生理相关的情感识别

Neuropsychology

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Overview

资料来源: 乔纳斯 · 卡普兰和莎拉一、 贝尔实验室 — — 南加利福尼亚大学

自主神经系统 (ANS) 控制身体内部器官的活动,并调节其活动依赖于当前环境的变化。迷走神经支配的很多内部器官,是系统的重要组成部分。当我们的大脑感知危险时,抑制迷走神经张力,导致一系列旨在使我们能更好地战斗或逃跑; 身体的变化例如,我们的心率增加,我们的瞳孔放大,和我们的呼吸得更快。相反,当迷走神经系统被激活,这些生理反应是受到抑制,导致平静状态。迷走神经,然后,作为一种"刹车"对我们的觉醒。这平静的状态的一个有趣的结果是,它倾向于促进社会互动-当我们不紧张和害怕的我们周围的环境,我们就转而接受与别人交流。因此,此规管机制,运作不良可能是与社会行为的困难。

自主神经调节指标之一是心率变异性 (HRV)。心率变异性是衡量一个节拍和下一步之间的差距随着时间变化的多少。高 HRV 意味着随着时间推移,成功自主调节反射有心率持续波动。低 HRV 意味着随着时间推移,与贫穷的自主神经调节相关的条件还有一致性的心率。

在这项研究,我们将测试的假设,即增加心率变异性是与情绪刺激更准确分类相关联。1,2后研究公园et al.,我们将测量心率变异性和测试其协会措施于觉察面部表情技能的任务。3

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 神经心理学精要. 生理相关的情感识别. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Procedure

1.招募 40 名与会者。

  1. 与会者应该有正常或更正正常的视觉,以确保他们将能够看到正确的刺激。
  2. 参与者不应该食用酒精、 咖啡因或其他药物的实验至少 6 小时前。
  3. 与会者应该有神经、 精神科,或心脏疾病没有历史。

2.预试验程序

Figure 1
图 1: 电极放置。把心靠近身体右侧肋骨下的正极。心脏,左锁骨下方上方负面的地方。把心附近的左侧肋骨下的接地极。

  1. 将三个电极连接到胸部,记录心率 (图 1)。电极应预凝胶。请检查以确保这种凝胶不干。
    1. 在右侧修复下面肋骨笼正极。
    2. 解决跨心与正面电极形成对角线的左锁骨下方的负电极。
    3. 修复在左边肋骨下方的接地极。
  2. 记录静息心率变异性 (HRV) 5 分钟的基线。
    1. 电极连接到设备放大信号并将它发送到计算机进行监测和记录。
    2. 验证测量心脏信号的质量。
    3. 记录心电信号的检测在 1000 赫兹采样率。

3.提供指令的参与者。

  1. 告诉参与者在屏幕上会出现一系列的面孔。他们的任务是决定是否脸上是一张可怕的脸,或不。如果不是,他们应按如果面对的是可怕的键盘上的 F 键或 J 键。
  2. 指示参与者尽量准确,因为他们可以迅速地作出反应。

4.面部表情识别任务来执行。

  1. 每项试验开始交叉仍为 500 毫秒屏幕上固定。
  2. 一张脸出现,并且仍然在 200 毫秒屏幕上。
  3. 一半的脸上显示一害怕的表情,和一半显示一个中性的表情。面孔的顺序被随机的每个参与者。
  4. 脸上取而代之的是 2 的屏幕依然是交叉固定 s。
  5. 目前 120 试验。

5.分析数据。

  1. HRV 的计算,从记录的心脏信号。
    1. 使用自动化的软件来识别每个心动周期称为 R 波的峰值。
    2. 目视检查数据,确保正确地标识每个 R 波并进行任何必要的调整。
    3. 从每个确定的 R 波计算的时间,到下一步,并记录这些值。
    4. 使用专门的软件来计算高频 HRV 功率,对应于 HRV 0.15 至 0.4 赫兹范围内的程度。
  2. 分析上,面部表情识别任务的行为表现。
    1. 计算精度分别为恐惧和中性面孔。
  3. 分析 HRV 和情感识别的关系。
    1. 分别计算 HRV 和确定的恐惧和中性面孔,在准确性的相关性。

