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Segnali multi-modali per analizzare le risposte di dolore agli stimoli termici ed elettrici

doi: 10.3791/59057 Published: April 5, 2019

Summary

Questo articolo si concentra sull'elicitazione sperimentale del dolore attraverso il calore (termica) e stimolazione elettrica durante la registrazione visiva, fisiologico e le risposte paralinguistic. Essa mira a raccogliere dati validi multimodali per l'analisi basato sulla sua intensità, la qualità e la durata del dolore.

Abstract

La valutazione del dolore si basa principalmente su metodi che richiedono una persona di comunicare. Tuttavia, per le persone con disabilità cognitive e verbali, i metodi esistenti non sono sufficienti come mancanza di affidabilità e validità. Per affrontare questo problema, la ricerca recente si concentra su una valutazione obiettiva dolore facilitato dai parametri delle risposte derivate dalla fisiologia e segnali video e audio. Per sviluppare sistemi di riconoscimento automatico affidabile dolore, sono stati compiuti sforzi nella creazione di database multimodali per dolore di analizzare e rilevare i modelli di dolore valido. Mentre i risultati sono promettenti, essi si concentrano solo sul dolore acuto o intensità di dolore contro nessun dolore. Per avanzare questo, ricerca deve anche considerare la qualità e la durata del dolore, che forniscono ulteriori informazioni preziose per una gestione più avanzata dolore. Per completare i database esistenti e l'analisi di dolore per quanto riguarda qualità e lunghezza, questo libro propone un esperimento psicofisiologico per suscitare, misurare e raccogliere reazioni dolorose valido. I partecipanti sono sottoposti a stimoli dolorosi che si differenziano per durata (bassa, media e alta), intensità (5 s / 1 min) e modalità (calore / elettrico dolore) mentre audio e video (ad esempio, espressioni facciali, i gesti del corpo, la temperatura della pelle del viso) e fisiologici segnali (ad es., elettrocardiogramma [ECG], pelle livello di conduttanza [SCL], elettromiografia facciale [EMG] ed EMG di trapezio M.) sono in fase di registrazione. Lo studio è costituito da una fase di calibrazione per determinare la fascia di dolore individuale di un soggetto (dal più basso al più intollerabile dolore) e una fase di stimolazione in cui il dolore stimoli, a seconda della gamma calibrato, vengono applicati. I dati ottenuti possono consentire di raffinazione, il miglioramento e la valutazione di sistemi di riconoscimento automatico in termini di una valutazione oggettiva del dolore. Per un ulteriore sviluppo di tali sistemi e di studiare le reazioni di dolore in modo più dettagliato, le modalità di ulteriore dolore quali pressione, chimici, o freddo dolore dovrebbe essere incluso negli studi futuri. Dati registrati di questo studio saranno rilasciati come il "Database di dolore X-ITE".

Introduction

Il dolore è una sensazione molto personale e sgradevole che viene percepita in modo diverso da tutti. Dura da secondi a mesi e possono variare nella sua qualità (lancinante, tagliente, masterizzazione, ecc.). Se non adeguatamente trattata, dolore influenza le funzioni fisiche e psicologiche del corpo, riduce la qualità della vita e si assume il rischio di diventare una condizione cronica. Nell'assistenza clinica, la valutazione accurata di intensità del dolore e la qualità è molto importante per fornire successo dolore gestione1,2. Metodi di Gold standard per la valutazione del dolore, come la visual analog scale (VAS), la scala di valutazione numerica (NRS) o il questionario di dolore di McGill3, si basano su auto-rapporti dei pazienti e, quindi, solo lavoro sufficientemente con cognitivamente e verbalmente unimpaired persone. Di conseguenza, tutti coloro accertato metodi privi di validità e affidabilità quando si tratta di neonati4, delirante, sonnolenta, sedato, o pazienti arieggiati5o persone affette da demenza6,7. In aggiunta o in alternativa di self-report scale, sono stati sviluppati metodi per misurare il dolore attraverso l'osservazione da personale qualificato (ad es., la valutazione del dolore osservazione Zurigo8 o la scala del dolore di Abbazia9) negli ultimi anni. Tuttavia, anche questi strumenti soffrono limitazioni in affidabilità e validità, come valutatori anche addestrati non possono garantire una valutazione obiettiva. Inoltre, l'applicazione è spesso troppo dispendio di tempo per il personale clinico quando la valutazione del dolore dovrebbe essere fatto su base regolare.

Diversi gruppi di ricerca hanno focalizzato sullo sviluppo di riconoscere sistemi, che consentono di misurazione dolore mediante mezzi di fisiologico, visual, automatizzato di dolore e/o segnale paralinguistic imposta come nuovi approcci per la valutazione e il monitoraggio di dolore e la sua intensità obiettivamente. Gli studi precedenti mostrano risultati promettenti nella rilevazione e nella differenziazione del dolore10,11,12,13,16,17,18 o dolore acuto da emozioni di base14,15 basato esclusivamente su del segnale imposta10,11,12,13,14, 15 nonché su una combinazione/fusione16,17,19 dei set. Le modalità di cui sopra in modo quasi autonomo reagiscono a stimoli stressanti come il dolore. Loro utilizzo ha il vantaggio che non necessitano di capacità di una persona a riferire il suo dolore. Tali individui sarebbero di grande beneficio da un sistema di riconoscimento oggettivo dolore che incorpora tali modalità. Set di dati costituito da reazioni al dolore suscitato forniscono preziose informazioni per analizzare modelli di dolore e lo sviluppo di applicazioni pratiche per rilevare e monitorare il dolore. Tra gli altri, Walter et al.20 ha creato il "BioVid calore dolore Database", un database multimodale che è pubblicamente disponibile e fornisce dati da breve tempo indotto da stimoli dolorosi calore e corrispondenti reazioni psicofisiologiche e visual. Il Database"SenseEmotion" di Velana et al.21 comprende BCI, video e informazioni di paralinguistic da volontari affetti da dolore di calore fasiche e stimoli emotivi.

Mentre questi database sono ben adatti per esaminare le reazioni dolorose, sono per lo più basati su un modello specifico di dolore. Come dolore differisce nella sua qualità (presumibilmente a seconda del modello di dolore) e nella sua durata, è anche può differire nel suo fisiologico, visual e correla paralinguistic. A meglio della conoscenza authors', nessun studi multimodali o database esistano che combinano due o più modelli di dolore e variare gli stimoli di dolore di intensità e durata al fine di non solo rilevare modelli di dolore ma anche distinguere tra qualità di dolore.

Questo documento fornisce un protocollo su come condurre un esperimento complesso psicofisiologico per suscitare dolore e contemporaneamente registrare le risposte fisiologiche (ad es., ECG, EMG di Musculus trapezio, corrugatore del sopracciglioe zigomatico principali, SCL) così come dati audio e video (ad esempio, espressioni facciali, i gesti del corpo, la temperatura della pelle del viso). I partecipanti sono stimolati con breve (una frase) e calore (tonico) e stimoli elettrici dolore che si differenziano per intensità di lunga durata. Una fase di calibrazione prima dell'esperimento determina le soglie di dolore per ogni soggetto individualmente.

Lo studio mira a raccogliere dati multimodali per indagare il dolore (modelli) per quanto riguarda l'intensità, la qualità e la lunghezza per mezzo di metodi statistici, gli algoritmi di apprendimento di macchina, ecc. Inoltre, i dati già raccolti sono pianificati per essere pubblicati a fini di ricerca accademica sotto il nome di "X-ITE (Experimentally honduced Thermal ed Eelettrica) dolore Database". Possono estendere i database esistenti, ad esempio BioVid calore dolore e SenseEmotion20,21e contribuire per l'ulteriore sviluppo, miglioramento e/o valutazione di sistemi di riconoscimento automatico dolore in materia di validità, affidabilità e il riconoscimento in tempo reale.

