부착하고 왼쪽 이마에 전극 16을 부착합니다. 기준 전극을 오른쪽 유양돌기에 놓습니다. 근육에 대한 전극 위치는 그림 1A 를 참조하십시오.
   3. 부착: 마스크를 피부에 부드럽게 밀착한 후 외부 투명 지지필름을 조심스럽게 하나씩 떼어내어 마스크를 완전히 부착합니다. 이 과정에서 마스크가 분리되지 않도록 주의하십시오.
   4. DAU 연결: 전극 어레이 커넥터 카드를 DAU의 커넥터 소켓에 삽입한 다음 DAU를 테이프에 고정합니다.
2. 사진 문서:
   1. 전극 배치를 문서화하기 위해 다양한 각도(90°, 45°, 0°)에서 참가자의 사진을 3장 이상 찍습니다.
3. 참가자 좌석 착석( 그림 1B 참조)
   1. 의자 및 거리: 얼굴 운동 지침이 표시되는 컴퓨터 화면에서 고정된 거리(예: 70cm)의 직립 의자에 참가자를 앉힙니다.
   2. 편안함 확인: 참가자가 편안하게 앉아 있고 화면을 명확하게 볼 수 있는지 확인하십시오.

3. 신호 검증

1. EMG 신호 품질 확인: 태블릿 애플리케이션이 16개의 EMG 전극 신호를 모두 감지하는지 확인합니다.
2. 필요한 경우 문제 해결:
   1. 각 전극을 참가자의 피부에 부드럽게 누르고 기포가 갇히지 않도록 합니다.
   2. 신호가 안정화될 때까지 시간을 허용하십시오.
   3. 간섭을 일으킬 수 있는 전자 장치에서 멀리 떨어져 있습니다.
   4. 문제가 지속되면 DAU를 다시 연결하거나 룸을 전환하는 것이 좋습니다.
   5. 최후의 수단으로 전극 패치를 교체하십시오.

4. 실험 실행

1. EMG 기록 시작: Android 태블릿에서 전극 애플리케이션을 열고 세션 시작을 누릅니다.
2. 세션 세부 정보를 입력합니다.
   1. 세션 세부 정보에 대한 창이 나타납니다. 연구 이름, 세션 이름, 사이트, 운영자, 환자 ID, 연령, 성별 및 비고를 입력합니다.
      1. 기록 시작을 클릭하여 EMG 데이터 캡처를 시작합니다. 이 순간부터 EMG 데이터가 기록되고 있습니다. 원시 데이터는 4kS/s의 샘플링 속도로 SD 카드에 저장됩니다.
3. 보정(선택 사항): 응용 프로그램은 참가자가 시작을 누른 후 지정된 기본 작업(예: 눈 감기, 씹기)을 수행하는 보정 프로세스를 시작합니다. 필요한 경우 재보정을 수행할 수 있습니다. 보정이 완료되면 확인을 클릭합니다. 원하는 경우 다음을 클릭하여 이 단계를 건너뜁니다.
4. 실험 파일을 엽니다.
   1. 컴퓨터에서 다운로드한 실험 파일 facial_expressions.psyexp를 두 번 클릭하여 PsychoPy에서 엽니다.
   2. 실험 실행을 클릭하여 실험을 시작합니다.
   3. 메시지가 표시되면 세션 세부 정보(참가자 번호, 세션 번호, 태블릿 이름)를 입력하고 확인을 클릭합니다.
      메모: 태블릿 이름은 태블릿 정보의 Android 태블릿 설정에서 찾을 수 있는 태블릿의 일련 번호입니다.
5. 세션 실행 중
   1. 참가자에게 비디오 가이드의 지시에 따라 11가지 표정(그림 2)을 수행하도록 합니다. 첫 번째 표현식(Rest) 이후에는 각 표현식이 연속으로 세 번 반복됩니다. 참가자는 각 표현을 5초 동안 유지한 후 3초 동안 휴식을 취해야 합니다.
   2. 지침과의 정확성과 동기화를 보장하기 위해 필요한 경우 참가자를 관찰하고 안내하십시오.
6. 실험을 종료합니다.
   1. 완료되면 PsychoPy가 자동으로 실험을 중지합니다. END recording을 클릭하여 태블릿에서 EMG 데이터 기록을 중지합니다. 예, 중지를 클릭하여 확인합니다. 세션이 완료되었음을 확인하는 창이 표시되면 확인을 클릭합니다.
   2. 동기화 버튼을 눌러 세션 데이터를 시스템 클라우드에 동기화합니다. 완료되면 응용 프로그램을 종료합니다.

5. 실험 후 데이터 처리 및 분석

1. 사이코피에서 데이터를 수집합니다.
   메모: 세션이 완료되면 Psychopy는 데이터 하위 폴더에 CSV 파일을 자동으로 저장합니다. 파일 이름은 세션 세부 정보를 나타냅니다. CSV 파일에는 비디오 이름, 타임스탬프, 참가자 식별 번호, 세션 번호 및 Android 태블릿 번호가 포함되어 있습니다.
2. EMG 데이터를 변환합니다.
   1. 전극 시스템의 클라우드 서비스에 로그인하고 세션 세부 정보를 선택합니다.
   2. SD 카드에서 EMG 데이터를 업로드합니다.
   3. EDF 파일 생성을 클릭하여 EMG 데이터가 포함된 업로드된 XF2 파일을 EDF(유럽 데이터 형식) 파일 형식으로 변환합니다. 오프라인 분석을 위해 선택한 파일을 다운로드합니다.
3. 기본적인 EMG 데이터 분석을 수행합니다. 참고: EDF 파일에는 16개 채널(EMG CH-1에서 CH-16까지)의 원시 EMG 데이터, 3개 채널(GYRO-X, Y, Z)의 자이로 데이터 및 3개 채널(ACC-X, Y, Z)의 가속도계 데이터가 포함되어 있습니다. 특정 얼굴 표정에 대한 시점을 나타내는 사이코피의 주석은 파일 내에 자동으로 저장됩니다. 추가 분석을 위해 16개 채널의 원시 EMG 데이터와 주석만 사용되었습니다.
   1. 대역 통과 10-500Hz 필터를 사용하여 원시 EMG 데이터를 필터링합니다.
   2. 노이즈를 줄이기 위해 50Hz 노치 필터를 적용합니다.
   3. 연구 목적에 맞게 원하는 분석을 진행합니다.

결과

그림 1: 개략적인 실험 설정 개요. (A) 얼굴의 전극 위치: 얼굴의 1-16개 채널, 오른쪽 유양돌기의 기준 전극. (B) 참가자는 컴퓨터 화면 앞에 편안하게 앉습니다. 이 패널은 Funk et al.11의 허가를 받아 복제되었습니다. (C,D) 근전도(EMG) 신호를 확인하고 보정을 수행하기 위해 EMG 기록 응용 프로그램을 설정합니다. (E) Psychopy 소프트웨어를 통한 실험 실행. (F) 데이터 분석은 오프라인으로 ...

재료