生理测量值可以用于了解心理功能,揭示身体与心灵间的互动关系。

一个人如何快速的心跳可以变化取决于他们的环境,和 — — 通过扩展 — — 他们的情绪状态。例如,一个人感觉到一个模糊的身影,之后他们在晚上可能证明由于恐惧,以及从逃跑体力出现的心率加速。

与此相反的是,当同一个人进入一个舒适的环境,如收集在一个朋友家里,相对没有危险 — — 除了也许洒酒白色的地毯上 — — 感知。

有趣的是,虽然心脏的速度可以更改自动响应自己的感情,它也可能影响他们区别于他人的感情所 — — 喜欢恐怖刚刚打破了主机最喜欢灯的人。

在这里,面对有罪方恐惧的迹象很观察 — — 睁大眼睛,露出牙齿,,眉毛 — — 可以简要升级心率的观察员。在所有的这些经验,整个个人显示高心率变异性或 HRV,代表有效的监管。

在本视频中,我们探讨如何在心血管能力范围 — — 低到高的心率变异性 — — 可以用来预测个人的能力,认识到在其他人的感情。

我们演示了如何设计和执行一项实验,分析心率和情感识别数据。

在这个实验中,参与者首先配备的心脏周围,要求休息,而基线录音并采取,然后显示图片的人脸表示不同的情感,他们必须确定他们心脏的信号是连续记录电极。

在任务,期间小交叉固定显示在计算机屏幕上,其次是单个的人脸图片的中心。

诀窍就是此人脸图像可以是平静的、 中性的表达式的 — — 例如,某人与放松的嘴、 眉毛,前额 — — 或一种恐惧。

当每个视觉呈现时,参与者必须表明哪种感觉,它描绘了。这里的想法是,他们的反应的总体精度提供了的情感识别能力措施。

每个审判结束与演示文稿的最后固定符号清晰分离变量: 情感和心脏反应跨同样但按随机顺序显示的试验类型。

虽然监测心率,重点放在所谓的 R 波,对应于大高峰期间每一次跳动的心脏周期的重要组成部分。心率变异性 — — 心率变异性 — — 计算,对应于每个峰值之间的时间,它在一段时间内的变化。

计算处理通过大量的数学运算,例如快速傅里叶变换和频率信息的结果。一个乐队的情况,是高频率范围内这整个功率谱,, 是感兴趣的因为它反映了自主调节的状态。

具体而言,高心率变异性意味着,参与者的心率变化不断,这表明成功控制指标。与此相反,低 HRV 等同于一致的值,因此协会与监管不力。

重要的是,HRV 措施与情感识别结果进行比较。基于以往的经验,预期精度的确定感情将与心率变异性相关。

换句话说,其心率波动不同情绪图片示参与者更容易正确区分它们,建议很有 HRV 生理相关的识别过程。

若要开始,当他们到达迎接参与者。验证他们有正常的视觉,不消耗任何物质,如咖啡因或酒精,在过去的 6 小时,这会影响他们的心率,并没有历史的精神病或心脏疾病。

然后,直接参与者,坐在计算机显示器和键盘。收集三个预凝胶的电极和检查,他们有不干涸,以确保正确进行从心电信号。

现在指示参与者贴上这些电极使用既定的配置其胸部。附加的线索,并确认他们已正确连接到将放大和中继到录制计算机信息的设备。

在这一点上,在软件中监测心脏的信号,以确保它没有噪音和文物。另外,验证采集参数是正确的并开始收集静息心率为 5 分钟。

继续解释在显示器上显示的人脸图片。强调的是,如果他们解释图像作为惧参与者应快速在键盘上推 'F'。相比之下,如果脸上出现中性和缺乏情感,强调,必须使用 J 键。

此外确认,第一次交叉固定出现在屏幕上为 500 毫秒,并为每个审判,200 毫秒,紧接着 2 的最终固定符号的面部图像 s。现在,离开房间,继续记录他们心脏的信号,因为他们执行 120 情感识别试验。