Il resto della carta è organizzato nel modo seguente. Il protocollo descrive come effettuare lo studio di elicitazione di dolore passo-passo. Quindi, i risultati rappresentativi presentano l'esito dell'esperimento. Infine, la discussione copre fasi critiche, limitazioni e vantaggi dello studio seguita da suggerimenti per futuri ampliamenti.

Protocol

Lo studio è stato condotto in conformità con le linee guida etiche previste dalla World Medical Association dichiarazione di Helsinki (è stata concessa l'approvazione del comitato etico: 196/10-UBB/bal) e approvato dal comitato etico dell'Università di Ulm ( Helmholtzstraße 20, 89081 Ulm, Germania).

1. argomento del reclutamento e selezione

  1. Reclutare un numero uguale di soggetti sani di femminile e maschile tra i 18 e i 50 anni attraverso manifesti, volantini, pubblicità stampa locale e social media per ottenere un campione per lo più generale. Pubblicizzare il beneficio scientifico dello studio e offrire un compenso monetario. Fornire numero di telefono o indirizzo e-mail di contatto per ulteriori informazioni.
    Nota: Gli effetti relativi all'età nella sensibilità di dolore sono ben segnalati22 e dovrebbero essere considerati nella selezione del campione. Per evitare di confondere i risultati con gli effetti dell'età, abbiamo scelto un gruppo giovane come considerato da Lautenbacher et al.22.
  2. Escludere potenziali soggetti che soddisfano i seguenti criteri: soffrono di dolore cronico, depressione o una storia di disturbi psichiatrici; avendo condizioni neurologiche, sindrome di mal di testa o malattia cardiovascolare; regolarmente prendendo antidolorifici o usando antidolorifici direttamente prima dell'esperimento.

2. generale preparazioni dell'esperimento di elicitazione di dolore

Nota: L'esperimento di elicitazione di dolore è costituito da due parti temporalmente successive: la parte di calibrazione e la parte di stimolazione del dolore. La parte di calibrazione determina un partecipante soglia del dolore individuale e livello di tolleranza del dolore in termini di stimoli termici ed elettrici. La parte di stimolazione dolore esegue l'induzione di dolore regolato per le soglie individuali. Ogni parte dell'esperimento si svolge in una camera diversa: la camera di calibrazione e la camera sperimentale. La camera di calibrazione serve anche come sala di monitoraggio per lo sperimentatore durante la stimolazione di dolore parte (vedere Figura 1).

Figure 1
Figura 1 : Rappresentazione schematica della configurazione della camera. Il lato destro Mostra la camera di calibrazione/monitoraggio dove si svolge la parte di calibrazione. Più avanti, serve anche come un segnale di controllo camera durante la parte di stimolazione del dolore, che segue la parte di calibrazione. Il lato sinistro mostra la camera sperimentale dove si svolge la parte di stimolazione del dolore. Entrambe le camere sono collegate da un tubo del condotto, che la thermode, cavo degli elettrodi del stimolatori elettrici e cavi di computer può essere passato attraverso. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Benvenuti il soggetto che arrivando e lei/lui portare alla camera di calibrazione. Informare il partecipante in dettaglio circa l'esperimento di 3 h e la possibilità di disdetta in qualsiasi momento senza conseguenze negative. Ottenere un consenso informato per l'esperimento e una conferma scritta che nessuno dell'esclusione criteri si applicano. Preparare una ricevuta e la compensazione monetaria.
  2. Utilizzare gli stimolatori di marcatura che consentono per indurre stimoli termici ed elettrici altamente controllati. Utilizzare convertitori analogico-digitale che convertono gli stimoli termici ed elettrici analogici in segnali digitali per catturare. Accendere il thermal e lo stimolatore elettrico.
  3. Per la calibrazione e la parte principale dell'esperimento, impiegare software appropriato, che consente l'attivazione automatica e/o manuale degli stimoli termici ed elettrici. Avviare il software dello stimolatore termico ed elettrico. Preparate carta e penna per annotare le intensità di stimoli e le corrispondenti intensità di dolore riferite dal partecipante.
  4. Lasciate che il soggetto sedersi comodamente su una sedia con un bracciolo di destra-parteggiato. Luogo punto di ancoraggio di una scala di valutazione stampato passando da 0 a 100 in passi di 5 con, sulla sinistra, del punto di ancoraggio 0/no dolore e, sulla destra, 100/intollerabile dolore in fronte al soggetto. Istruire il soggetto per votare verbalmente l'intensità di dolore di uno stimolo immediatamente quando viene chiesto di farlo, usando la scala fornita. Spiegare con precisione che solo zero significa "nessun dolore", mentre 100 è uguale a uno stimolo che non può essere tollerato piu '.
    Nota: In questo studio, "tolleranza di dolore" è inteso come l'intensità di uno stimolo che un soggetto non sopporta piu ', che significa qui: non può più tollerare. Così, il punto di ancoraggio 100 è contrassegnato come dolore intollerabile in contrasto con una scala di valutazione numerica utilizzata nella pratica clinica.

3. taratura della soglia del dolore elettrici e tolleranza (parti 1 e 2)

Nota: Solo uno sperimentatore dovrebbe condurre la parte di calibrazione per ridurre al minimo gli effetti sociali sulla sensibilità al dolore. Scegliere uno sperimentatore con lo stesso sesso come il partecipante a minimizzare gli effetti di croce-sesso il dolore sensibilità23. Parte 1 determina la soglia del dolore e tolleranza in termini brevi stimoli elettrici (una frase) e parte 2 in termini di più lunga duraturi stimoli elettrici (tonico). Tali valori verranno utilizzati come base per il calcolo il fasiche e stimoli elettrici dolore tonico applicato nella parte di stimolo di dolore.

