Signaux multimodales permettant d’analyser la douleur des réponses à des Stimuli thermiques et électriques

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Summary

Cet article se concentre sur la découverte expérimentale de la douleur par la chaleur (thermique) et stimulation électrique pendant l’enregistrement physiologique, visuelle et paralinguistiques réponses. Elle vise à recueillir des données multimodales valide pour l’analyse fondée sur l’intensité, la qualité et la durée de la douleur.

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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).

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Abstract

L’évaluation de la douleur s’appuie principalement sur des méthodes qui nécessitent une personne à communiquer. Toutefois, pour les personnes ayant une déficience cognitive ou verbale, les méthodes existantes ne suffisent pas car elles manquent de fiabilité et validité. Pour aborder ce problème, des recherches récentes met l’accent sur une évaluation objective de la douleur, facilitée par les paramètres des réponses provenant de la physiologie et les signaux vidéo et audio. Pour développer des systèmes de reconnaissance automatique fiable de la douleur, des efforts ont été faits dans la création de multimodales bases de données afin d’analyser la douleur et de détecter les modes valides de la douleur. Bien que les résultats soient prometteurs, ils se concentrent seulement sur discriminant de la douleur ou des intensités de douleur contre aucune douleur. Pour faire avancer cela, recherche devrait également envisager la qualité et la durée de la douleur puisqu’elles fournissent de précieuses informations supplémentaires pour la gestion de la douleur plus avancée. Pour compléter les bases de données existantes et l’analyse de la douleur concernant la qualité et de longueur, cet article propose une expérience psychophysiologique pour susciter, mesurer et recueillir les réactions de douleur valide. Les participants sont soumis à des stimuli douloureux qui diffèrent par l’intensité (faible, moyen et élevé), la durée (5 s / 1 min) et modalité (thermique / électrique douleur) tout en audio, vidéo (mimiques, gestes du corps, la température de la peau du visage) et physiologiques signaux (p. ex. électrocardiogramme [ECG], skin conductance level [SCL], électromyographie faciale [EMG] et EMG de M. trapezius) sont en cours d’enregistrement. L’étude comprend une phase d’étalonnage pour déterminer la gamme douleur individuelle du sujet (de faible à intolérable douleur) et une phase de stimulation dans lequel la douleur des stimuli, selon la gamme étalonnée, sont appliqués. Les données obtenues peuvent permettre de raffinage, l’amélioration et évaluation des systèmes de reconnaissance automatique en fonction d’une évaluation objective de la douleur. Pour le développement ultérieur de ces systèmes et d’enquêter sur les réactions de douleur plus en détail, modalités de douleurs supplémentaires tels que pression, douleur, froide ou chimique devrait figurer dans de futures études. Les données enregistrées de cette étude seront publiées comme la « X-ITE douleur Database ».

Introduction

La douleur est une sensation désagréable et très personnelle qui est perçue différemment par chacun. Elle dure de secondes à mois et peut varier dans sa qualité (lancinante, sharp, brûlure, etc.). Si traitée insuffisamment, douleur influe sur les fonctions physiques et psychologiques de l’organisme, réduit la qualité de vie et assume le risque de devenir une maladie chronique. En soins cliniques, l’évaluation précise de l’intensité de la douleur et la qualité est très pertinente à fournissent une douleur fructueuse gestion1,2. Étalon-or des méthodes pour évaluer la douleur, tels que l’analogique visuelle (VAS) met à l’échelle, l’échelle de cotation numérique (SRN) ou le McGill Pain Questionnaire3, sont fondées sur l’autodéclaration des patients et, par conséquent, seule œuvre suffisamment avec cognitivement et verbalement personnes demeurées intactes. En conséquence, tous ceux qui sont établis méthodes manquent de fiabilité et validité quand il s’agit de nouveau-nés4, délire, somnolente, sous sédation ou les patients ventilés5personnes souffrant de démence6,7. En plus ou comme alternative à l’auto-évaluation des échelles, des méthodes pour mesurer la douleur grâce à l’observation par un personnel qualifié (par exemple, l' Observation de Zurich douleur évaluation8 ou l’abbaye douleur Echelle9) ont été développés ces dernières années. Néanmoins, même ces outils souffrent de limitations dans la fiabilité et la validité, comme évaluateurs formés encore ne peut pas garantir une évaluation objective. En outre, l’application est souvent trop de temps pour le personnel de la clinique lors de l’évaluation de la douleur doit être faite sur une base régulière.