所有收集到的心脏衍生数据,首先在图形用户界面中导航并隔离 R 波来计算这些确定峰之间的时间。

进一步处理这些措施产生的频率、 功率谱和尤其是,在高频率范围,表示程度的波动在 0.15-0.4 内记录的值 Hz。

最后,计算每个人的情感识别能力。为此,首先导入按键,从记录的数据和计算确定了正确的恐惧脸孔的平均百分比。然后,重复此过程,为中性的图像。

要分析的数据,首先要创建哪里害怕的面孔识别的准确性绘制一个散点图上的 y 轴和心率变异性在 x 轴上的值。包括从所有参与者在此图中的数据。然后,创建为中性脸数据类似的阴谋。

在每个,确定最适合与相关系数的线。重要的是,越近的数据点到这条线,是情感识别和 HRV 之间的线性相关关系越强。

请注意数据点都更紧密地围绕在恐惧识别图中,相对于对应的中性的最佳拟合线。

这表明 HRV 与个人能力区分惊吓; 呈正相关然而,没有相关性 HRV 和参与者的能力,认识到中性的面孔,表明这种关系特定的情感。

集体,这些结果意味着心率的生理现象和社会行为之间的联系。具体而言,个人与高心率变异性可能更容易识别他人,情绪,因此 excel 与社会的相互作用。

现在,您了解如何探讨自主的自我调节和社会行为之间的关系,让我们看看如何研究人员正在研究生理唤醒在年轻的时候和其他认知和心理健康情况的变化。

到目前为止,我们一直专注于中成年人的情感识别。然而,在孩子们探讨早期心血管的变化,可以预测以后的健康状况的相关因素正在执行类似的工作。

例如,研究人员测量心率同时遭受大量行为条件,包括一首摇篮曲期间休息、 活动玩偶、 品尝酸柠檬果汁和音频的婴儿啼哭的幼儿。

这种经验导致不同心率的结果,这表明,在年幼的儿童,可以引起变异性。进一步的研究需要评估心血管措施的发展轨迹和最终预测未来的健康结果。

HRV 和工作记忆的关系,研究表明,低心率变异性的人 — — 其心跳在连续,即使速度尽管甚至可怕的环境 — — 更容易证明工作记忆力差,并且忘记他们被告知的地址。

有趣的是,重复的有氧运动 — — 喜欢跑步 — — 实际上可以提高心率变异性和内存保留,强调身体和大脑之间的关系。

其他工作已经最后,看看是否还有 HRV 和某些心理健康疾病,如抑郁症之间的关联。

具体而言,个人与同样低心率变异性可能更容易出现抑郁症状,像不感兴趣的活动或社会设置退出。因此,HRV 可作为有用的、 非侵入性的生物标志物这社会的障碍。

你刚看了生理相关的情感识别的朱庇特的视频。到现在为止,你应该知道如何向与会者,目前社会上相关的视觉刺激和收集和解释都行为和 HRV 数据。此外,你应该理解科学家如何适用额外的上下文,如它涉及到其他认知过程像记忆如何 HRV。

谢谢观赏 !