  1. Pulire la pelle del partecipante del giusto indice e dito medio con soluzione alcolica. Posizionare un elettrodo Ag/AgCl monouso (dimensione del contatto di pelle: 34 mm di diametro) sul lato superiore della falange intermedia del dito indice destro (anodo) e un altro sul lato superiore della prima falange del dito medio destro (catodo). Collegare gli elettrodi allo stimolatore elettrico.
  2. Chiedere al soggetto di riposare comodamente il braccio destro sul bracciolo e fornire loro le istruzioni per la procedura seguente.
    Nota: Qui è un esempio di come formulare l'istruzione per la parte di calibrazione elettrica 1: "avete intenzione di sperimentare brevi stimoli elettrici di diversa intensità. Iniziamo con un'intensità molto bassa. In primo luogo, è necessario indicare la prima volta si sente dolore basso. Questo sarà il vostro 'soglia di dolore'. Al fine di determinare tale soglia, inizierò uno stimolo elettrico, e poco prima della scadenza, ho intenzione di dire 'Adesso'. Quando questo accade, è necessario segnalare immediatamente se lo stimolo è stato doloroso o non votando su una scala da zero a cento. Se lo stimolo non era doloroso, si prega di segnalare 'Zero'. Poi vado con un'intensità maggiore. Dopo la prima volta che è segnalare un numero maggiore di zero, ridurrà l'intensità alcuni livelli e ripetiamo tutta la procedura finché non si indica un numero maggiore di zero nuovamente. Facciamo questo per convalidare la soglia del dolore. Dopo di che, lentamente aumenterà l'intensità al punto dove voi lo stimolo con 'Cento', ciò significa che il tasso non può tollerare o più sopportare il dolore. Questo sarà il vostro 'livello di tolleranza del dolore'. Ancora una volta, per convalidare questo livello, ci tornerò sicuramente pochi livelli e si ripeterà la procedura fino a quando si relazione 'Cento' per la seconda volta. Appena dici 'Cento', si fermerà immediatamente lo stimolo."
  3. Iniziare calibrazione elettrica parte 1 a partire da uno stimolo di 0,5 mA (400 V) con una durata di 5 s facendo clic sul pulsante Avvia dello stimolatore elettrico (software).
    Nota: Ogni stimolo elettrico della parte di calibrazione elettrica 1 ha una durata di 5 s. Lo stimolo è costituito da 100 elettroshock singolo della durata di 2 ms, ciascuno distribuiti equamente le 5 s.
    Attenzione: La calibrazione elettrica sempre inizia con 0,5 mA e ha un taglio a 25 mA per evitare la perdita di coscienza e situazioni di pericolo di vita.
  4. Dico "Ora" al 4 ° seconda dello stimolo. Annotare il numero del report di soggetto per la corrispondente intensità di stimolo. Condurre una pausa di 10 s lunga.
  5. Se il soggetto segnala zero, aumentare l'intensità di 0,5 mA, inizio dello stimolo e tornare al punto 3.4. In caso contrario, ridurre l'intensità di 1,5 mA (minimo: 0,5 mA), avviare lo stimolo e tornare al punto 3.4. Quando il soggetto segnala un numero maggiore di zero per la seconda volta, calcolare la media delle due intensità corrispondente a zero, scriverlo e contrassegnarlo come "soglia del dolore elettrico fasica" (pEPTh). In seguito, passare al punto 3.6.
  6. Aumentare l'intensità di corrente di 0,5 mA e inizio dello stimolo.
  7. Dico "Ora" dopo 4 s partire lo stimolo. Annotare il numero del report di soggetto per la corrispondente intensità di stimolo. Pausa per 10 s.
  8. Se il soggetto riporta un valore inferiore a 100, aumentare l'intensità di 0,5 mA, inizio dello stimolo e tornare al punto 3.7. In caso contrario, ridurre l'intensità di 1,5 mA (minimo: 0,5 mA), avviare lo stimolo e tornare al punto 3.7. Quando il soggetto segnala 100 per la seconda volta, calcolare la media delle due intensità corrispondente a 100, scriverlo e contrassegnarlo come "tolleranza al dolore elettrico fasica" (pEPTo). Continuare con il passaggio 3.9.
  9. Informare il partecipante parte 2 di calibrazione elettrica.
    Nota: Questa è una possibile istruzione per la parte di calibrazione elettrica 2: "ancora una volta stiamo iniziando con un'intensità bassa, ma questa volta, gli stimoli sarà più lunghi. Ho intenzione di dire 'Adesso' due volte, subito dopo l'inizio e poco prima della fine di uno stimolo. Ogni volta che dico "Ora", rapporto di un numero come avete fatto nella prima parte. Dopo la prima volta che è segnalare un numero maggiore di zero, ridurrà l'intensità alcuni livelli e ripetiamo tutta la procedura ai fini della convalida, finché non si indica un numero maggiore di zero nuovamente. In seguito, lentamente aumenterà l'intensità fino al punto dove si vota lo stimolo con 'Cento'. Ancora una volta, per convalidare questa soglia, ci tornerò sicuramente pochi livelli e si ripeterà la procedura fino a quando si relazione 'Cento' per la seconda volta. Appena dici 'Cento', si fermerà immediatamente lo stimolo."
  10. Iniziare calibrazione elettrica parte 2 a partire da uno stimolo di 0,5 mA (400 V) con una durata di 10 s facendo clic sul pulsante Avvia dello stimolatore elettrico (software).
    Nota: Ogni stimolo elettrico della parte di calibrazione elettrica 2 ha una durata di 10 s. Lo stimolo è costituito da 200 singole scosse elettriche di 2 ms di durata ciascuno, equamente distribuito sulle 10 s.
  11. Dico "Ora" dopo 1 s partire lo stimolo. Annotare il numero del report di soggetto per la corrispondente intensità di stimolo. Dire "Ora" 1 s prima dell'estremità di stimolo e, ancora una volta, annotare il numero oggetto ora riporta per la corrispondente intensità di stimolo. Pausa per 10 s.
  12. Se entrambi i rapporti del soggetto sono pari a zero, è necessario aumentare l'intensità di 0,5 mA, inizio dello stimolo e tornare al punto 3.11. In caso contrario, ridurre l'intensità di 1,5 mA (minimo: 0,5 mA), avviare lo stimolo e tornare al punto 3.11. Quando il soggetto segnala un numero maggiore di zero per la seconda volta, calcolare la media delle due intensità corrispondente a zero, scriverlo e contrassegnarlo come "tonico elettrici soglia del dolore" (tEPTh). In seguito, continuare con il passaggio 3.13.
  13. Aumentare l'intensità di corrente di 0,5 mA e inizio dello stimolo.
  14. Dico "Ora" dopo 1 s partire lo stimolo. Annotare il numero del report di soggetto per la corrispondente intensità di stimolo. Dire "Ora" 1 s prima della fine di stimolo. Ancora una volta, annotare il numero oggetto ora riporta per la corrispondente intensità di stimolo. Pausa per 10 s.
  15. Se entrambi i rapporti del soggetto sono inferiori a 100, aumentare l'intensità di 0,5 mA, inizio dello stimolo e ripetere i passaggi 3.14\u20123.15. In caso contrario, se uno qualsiasi dei rapporti del soggetto è esattamente 100, ridurre l'intensità di 1,5 mA (minimo: 0,5 mA), avviare lo stimolo e ripetere i passi 3.14\u20123.15. Quando il soggetto segnala 100 per la seconda volta, calcolare la media dei due intensità corrispondente a 100, scriverlo e contrassegnarlo come "tonico elettrici tolleranza al dolore" (tEPTo). Quindi continuare con il passaggio 3.16.
  16. Staccare gli elettrodi dello stimolatore elettrico e rimuovere entrambi gli elettrodi di Ag/AgCl dalle dita del partecipante. Pulire le dita con soluzione alcolica per lavare via i resti di gel di elettrodo.

4. taratura della soglia del dolore termico e tolleranza (parti 1 e 2)

Nota: La calibrazione del dolore termico è diviso in due parti. Parte 1 determina la soglia del dolore e della tolleranza in termini brevi stimoli termici (una frase) e lo fa in termini di più lunga duraturi stimoli termici (tonico) parte 2 . Tali valori verranno utilizzati come base per il calcolo il fasiche e stimoli di dolore termico tonico applicato durante la parte di stimolazione del dolore.

  1. Applicare un thermode di 30 x 30 mm sul lato superiore dell'avambraccio di destra del soggetto, circa 30 mm prossimale al polso, di una cinghia di fermo del gancio-e-ciclo. Chiedere al soggetto di riposare comodamente il braccio destro sul bracciolo.
    Nota: Un thermode è la sonda/parte dello stimolatore termico che è attaccato alla pelle del soggetto e induce lo stimolo termico effettivo.
  2. Informare il soggetto circa la procedura della parte termica calibrazione 1.
    Nota: Una formulazione per l'istruzione per la parte termica calibrazione 1 potrebbe essere: "ora andate a sperimentare gli stimoli termici brevi ma costanti di diversa intensità. Iniziamo con una temperatura appena sopra la temperatura corporea. Uno stimolo termico avrà inizio e poco prima della fine, devo dire che 'Ora'. Quando questo accade, è necessario segnalare rapidamente se lo stimolo è stato doloroso o non di rating è su una scala da zero a cento, come avete fatto nella parte di calibrazione elettrica. Allo stesso modo, se lo stimolo non era doloroso, si prega di segnalare 'Zero'. Poi vado con un'intensità maggiore. C'è sempre una pausa di pochi secondi tra due stimoli. La fase di calibrazione è terminata quando segnalerai 'Cento' o viene raggiunta la temperatura di taglio".
  3. Iniziare calibrazione termica parte 1 a partire da uno stimolo di 39 ° C con una durata di 5 s facendo clic sul pulsante Avvia dello stimolatore termico (software).
    Attenzione: La parte termica calibrazione 1 ha una taglio temperatura di 50 ° C al fine di evitare ustioni della pelle.
    Nota: Ogni stimolo termico della parte termica calibrazione 1 ha una durata di 5 s.
  4. Dico "Ora" al secondo 4 dello stimolo. Annotare il numero di intensità che il soggetto dà per la corrispondente temperatura. Pausa per 10 s.
  5. Se l'indicazione del soggetto è inferiore a 100, aumentare la temperatura di 1 ° C, avviare lo stimolo e ripetere i passi 4.4\u20124.5. In caso contrario, se l'indicazione è 100, o viene raggiunta la temperatura di taglio di 50 ° C, terminare la parte termica calibrazione 1 continuando con il passaggio successivo.
  6. Controllare i numeri noti e contrassegnare la prima temperatura con un numero corrispondente di intensità maggiore di zero come "soglia del dolore termico fasica" (pHPTh). Contrassegnare la temperatura con indicazione di 100 come "tolleranza al dolore calore fasica" (pHPTo).
    Nota: Se il soggetto segnala un numero inferiore a 100 alla temperatura limita (50 ° C), segna il 50 ° C come pHPTo.
  7. Informare il partecipante parte 2 della taratura termica.
    Nota: Qui è una formulazione esemplare per l'istruzione per questa fase di taratura termica: "Iniziamo con una temperatura sopra la temperatura corporea, ma questa volta gli stimoli termici sarà più lunghi. Devo dire che 'Ora' due volte: subito dopo l'inizio e poco prima della fine degli stimoli. Ogni volta che dico "Ora", si segnala un numero che è uguale a vostra esperienza del dolore. Se lo stimolo non era doloroso, si prega di segnalare 'Zero'. Poi vado con un aumento della temperatura. C'è sempre una pausa di pochi secondi dopo ogni stimolo. La fase di calibrazione è terminata quando segnalerai 'Cento' o viene raggiunta la temperatura di taglio".
    Attenzione: La parte di taratura termica 3 ha una temperatura di taglio di 49,5 ° C al fine di evitare bruciature alla pelle, a causa della più lunga durata di stimolo.
  8. Iniziare la parte termica calibrazione 2 con uno stimolo di 39 ° C per 10 s lungo facendo clic sul pulsante Avvia dello stimolatore termico (software).
    Nota: Ogni stimolo termico della parte termica calibrazione 2 ha una durata di 10 s.
  9. Dico "Ora" dopo 1 s partire lo stimolo. Annotare il numero di intensità il soggetto segnala per la corrispondente temperatura. Dire "Ora" 1 s prima della fine di stimolo. Ancora una volta, di annotare il numero di intensità che il soggetto ora riporta per la corrispondente temperatura. Pausa per 60 s.
  10. Se entrambe le indicazioni del soggetto sono inferiori a 100, è possibile aumentare la temperatura di 1 ° C (eccezione: Vedi nota sotto), avviare lo stimolo successivo e ripetere il passaggio 4,16. In caso contrario, se uno dei rapporti è esattamente 100 o viene raggiunta la temperatura limita di 49,5 ° C, terminare parte termica calibrazione 2 continuando con il passaggio seguente.
    Nota: In questa fase di taratura, i passaggi di temperatura sono: 39 ° C, 40 ° C, ° C 41, 42 ° C, 43 ° C, 44 ° C, 45 ° C, 46 ° C, 47 ° C, 48 ° C, 49 ° C, 49,5 ° C.
  11. Controllare i numeri noti e contrassegnare la prima temperatura in cui almeno uno dei numeri corrispondenti è maggiore di zero come "soglia del dolore termico tonic" (tHPTh). Contrassegnare la temperatura con un primo rapporto noto di 100 come "tolleranza al dolore calore tonic" (tHPTo).
    Nota: Se il soggetto segnala entrambi i numeri inferiori a 100 alla temperatura limita (49,5 ° C), contrassegnare 49,5 ° C come tHPTo.
  12. Rimuovere il thermode da sotto le ascelle del partecipante. Chiedere al soggetto se hanno bisogno di una breve pausa e/o vuole usare l'impianto igienico-sanitario. Per eseguire un controllo se il partecipante è adatto per la parte di stimolazione del dolore in termini di stimoli termici, seguire le istruzioni descritte nel File supplementari 1.

5. preparazione dell'esperimento di stimolazione di dolore

  1. Condotta la stimolazione di dolore in una camera sperimentale fotocamera-monitorati, temperatura controllata e basso rumore accanto la calibrazione/monitoraggio in camera (Vedi Figura 1). Collegare entrambe le camere tramite un tubo del condotto (80 mm di diametro).
    Nota: Fotocamera monitoraggio fornisce informazioni sullo stato di salute del soggetto e consente un intervento rapido in caso di improvvisa perdita di coscienza o collasso circolatorio.
  2. Impostare un lettino su cui il soggetto si trova durante l'esperimento. Posto con il lato lungo accanto ad un muro vicino al tubo del condotto. Fornire un cuscino per la testa.
  3. Fissare uno specchio alla parete accanto al divano di esame dove riposerà la testa del soggetto.
  4. Per l'acquisizione di dati fisiologici (ECG, EMG e SCL: 3x), audio, video (vista frontale e laterale del viso, la temperatura della pelle del viso e una vista di tutto il corpo) e le uscite di stimolatore termico ed elettrico durante l'esperimento, utilizzano computer di registrazione appropriato, software e dispositivi di registrazione (un registratore di biosegnali, tre telecamere a colori ad alta risoluzione, una telecamera termica e un microfono direzionale).
    1. Sviluppare una soluzione per la sincronizzazione le modalità registrate. Esso potrà comprendere un hardware attivazione dei dispositivi, una registrazione del trigger segnala tramite il biosegnali e registratori audio, sincronizzazione dell'orologio del computer (ad esempio tramite NTP) e una registrazione di timestamp insieme con i flussi di dati e di post-elaborazione dei dati registrati flussi per compensare gli scarti temporali e orologio deriva.
  5. Installare la videocamera di visione di tutto il corpo in un modo che cattura tutto il corpo del soggetto. Installare la telecamera frontale circa 1 m sopra la testa del partecipante. Montare il microfono sul lato sinistro e la telecamera termica sul lato destro, accanto alla fotocamera frontale. Fissare la telecamera al soffitto. Regolare a un punto in cui è in grado di registrare un lato del volto del soggetto, così come il lato opposto si riflette nello specchio (Vedi Figura 2).

Figure 2
Figura 2: rappresentazione schematica della fotocamera e microfono setup. La fotocamera frontale, la telecamera termica e il microfono sono impostati di circa 1 m sopra la testa del partecipante. Una telecamera cattura entrambi i lati del viso con l'aiuto di uno specchio. Una macchina fotografica di vista corpo montata alla parete consente la registrazione di movimento del corpo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nota: A causa di una piccola stanza sperimentale, combinando una telecamera con uno specchio è una soluzione molto elegante di catturare entrambi i lati del volto del soggetto con una sola fotocamera.