Results

面部表情识别任务的性能往往是很高;在我们的数据总体精度为 92.5%。与会者更准确地确定中性面孔 (94.1%) 相比恐惧脸孔 (90.9%)。重要的是,HRV 高频功率显著相关精度的确定恐惧脸孔图 2)。高心率变异性的人更准确地识别恐惧脸孔 (r = 0.36)。HRV 功率与确定中性面孔,该值指示关联特定情感的准确性并不相关。

Figure 2
图 2:HRV 与面部表情精度密切相关.HRV 高频功率与精度为恐惧脸孔 (左) 而不是中性面孔 (右) 密切相关。请点击这里查看此图的大版本。

这些数据表明个体差异有关的活动中的自主神经系统和辨识在视觉刺激社会有关情感技巧之间的关联。这一发现证实了成功自主自律和社会行为; 之间的联系在对其生理激发泵刹车更成功的个人似乎更擅长需要情绪调节与社会互动的任务。

Applications and Summary

本实验演示生理数据提供洞察人类认知的力量。这一发现从心的测量可以用于了解心理功能提醒我们的大脑和身体之间的密切联系。健康的认知控制和情绪调节,心率变异性指标可作为心理健康相对无创生物标记物。例如,低心率变异性与焦虑障碍4和抑郁,5和也与抑郁严重程度相关。低 HRV 也可能预测创伤后压力症的易感性。6自主神经系统这简单措施因此可作为一个窗口到情绪的大脑和身体健康。

References

  1. Appelhans, B.M. & Luecken, L.J. Heart rate variability as an index of regulated emotional responding. Rev Gen Psychol 10, 229-240 (2006).
  2. Thayer, J.F. & Lane, R.D. A model of neurovisceral integration in emotion regulation and dysregulation. J Affect Disord 61, 201-216 (2000).
  3. Park, G., Van Bavel, J.J., Vasey, M.W., Egan, E.J. & Thayer, J.F. From the heart to the mind's eye: cardiac vagal tone is related to visual perception of fearful faces at high spatial frequency. Biol Psychol 90, 171-178 (2012).
  4. Chalmers, J.A., Quintana, D.S., Abbott, M.J. & Kemp, A.H. Anxiety Disorders are Associated with Reduced Heart Rate Variability: A Meta-Analysis. Front Psychiatry 5, 80 (2014).
  5. Kemp, A.H., et al. Impact of depression and antidepressant treatment on heart rate variability: a review and meta-analysis. Biol Psychiatry 67, 1067-1074 (2010).
  6. Gillie, B.L. & Thayer, J.F. Individual differences in resting heart rate variability and cognitive control in posttraumatic stress disorder. Front Psychol 5, 758 (2014).

1.招募 40 名与会者。

  1. 与会者应该有正常或更正正常的视觉,以确保他们将能够看到正确的刺激。
  2. 参与者不应该食用酒精、 咖啡因或其他药物的实验至少 6 小时前。
  3. 与会者应该有神经、 精神科,或心脏疾病没有历史。

2.预试验程序

Figure 1
图 1: 电极放置。把心靠近身体右侧肋骨下的正极。心脏,左锁骨下方上方负面的地方。把心附近的左侧肋骨下的接地极。

  1. 将三个电极连接到胸部,记录心率 (图 1)。电极应预凝胶。请检查以确保这种凝胶不干。
    1. 在右侧修复下面肋骨笼正极。
    2. 解决跨心与正面电极形成对角线的左锁骨下方的负电极。
    3. 修复在左边肋骨下方的接地极。
  2. 记录静息心率变异性 (HRV) 5 分钟的基线。
    1. 电极连接到设备放大信号并将它发送到计算机进行监测和记录。
    2. 验证测量心脏信号的质量。
    3. 记录心电信号的检测在 1000 赫兹采样率。

3.提供指令的参与者。

  1. 告诉参与者在屏幕上会出现一系列的面孔。他们的任务是决定是否脸上是一张可怕的脸,或不。如果不是,他们应按如果面对的是可怕的键盘上的 F 键或 J 键。
  2. 指示参与者尽量准确,因为他们可以迅速地作出反应。

4.面部表情识别任务来执行。

  1. 每项试验开始交叉仍为 500 毫秒屏幕上固定。
  2. 一张脸出现,并且仍然在 200 毫秒屏幕上。
  3. 一半的脸上显示一害怕的表情,和一半显示一个中性的表情。面孔的顺序被随机的每个参与者。
  4. 脸上取而代之的是 2 的屏幕依然是交叉固定 s。
  5. 目前 120 试验。