  1. Duplicate l'output grafico del biosegnale registrazione computer al monitor di un computer impostato in camera calibrazione/monitoraggio.
  2. Impostare attivo PC Altoparlanti nella sala calibrazione/monitoraggio. Collegarli tramite il tubo del condotto con il computer di registrazione audio. Assicurarsi di sentire il partecipante tramite il microfono nel caso in cui hanno bisogno di assistenza durante l'esperimento.
  3. Passare il thermode e il cavo degli elettrodi dello stimolatore elettrico attraverso il tubo del condotto nella stanza sperimentale. Mettere il rollup schiuma acustica in entrambi i lati del tubo del condotto (o un materiale simile che assorbe il suono).
    Nota: Lasciare lo stimolatore termico in camera calibrazione/monitoraggio. Contamina il segnale audio registrazione dovuto regolarmente a partire sua ventilazione interna al fine di raffreddare.
  4. Impostare le frequenze di campionamento di registrazione come segue: (a) audio a 44,1 kHz; (b) frontali e laterali Mostra telecamere a 25 Hz; (c) completo corpo macchina fotografica di vista a 30 Hz; (d) termocamera a 120 Hz; (e) SCL, EMG ed ECG a 1.000 Hz. salvare tutte le impostazioni.
  5. Ottenere un pacchetto di gel freddo (100 x 100 mm) e metterlo in un congelatore. Preparare un telo di tessuto non tessuto igienico 200 x 200 mm o qualcosa di simile (ad esempio, un asciugamano di carta sottile) e una pomata.
  6. Calcolare 12 intensità di stimolo individuali, sei per il caldo e l'induzione elettrica dolore, come segue: (a) intensità di dolore elettrico fasiche 3 (pE3) = 90% di pEPTo; (b) intensità del dolore elettrico una frase 2 (pE2) = (pE3 + pEPTh) / 2; (c) intensità del dolore elettrico una frase 1 (pE1) = pEPTh; (d) intensità di dolore elettrici tonico 3 (tE3) = 90% di tEPTo; (e) intensità di dolore elettrico tonico 2 (tE2) = (tE3 + tEPTh) / 2; (f) intensità di dolore elettrico tonico 1 (tE1) = tEPTh; (g) intensità di dolore una frase calore 3 (pH3) = pHPTo - 0,5 ° C, se l'oggetto ha segnalato 100 per pHPTo — altrimenti, pH3 = pHPTo; (h) intensità di dolore di calore una frase 2 (pH2) = (pH3 + pHPTh) / 2; (i) intensità di dolore una frase calore 1 (pH1) = pHPTh; (j) dell'intensità del dolore di calore tonico 3 (tH3) = tHPTo - 0,5 ° C, se l'oggetto ha segnalato 100 per tHPTo — altrimenti, tH3 = tHPTo; (k) dell'intensità del dolore di calore tonico 2 (tH2) = (tH3 + tHPTh) / 2; (l) intensità del dolore tonico calore 1 (tH1) = tHPTh.
  7. Immettere i valori il fasiche elettrici (pE1\u2012pE3) e intensità di calore dolore (pH1\u2012pH3) e tonico elettrici (tE1\u2012tE3) e intensità di dolore (tH1\u2012tH3) di calore — calcolato al passaggio 5.11 basato sulla taratura eseguita come ai punti 3 e 4 — nel software dello stimolatore termico ed elettrico. Impostare la temperatura basale (nessun dolore) a 32 ° C e il tasso di temperatura di aumento a 8 ° C/s. salvare tutte le impostazioni.
  8. Utilizzare un software di computer basato su lingua scripting, che comunica con lo stimolatore termico ed elettrico. Assicurarsi che permette il controllo e innescando stimoli di dolore basati su una sceneggiatura di elicitazione di dolore.
    Nota: Uno script di elicitazione di dolore innesca la stimoli del dolore randomizzato e controlli di sincronizzazione e la durata. In questo studio, il software dello stimolatore termico fornisce la possibilità di preparare uno script di elicitazione di dolore. Il software genera automaticamente gli stimoli termici e invia segnali quando uno stimolo elettrico deve essere azionato. Stimoli elettrici sono innescati da uno script preparato in un secondo software.
  9. Preparare lo script di elicitazione del dolore (Vedi Figura 3) come segue. Impostare il numero di ogni intensità di stimolo fasiche (pE1, pE2, pE3, pH1, pH2e pH3) a 30 e il numero di ogni intensità di stimolo tonico (tE1, tE2, tE3, tH1e tH2tH3) 1. Impostare la durata di ogni stimolo fasica a 5 s e la durata di ogni stimolo tonico a 60 s. Randomize l'ordine di tutti gli stimoli. Randomizzare le pause tra gli stimoli fasiche a s. 8 – 12 Set le pause dopo gli stimoli tonico a 300 s. salvare tutte le impostazioni.
    Nota: A causa della più lunga durata, il numero degli stimoli diversi tonico calore è impostato su 1 per evitare ustioni della pelle. Tutte le pause dopo stimoli tonico devono essere 300 s al fine di consentire i segnali fisiologici di tornare alla linea di base e, quindi, non contaminare segnali successivi.

Figure 3
Figura 3: illustrazione grafica di dolore stimolazione parte. (A) script di elicitazione di dolore esemplare con randomizzato fasiche (blu) e stimoli di dolore (rosso) di tonico. (B) estratto dallo script di elicitazione di dolore sopra: tre stimoli una frase con un tempo di durata di 5 secondi e pause successive. La durata delle pause varia tra 8 e 12 secondi. (pH1, pH2, pH3 = calore fasiche dolore con intensità 1, 2, 3; tH1, tH2tH3 = tonico calore dolore con intensità 1, 2, 3; pE1, pE2, pE3 = fasiche elettrici dolore con intensità 1 , 2, 3; tE1, tE2tE3 = tonico elettrici dolore con intensità 1, 2, 3; s = secondi). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