5.分析数据。

  1. HRV 的计算,从记录的心脏信号。
    1. 使用自动化的软件来识别每个心动周期称为 R 波的峰值。
    2. 目视检查数据,确保正确地标识每个 R 波并进行任何必要的调整。
    3. 从每个确定的 R 波计算的时间,到下一步,并记录这些值。
    4. 使用专门的软件来计算高频 HRV 功率,对应于 HRV 0.15 至 0.4 赫兹范围内的程度。
  2. 分析上,面部表情识别任务的行为表现。
    1. 计算精度分别为恐惧和中性面孔。
  3. 分析 HRV 和情感识别的关系。
    1. 分别计算 HRV 和确定的恐惧和中性面孔,在准确性的相关性。

生理测量值可以用于了解心理功能,揭示身体与心灵间的互动关系。

一个人如何快速的心跳可以变化取决于他们的环境,和 — — 通过扩展 — — 他们的情绪状态。例如,一个人感觉到一个模糊的身影,之后他们在晚上可能证明由于恐惧,以及从逃跑体力出现的心率加速。

与此相反的是,当同一个人进入一个舒适的环境,如收集在一个朋友家里,相对没有危险 — — 除了也许洒酒白色的地毯上 — — 感知。

有趣的是,虽然心脏的速度可以更改自动响应自己的感情,它也可能影响他们区别于他人的感情所 — — 喜欢恐怖刚刚打破了主机最喜欢灯的人。

在这里,面对有罪方恐惧的迹象很观察 — — 睁大眼睛,露出牙齿,,眉毛 — — 可以简要升级心率的观察员。在所有的这些经验,整个个人显示高心率变异性或 HRV,代表有效的监管。

在本视频中,我们探讨如何在心血管能力范围 — — 低到高的心率变异性 — — 可以用来预测个人的能力,认识到在其他人的感情。

我们演示了如何设计和执行一项实验,分析心率和情感识别数据。

在这个实验中,参与者首先配备的心脏周围,要求休息,而基线录音并采取,然后显示图片的人脸表示不同的情感,他们必须确定他们心脏的信号是连续记录电极。

在任务,期间小交叉固定显示在计算机屏幕上,其次是单个的人脸图片的中心。

诀窍就是此人脸图像可以是平静的、 中性的表达式的 — — 例如,某人与放松的嘴、 眉毛,前额 — — 或一种恐惧。

当每个视觉呈现时,参与者必须表明哪种感觉,它描绘了。这里的想法是,他们的反应的总体精度提供了的情感识别能力措施。

每个审判结束与演示文稿的最后固定符号清晰分离变量: 情感和心脏反应跨同样但按随机顺序显示的试验类型。

虽然监测心率,重点放在所谓的 R 波,对应于大高峰期间每一次跳动的心脏周期的重要组成部分。心率变异性 — — 心率变异性 — — 计算,对应于每个峰值之间的时间,它在一段时间内的变化。

计算处理通过大量的数学运算,例如快速傅里叶变换和频率信息的结果。一个乐队的情况,是高频率范围内这整个功率谱,, 是感兴趣的因为它反映了自主调节的状态。

具体而言,高心率变异性意味着,参与者的心率变化不断,这表明成功控制指标。与此相反,低 HRV 等同于一致的值,因此协会与监管不力。

重要的是,HRV 措施与情感识别结果进行比较。基于以往的经验,预期精度的确定感情将与心率变异性相关。

换句话说,其心率波动不同情绪图片示参与者更容易正确区分它们,建议很有 HRV 生理相关的识别过程。

若要开始,当他们到达迎接参与者。验证他们有正常的视觉,不消耗任何物质,如咖啡因或酒精,在过去的 6 小时,这会影响他们的心率,并没有历史的精神病或心脏疾病。

然后,直接参与者,坐在计算机显示器和键盘。收集三个预凝胶的电极和检查,他们有不干涸,以确保正确进行从心电信号。

现在指示参与者贴上这些电极使用既定的配置其胸部。附加的线索,并确认他们已正确连接到将放大和中继到录制计算机信息的设备。

在这一点上,在软件中监测心脏的信号,以确保它没有噪音和文物。另外,验证采集参数是正确的并开始收集静息心率为 5 分钟。

继续解释在显示器上显示的人脸图片。强调的是,如果他们解释图像作为惧参与者应快速在键盘上推 'F'。相比之下,如果脸上出现中性和缺乏情感,强调,必须使用 J 键。

此外确认,第一次交叉固定出现在屏幕上为 500 毫秒,并为每个审判,200 毫秒,紧接着 2 的最终固定符号的面部图像 s。现在,离开房间,继续记录他们心脏的信号,因为他们执行 120 情感识别试验。

所有收集到的心脏衍生数据,首先在图形用户界面中导航并隔离 R 波来计算这些确定峰之间的时间。

进一步处理这些措施产生的频率、 功率谱和尤其是,在高频率范围,表示程度的波动在 0.15-0.4 内记录的值 Hz。

最后,计算每个人的情感识别能力。为此,首先导入按键,从记录的数据和计算确定了正确的恐惧脸孔的平均百分比。然后,重复此过程,为中性的图像。

要分析的数据,首先要创建哪里害怕的面孔识别的准确性绘制一个散点图上的 y 轴和心率变异性在 x 轴上的值。包括从所有参与者在此图中的数据。然后,创建为中性脸数据类似的阴谋。

在每个,确定最适合与相关系数的线。重要的是,越近的数据点到这条线,是情感识别和 HRV 之间的线性相关关系越强。

请注意数据点都更紧密地围绕在恐惧识别图中,相对于对应的中性的最佳拟合线。

这表明 HRV 与个人能力区分惊吓; 呈正相关然而,没有相关性 HRV 和参与者的能力,认识到中性的面孔,表明这种关系特定的情感。

集体,这些结果意味着心率的生理现象和社会行为之间的联系。具体而言,个人与高心率变异性可能更容易识别他人,情绪,因此 excel 与社会的相互作用。

现在,您了解如何探讨自主的自我调节和社会行为之间的关系,让我们看看如何研究人员正在研究生理唤醒在年轻的时候和其他认知和心理健康情况的变化。

到目前为止,我们一直专注于中成年人的情感识别。然而,在孩子们探讨早期心血管的变化,可以预测以后的健康状况的相关因素正在执行类似的工作。

例如,研究人员测量心率同时遭受大量行为条件,包括一首摇篮曲期间休息、 活动玩偶、 品尝酸柠檬果汁和音频的婴儿啼哭的幼儿。

这种经验导致不同心率的结果,这表明,在年幼的儿童,可以引起变异性。进一步的研究需要评估心血管措施的发展轨迹和最终预测未来的健康结果。

HRV 和工作记忆的关系,研究表明,低心率变异性的人 — — 其心跳在连续,即使速度尽管甚至可怕的环境 — — 更容易证明工作记忆力差,并且忘记他们被告知的地址。

有趣的是,重复的有氧运动 — — 喜欢跑步 — — 实际上可以提高心率变异性和内存保留,强调身体和大脑之间的关系。

其他工作已经最后,看看是否还有 HRV 和某些心理健康疾病,如抑郁症之间的关联。

具体而言,个人与同样低心率变异性可能更容易出现抑郁症状,像不感兴趣的活动或社会设置退出。因此,HRV 可作为有用的、 非侵入性的生物标志物这社会的障碍。

你刚看了生理相关的情感识别的朱庇特的视频。到现在为止,你应该知道如何向与会者,目前社会上相关的视觉刺激和收集和解释都行为和 HRV 数据。此外,你应该理解科学家如何适用额外的上下文,如它涉及到其他认知过程像记忆如何 HRV。

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