6. stimolazione di dolore

  1. Portare il partecipante alla camera sperimentale e raccontare loro la prossima procedura. Spiegare la messa a punto sperimentale e le funzionalità degli strumenti. Informare il soggetto ancora circa la possibilità di interrompere l'esperimento in qualsiasi momento premendo un pulsante di emergenza fornito o chiedendo di smettere.
  2. Chiedere al soggetto di sdraiarsi comodamente sul divano di esame. Chiedere loro di continuare a mentire sulla loro parte posteriore durante l'esperimento.
  3. Pulire tutte le zone della pelle dove verranno collegati gli elettrodi con soluzione alcolica. Rimuovere le cellule morte sulla superficie della guancica di sinistra, dietro l'orecchio sinistro e sopra il sopracciglio sinistro con gel abrasivo. Stondare queste aree con una soluzione alcolica.
  4. Per la misura della SCL, fissare due pregellati, nonpolarizable Ag/AgCl elettrodi alla parte inferiore della falange distale del dito medio e l'indice destro di cinghie di Velcro. Assicurarsi che le cinghie non sono troppo strette. Sono troppo stretti, se il soggetto segnala una sensazione lancinante a portata di mano.
  5. Per registrare l'ECG, è necessario utilizzare tre pregellati, adesivi Ag/AgCl elettrodi a clip con zone di contatto circolare (34 mm di diametro). Posizionare un elettrodo (catodo) sul petto, circa 6 cm sotto la clavicola destra. Posizionare il secondo uno (anodo) sulla sinistra nona e decima nervatura. Collegare il terzo elettrodo (riferimento di massa) fino alla cintola di destra accanto all'osso pelvico.
  6. Per registrare l'EMG di trapezio M., utilizzare anche tre pregellati, adesivi Ag/AgCl elettrodi a clip con zone di contatto circolare (34 mm di diametro). Posizionare due elettrodi (catodo e anodo) fianco a fianco sulla sinistra del trapezius muscolo del collo. Posizionare il terzo uno (riferimento) di sotto sulla clavicola sinistra.
  7. Utilizzare sei Ag/AgCl elettrodi riutilizzabili, schermati con 4 mm di diametro di registrazione per misurare l'EMGs di M. corrugatore del sopracciglio e M. zigomatico maggiore. Riempire le cavità degli elettrodi con elettrolita gel.
    1. Collegare gli elettrodi mediante biadesivo adesivi collari come segue: per il corrugatore corrugatore, posizionare un elettrodo (anodo) direttamente sopra il sopracciglio sinistro, accanto alla riga glabella (sinistra). Il secondo laterale di 1 cm di elettrodo (catodo) al primo posto.
    2. Allegare un terzo elettrodo (riferimento) per mezzo dell'osso frontale appena sotto l'attaccatura dei capelli. Per il grande zigomatico, tracciare una linea immaginaria da commissure orale sinistro per il lobo dell'orecchio sinistro. Posizionare un elettrodo (anodo) leggermente sotto il centro della linea e un secondo uno (catodo) 1 cm mediale accanto ad essa. Fissare il terzo elettrodo (riferimento) alla mastoide sinistro. Collegare tutti gli elettrodi ai relativi ingressi del dispositivo di registrazione di biosegnali.
  8. Effettuare un controllo visivo tramite il software di registrazione, se tutti i segnali fisiologici sono di buona/ottima qualità di biosegnali. Chiedere al soggetto per spostare alcuni muscoli e controllare il segnale rispettivo. Regolare/migliorare qualsiasi segnali insoddisfacente di mezzi/azioni appropriate.
  9. Posizionare un elettrodo Ag/AgCl (34 mm di diametro) sul lato superiore della falange intermedia del dito indice sinistro (anodo) e un altro sul lato superiore della prima falange del dito medio sinistro (catodo). Fissare gli elettrodi con nastro medico come soggetti potrebbero sudore durante la procedura, ridurre l'adesività degli elettrodi. Collegare gli elettrodi allo stimolatore elettrico.
  10. Applicare la thermode al lato superiore dell'avambraccio sinistro del soggetto circa 30 mm prossimale al polso da un cinturino in Velcro. Assicurarsi che la cinghia non si restringono la pelle.
  11. Avviare tutte le telecamere. Assicurarsi che il partecipante sia perfettamente visibile nelle immagini della telecamera. Se necessario, chiedere al soggetto di regolare la posizione. Soprattutto prendersi cura delle macchine fotografiche del viso con un piccola campo di vista. Idealmente, il volto deve essere al centro dell'immagine per ridurre il rischio che il partecipante si muove la testa fuori del campo di vista durante l'esperimento.
  12. Controllare se il microfono è acceso e il volume di registrazione è soddisfacente.
  13. Chiedere al soggetto se ha ulteriori domande e se lei è pronto per l'esperimento. Istruire lei per agire completamente naturalmente e non per sopprimere ed esagerare qualsiasi reazione di dolore durante l'esperimento.
  14. Avviare tutti i dispositivi di registrazione (telecamere, microfono, registratore di biosegnali) conformi ai requisiti per la sincronizzazione dei dati.
  15. Lasciare la stanza sperimentale ed entrare nella stanza di calibrazione/monitoraggio. Attendere 5 minuti per permettere i segnali fisiologici del soggetto normalizzare. Eseguire lo script di elicitazione di dolore.
  16. Monitorare con attenzione il soggetto e lo stato di avanzamento della parte di stimolo di dolore. Annotare qualsiasi timestamp di evidente comportamento insolito/innaturale, problemi tecnici o artefatti di biosegnali dovuto movimento estremo, venuta fuori di elettrodi, ecc.
  17. Dopo la fine dello script di elicitazione di dolore, interrompere tutti i dispositivi di registrazione. Salvare/esportare tutti i dati in un formato preferito. Spegnere lo stimolatore termico ed elettrico.
  18. Verifica se il partecipante è andato tutto bene e staccare tutti gli elettrodi e il thermode. Pulire tutte le zone di pelle con soluzione alcolica per eliminare residui di gel di elettrodo.
  19. Scarica il pack di gel freddo dal freezer e avvolgerlo nel igienico telo di tessuto non tessuto (o qualcosa di simile, per esempio sottile carta assorbente). Chiedere al partecipante di applicare per almeno 5 minuti per la zona di pelle dove è stato collocato il thermode.
  20. Offrire al soggetto la possibilità di fare i loro livelli di dolore individuale ha dimostrato e spiegato.
  21. Applicare unguento sulla zona di pelle dove è stato collocato il thermode.
    Nota: Pack di gel freddo e unguento viene utilizzato per ridurre al minimo (un potenziale) arrossamenti ed irritazioni della pelle.
  22. Consegnare la compensazione monetaria e averlo riconosciuto con una ricevuta. Fornire informazioni di contatto in caso di problemi emergenti. Ringrazio il partecipante e dire addio.
  23. Rimuovere la schiuma acustica da entrambi i lati del tubo conduit. Passare il thermode e il cavo degli elettrodi dello stimolatore elettrico torna alla camera di calibrazione/monitoraggio. Smaltire tutti gli elettrodi monouso, pulire tutti gli elettrodi riutilizzabili del gel rimane e pulire il lettino con un disinfettante di superficie adatto. Rimettere il pack di gel freddo nel congelatore.

Representative Results

Il dolore è percepito in modo diverso da qualsiasi persona e può esprimersi diversamente le espressioni facciali, paralinguistic e/o segnali fisiologici. Il design di questo studio è adatto per analizzare le risposte di dolore in numerosi modi per quanto riguarda le finalità sottostanti. I dati ottenuti possono consentire di rispondere alle domande di ricerca, come: ci è dolore specifici modelli di risposta? Si differenziano per quanto riguarda la durata e un modello di dolore?

Un totale di 134 soggetti hanno partecipato nel nostro esperimento. Il rapporto del sesso era 50/50. Li abbiamo divisi nei seguenti gruppi di età: 1) 18-29 anni (N = 49, 23 uomini, 26 donne), 2) 30-39 anni (N = 45, 23 uomini, 22 donne), 3) 40-50 anni (N = 40, 21 uomini, 19 donne). L'età media di tutti i soggetti era 31,4 (SD = 9,7), di tutti gli uomini = 33,4 (SD = 9.3) e di tutte le donne = 32.9 (SD = 10.2) anni. Lo studio ha avuto luogo presso il dipartimento di psicologia medica dell'Università di Ulm, Germania.

Il principale risultato di questo protocollo è un insieme di dati di segnali audio, video e psicofisiologici che riflette le risposte dei soggetti agli stimoli del dolore. La tabella 1 fornisce una panoramica generale sulle caratteristiche tecniche dei segnali registrati e sui numeri di stimoli di dolore indotto nello studio.

Caratteristiche tecniche
Segnale: Frequenza di campionamento: Attributi:
Audio 44100 Hz Mono, MP3 320 kbps
Telecamera 1 (faccia, vista frontale) 25 Hz Colore video: risoluzione 1384 x 1032,
HEVC codificati con libx265 (CRF 16, preset medio)
Fotocamera 2 (faccia, vista laterale) 25 Hz Colore video: risoluzione 1620 x 840,
HEVC codificati con libx265 (CRF 16, preset medio)
Corpo fotocamera CA. 30 Hz Colore video: risoluzione 1500 x 600,
HEVC codificati con libx265 (CRF 16, preset medio);
Profondità dei video: risoluzione 500 x 200, codifica lossless
Telecamera termica CA. 120,8 Hz Temperatura superficiale dei video: risoluzione 120 x 160,
scala di grigi MPEG-4-AVC codificati con libx264
(CRF 0, veryfast preimpostato),
gamma di temperature codificato 26.5-52,0 ° C (passi di 0.1)
ECG 1000 Hz Dell'hardware filtrata tramite BIOPAQ: 35 Hz LP, 0,5 Hz HP,
Filtro notch 50 Hz
SCL 1000 Hz Dell'hardware filtrata tramite BIOPAQ: 10 Hz LP, no HP,
Nessun filtro notch
Trapezio di EMG M. 1000 Hz Dell'hardware filtrata tramite BIOPAQ: 500 Hz LP, 10 Hz HP,
Nessun filtro notch
EMG M. corrugatore corrugatore 1000 Hz Dell'hardware filtrata tramite BIOPAQ: 500 Hz LP, 10 Hz HP,
Nessun filtro notch
EMG M. zigomatico principali 1000 Hz Dell'hardware filtrata tramite BIOPAQ: 500 Hz LP, 10 Hz HP,
Nessun filtro notch
Stimoli Thermal Elettrico
Soggetti: Stimoli fasici (5 s): Stimoli Tonic (60 s): Stimoli fasici (5 s): Stimoli Tonic (60 s):
Per soggetto 90 (30 a intensità) 3 (1 per intensità) 90 (30 a intensità) 3 (1 per intensità)
Tutti i (N = 134) 12060 (4020 per intensità) 402 (134 a intensità) 12060 (4020 per intensità) 402 (134 a intensità)
Uomini (n = 67) 6030 (2010 per intensità) 201 (67 per intensità) 6030 (2010 per intensità) 201 (67 per intensità)
Donne (n = 67) 6030 (2010 per intensità) 201 (67 per intensità) 6030 (2010 per intensità) 201 (67 per intensità)

Tabella 1: caratteristiche tecniche e numero di indotto da stimoli. Il superiore mezza (caratteristiche tecniche) spettacoli le frequenze di campionamento e attributi dei segnali specifici. Il più basso metà spettacoli (stimoli) i numeri specifica indotta (termico/elettrico) degli stimoli per un soggetto, per tutti i soggetti e per ogni genere di dolore. (MP3 = Moving Picture esperti Group Audio Layer-3, kbps = kilobit al secondo, HEVC = alta efficienza Video Coding, CRF = fattore tasso costante, MPEG-4-AVC = Motion Picture esperti gruppo Layer-4 Video Advanced Video Coding, Hz = Hertz, ° C = gradi Celsius, s = secondi, ECG = elettrocardiogramma, SCL = livello di conduttanza della pelle, EMG = elettromiografia, LP = filtro passa-basso, HP = filtro passa-alto, M. = Musculus).

Un risultato secondario relativo alla fase di calibrazione dello studio è presentato nella tabella 2. Mostra la stimolazione Media temperature e correnti di intensità di dolore 1 e 3 (come calcolato nel passaggio 5.11 del protocollo) per tutti i soggetti e inoltre per il sottogruppo di maschile e femmina.

Stimoli Termica [in ° C] media (deviazione standard) Elettrico [a mA] media (deviazione standard)
Soggetti pH1 pH3 tH1 tH3 pE1 pE3 tE1 tE3
Tutti i (N = 134) 44.03 (2,25) 49.17 (1,20) 42.50 (2.14) 47.76 (1.02) 1,63 (0,94) 5.64 (2,72) 1.69 (1.12) 5.70 (2.59)
Uomini (n = 67) 44.56 (2.18) 49.48 (0,89) 43,11 (1,98) 47,93 (1.04) 1.94 (1.01) 6,83 (3.02) 1,96 (1.16) 6.90 (2,72)
Donne (n = 67) 43,51 (2,74) 48.87 (1,39) 41,89 (2.14) 47.59 (0,98) 1.32 (0,75) 4,45 (1,70) 1.43 (1.01) 4,51 (1,80)

Tabella 2: significa stimolazione temperature e correnti di intensità di dolore 1 e 3. (pH1, pH3 = calore fasiche dolore con intensità 1, 3; tH1, tH3 = tonico calore dolore con intensità 1, 3; pE1, pE3 = fasiche elettrici dolore con intensità 1, 3; tE1, tE3 = dolore elettrico tonico con intensità 1, 3; ° C = gradi Celsius; mA = milliampere, SD = deviazione standard).

Se tutti i passaggi del protocollo sono condotti con cura e si verificano senza problemi tecnici (in termini di computer o registrazione dispositivo si blocca, ecc), un risultato di successo potrebbe essere simile come illustrato nella figura 4. Tutti i segnali sono di alta qualità e non risentono di fonti di interferenze esterne. Il partecipante è chiaramente visibile in ogni fotocamera.

Figure 4
Figura 4 : I dati di esempio da un esperimento riuscito. La figura illustra segnali registrati pochi secondi prima, durante e dopo uno stimolo di dolore intenso. Tutti i segnali sono non filtrata e sincronizzati in tempo. Per maggiore chiarezza, solo rappresentante screenshot per i segnali video sono mostrati qui. (EMG = elettromiografia, SCL = livello di conduttanza della pelle, ECG = elettrocardiogramma, M. = Musculus, s = secondi). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tuttavia, incidenti imprevisti possono causare i dati diventino rumoroso o danneggiato. Oltre a computer o registrazione per lo più crash del dispositivo, il coming-off di elettrodi (elettrodi riutilizzabili soprattutto con piccolo diametro che sono fissati mediante biadesivo adesivi collari) conduce ai segnali inutilizzabili. Ad esempio per un set di dati Sub-Ottimo, la figura 5 Mostra il momento in cui un elettrodo di EMG si stacca e rende inutilizzabile il segnale corrispondente.

Figure 5
Figura 5 : I dati di esempio da un esperimento di Sub-ottimo. Il cerchio rosso indica che il tempo uno degli elettrodi EMG (M. zigomatico maggiore) è caduto da guancia del soggetto. Questo potrebbe essere stato causa movimento sudore o testa. Da questo momento in poi, il segnale è stato perso. (EMG = elettromiografia, SCL = livello di conduttanza della pelle, ECG = elettrocardiogramma, M. = Musculus, s = secondi). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

A causa di regole etiche, le intensità massime degli stimoli termici ed elettrici doveva essere limitato. Per quanto riguarda controllo taratura termica parte (Vedi file supplementari), 37 oggetti (31 uomini, 6 donne) ha raggiunto il taglio dato di 50,5 ° C (rapporto = 37/134 = 27,61%). Per quanto riguarda la parte termica calibrazione 1, 60 partecipanti (39 uomini, 21 donne) ha raggiunto il cutoff del 50,0 ° C (rapporto = 60/134 = 44,78%) e per quanto riguarda la parte 2, 57 persone (37 uomini, 20 donne) ha raggiunto il cutoff del 49,5 ° C (rapporto = 57/134 = 42,54%). Il taglio per entrambe le parti calibrazione elettrica era di 25 mA. Nessuno dei 134 soggetti lo ha raggiunto.

Come abbiamo intenzione di pubblicare i dati (Vedi paragrafo successivo), i set di dati dei partecipanti che hanno raggiunto il cut-off inoltre saranno contrassegnati e loro valutazioni soggettive di dolore per il cut-off corrispondente sarà inclusi.

Vorremmo sottolineare che l'obiettivo principale del protocollo è l'ottenimento di segnali multi-modali per l'analisi termico ed elettrico di dolore. Di conseguenza, nessun altri risultati sono discussi qui. Dopo aver controllato ed escluse insiemi di dati a causa di dati mancanti o rifiutato consenso scritto per la condivisione di dati, i set di dati di questo studio saranno disponibili sotto il nome di "X-ITE dolore Database". Per ulteriori informazioni su quando e come ottenere il DB di dolore X-ITE si prega di visitare https://github.com/philippwerner/pain-database-list.

File supplementari 1. Per favore clicca qui per scaricare questo file.

Discussion

Il protocollo presentato si concentra sull'elicitazione sperimentale di termica (calore) ed elettrici, dolore durante la registrazione visiva, fisiologico e segnali paralinguistic. Questo nuovo approccio, la combinazione di due modelli di dolore con stimoli differenti intensità e durate di due diversi stimoli (fasiche e tonica), offre una prospettiva ampia sui modelli psicofisiologici e le espressioni di dolore. Tuttavia, per la realizzazione di questo protocollo diversi passaggi devono essere considerati.

In generale, se lavora con stimoli di dolore è cruciale garantire la sicurezza dei soggetti. Tutti gli stimoli del dolore devono essere altamente controllato e solo devono essere eseguiti da esperti sperimentatori.
Inoltre, per la registrazione e raccolta di dati affidabili e di alta qualità, il collegamento corretto dei dispositivi (elettrodi), il perfetto funzionamento dei dispositivi di registrazione e una comunicazione fluida tra computer è altamente raccomandato. Tutte le fonti di interferenze dovrebbero essere eliminate o ridotti al minimo. Per garantire la coerenza tra i partecipanti, è importante fornire istruzioni standardizzate e leali condizioni sperimentali.

Secondo la nostra esperienza, trovando i partecipanti adatti che soddisfano tutti i criteri e sono disposti a ricevere numerosi stimoli dolorosi, richiede molto tempo ed sono abbastanza impegnativo. In aggiunta a ciò, la compensazione monetaria deve essere abbastanza alta da ottenere soggetti allo studio. Soprattutto le persone tra i 30 e i 50 anni sono difficili da trovare. Ciò può essere perché l'esperimento è troppo lungo (ca. 4 ore, tra cui arrivo e partenza) e devono prendere una mezza giornata fuori dal lavoro.

Poiché la sicurezza dei partecipanti è di priorità assoluta, induzione di dolore potrebbe essere necessario essere limitato. A causa di regole etiche, le intensità di stimolo non devono superare determinati livelli per evitare ustioni e perdita di coscienza in termini di induzione di dolore termico ed elettrico, rispettivamente. Un taglio generale di intensità potrebbe causare un effetto del soffitto come alcuni soggetti possono raggiungere i limiti di intensità prima sensazione di dolore intollerabile. In questo studio, circa 42% (considerando la taratura termica parte 1 e 2) dei partecipanti ha raggiunto i disgiuntori termici (Vedi risultati rappresentativi). Come essi non hanno raggiunto le loro tolleranze di dolore "reale", loro risposte fisiologiche agli stimoli termici più alti potrebbero comportarsi diversamente in contrasto con le risposte fisiologiche di soggetti che hanno raggiunsero il loro. Se è così, questi due gruppi di miscelazione potrebbe influenzare i risultati di classificazione in termini di riconoscimento di dolore.

Un punto importante all'indirizzo è la modalità di dolore in questo esperimento. I partecipanti sono sottoposti solo agli stimoli del dolore termico ed elettrico (dovuto al fatto che queste sono altamente controllabile in un quadro sperimentale). Così, se esaminare modelli di dolore per quanto riguarda la qualità, i risultati non possono tradurre ad altre modalità di dolore quali pressione, dolore viscerale o chimici.
La stessa considerazione sulla trasferibilità dei risultati si riferisce il campione di studio. Il protocollo è eticamente limitato agli adulti in buona salute. Ad esempio, non include i bambini o persone ipovedenti cognitivamente e verbalmente. Inoltre, nel nostro studio solo popolo europeo partecipato. Anche qui, i risultati analitici potrebbero non applicarsi ai gruppi non considerati in questo esperimento.

Un'altra limitazione può riguardare l' effetto Hawthorne24: I soggetti sono consapevoli del fatto che essi sono girato/osservati nello studio. Questo potrebbe cambiare il loro comportamento.

Rispetto a database esistenti di dolore, il protocollo prevede vantaggi significativi per l'analisi dei modelli di risposta dolore quanto combina due modelli di dolore e due corsi di time (fasici e tonico): oltre l'intensità e la durata del dolore, considera anche la qualità del dolore. Come dolore termico è descritto in modo diverso da dolore elettrico (ad es., bruciando vs sharp), differire anche per le reazioni di dolore. In questo caso, tali constatazioni potrebbero collegare un modello di risposta dolore all'origine del dolore. Inoltre, lo studio è multi-modale di ampliare la gamma di opportunità di indagine di dolore: impiegando 5 segnali psicofisiologici, 2 viso segnali fotocamera (frontale/laterale), il segnale di uscita di 1 corpo vista fotocamera, 1 telecamera termica e 1 audio del segnale, dolore può essere analizzati e valutati più precisamente.

Per un'indagine più complessa modelli di risposta di dolore, estensioni future di questo metodo dovrebbero includere ulteriori BCI come l'elettroencefalografia (EEG), la temperatura corporea e la respirazione. Inoltre sarebbe di grande beneficio per impiegare la pressione controllata come un ulteriore modello di dolore. I ricercatori che mira al riconoscimento automatico dolore attraverso i dati raccolti con questo protocollo dovrebbero testare ulteriormente modelli di apprendimento macchina promettenti con gruppi di controllo clinico.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Gli autori vorrei ringraziare Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt e Tina Daucher per il loro prezioso aiuto nella conduzione dello studio. Inoltre, un ringraziamento speciale va al Dr. Stefanie Rukavina per suo supporto scientifico. Questa ricerca è stata parte del DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) progetto "Avanzamento e sistematico di an Automated dolore riconoscimento sistema sulla base del facciale espressione e psicobiologico parametri di convalida", finanziato dal German Research fondazione.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PATHWAY Model ATS Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel Thermal Stimulator
30 mm x 30 mm ATS Thermode Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel Thermode
PATHWAY Software Arbel 6.3.7.22.1 Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel Thermal Stimulator Software
Digitimer DS7A Current Stimulator Digitimer Ltd., Hertfordshire, UK Electrical Stimulator
Inquisit 5 Millisecond Software, Seattle, WA, USA Software for triggering electrical stimuli
Analogue-To-Digital Converter Wissenschaftliche Werkstatt Elektronik, University of Ulm, Ulm, Germany custom built
BIOPAC MP150 System BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA Biosignal Recording Hardware
AcqKnowledge Software 4.1.1 BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA Biosignal Recording Software
NTG-2 Dual Powered Directional Condenser Microphone RØDE Microphones, Silverwater, Australia Audio Recording Microphone
Kinect v2 Microsoft, Redmond, WA, USA Body View Camera
AV Pike F-145C Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany Face Camera (frontal view)
AV Prosilica GT 1600C Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany Face Camera (side view)
PIR uc 180 Thermal Camera InfraTec GmbH, Dresden, Germany Thermal Face Camera
Synchronization Hardware Werkstatt, IIKT, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany custom built Hardware triggering of cameras, trigger signal is recorded by BIOPAC and Audacity
Recording and Synchronization Software Philipp Werner, Neuro-Information Technology, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany custom software Real-time recording, offline video encoding, and offline synchronization
Examination Couch ClinicalCare GmbH, Bremen, Germany
Ag-AgCl Electrodes EL254 / EL254S (Reusable, 4mm recording diameter) BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA Used to record EMG M. corrugator and M. zygomaticus
Ag-AgCl Electrodes BlueSensor P (Disposable, skin contact size: 34 mm diameter, measuring area 154 mm2) Ambu GmbH, Bad Nauheim, Germany Used to record ECG and EMG M. trapezius. Also used for electrical stimulation
Audacity 2.1.2 Dominic Mazzoni (Audacity) Audio Recording Software
Cold Gel Pack C+V Pharma Depot GmbH, Versmold, Germany
Panthenol 50mg/g ratiopharm GmbH, Ulm, Germany Ointment
Alumnium Profiles item Industrietechnik GmbH, Solingen, Germany Used to install all cameras and microphone
Electrode Gel GEL1 BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA
ELPREP Skin Preparation Gel BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Segnali multi-modali per analizzare le risposte di dolore agli stimoli termici ed elettrici
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Gruss, S., Geiger, M., Werner, P., Wilhelm, O., Traue, H. C., Al-Hamadi, A., Walter, S. Multi-Modal Signals for Analyzing Pain Responses to Thermal and Electrical Stimuli. J. Vis. Exp. (146), e59057, doi:10.3791/59057 (2019).More

Gruss, S., Geiger, M., Werner, P., Wilhelm, O., Traue, H. C., Al-Hamadi, A., Walter, S. Multi-Modal Signals for Analyzing Pain Responses to Thermal and Electrical Stimuli. J. Vis. Exp. (146), e59057, doi:10.3791/59057 (2019).

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