Plusieurs équipes de recherche ont axé sur le développement automatisée douleur reconnaissant des systèmes qui permettent de mesurer la douleur par des moyens de physiologique, visual, ou signal paralinguistiques définit en tant que de nouvelles approches pour l’évaluation et le contrôle de la douleur et son intensité objectivement. Des études antérieures montrent des résultats prometteurs dans la détection et la différenciation douleur10,11,12,13,16,17,18 ou douleur discriminante des émotions de base14,15 , fondée uniquement sur un des signaux définit10,11,12,13,14, 15 , ainsi que sur une combinaison/fusion16,17,19 , des ensembles. Les modalités susmentionnées réagissent presque de manière autonome à un stimulus stressant comme la douleur. Leur utilisation présente l’avantage qu’ils ne nécessitent pas de capacité d’une personne de rendre compte de sa douleur. Ces personnes bénéficieraient grandement d’un système de reconnaissance de la douleur objective qui incorpore ces modalités. Les ensembles de données consistant en des réactions à la douleur ont incité fournissent des informations précieuses pour analyser les modèles de douleurs et de développement d’applications pratiques de détection et de surveillance de la douleur. Entre autres, Walter et al.,20 a créé la « BioVid chaleur douleur Database », une base de données multimodal qui est publiquement disponible et fournit des données de courte durée induite par des stimuli douloureux de chaleur et des réactions psychophysiologiques et visuelles correspondantes. La « base de données SenseEmotion » de Velana et coll.21 comprend unité, vidéos et informations paralinguistiques de bénévoles affectés par la douleur phasique de chaleur et des stimuli émotionnels.

Alors que ces bases de données sont bien adaptés à l’examen des réactions de douleur, ils reposent principalement sur un modèle spécifique de la douleur. Comme la douleur diffère dans sa qualité (soi-disant selon le modèle de la douleur) et dans sa durée, elle aussi peut être différente dans ses physiologique, visual et paralinguistiques en corrélation. Le meilleur de la connaissance des auteurs, aucun études multimodales ou bases de données n’existent qui combinent deux ou plusieurs modèles de douleur et de modification des stimuli de douleur dans l’intensité et la durée pour non seulement détecter les modes de la douleur, mais également une distinction entre les qualités de la douleur.

Cet article fournit un protocole sur la façon de mener une expérience psychophysiologique complexe afin d’obtenir des douleurs et en même temps records réponses physiologiques (p. ex., ECG, EMG du zygomatique trapèze Musculus corrugator superciliiet grands, SCL) ainsi que les données audio et vidéo (mimiques, gestes du corps, la température de la peau du visage). Les participants sont stimulés par des courts (Phasique) et plus longtemps la chaleur (tonique) et stimuli de douleur électrique qui diffèrent par l’intensité. Une phase d’étalonnage avant l’expérience détermine des seuils de douleur pour chaque objet individuellement.

L’étude vise à recueillir des données multimodales pour enquêter sur les douleurs (patrons) concernant l’intensité, de qualité et de longueur au moyen de méthodes statistiques, algorithmes d’apprentissage machine, etc.. En outre, les données déjà recueillies sont prévues pour être publiés à des fins de recherche universitaire sous le nom de « X-ITE (Experimentally j’ainduced Thermal et Esecteur) douleur Database ». Il peut étendre les bases de données existantes, telles que BioVid chaleur douleur et SenseEmotion20,21et contribuer à l’autre développement, l’amélioration, ou évaluation des systèmes de reconnaissance automatisée de douleur en matière de validité, fiabilité et la reconnaissance en temps réel.

Le reste du livre est organisé de la manière suivante. Le protocole décrit comment réaliser l’étude de déclenchement de douleurs étape par étape. Ensuite, les résultats représentatifs présentent le résultat de l’expérience. Enfin, la discussion couvre les étapes critiques, limites et avantages de l’étude suivie des suggestions pour futures extensions.

Protocol

L’étude a été réalisée conformément à l’éthique professionnelle prévues dans le monde médical Association déclaration d’Helsinki (Comité d’éthique a été approuvée : 196/10-UBB/bal) et approuvé par le Comité d’éthique de l’Université d’Ulm ( Helmholtzstraße 20, 89081 Ulm, Allemagne).

1. sous réserve de recrutement et sélection

  1. Recruter un nombre égal de sujets féminins et masculins sains âgés de 18 à 50 ans à travers des affiches, documents, publicités presse locale et des médias sociaux pour obtenir un échantillon général pour la plupart. Annoncez l’avantage scientifique de l’étude et offrir une compensation monétaire. Fournir le numéro de téléphone ou e-mail adresse de contact pour plus amples renseignements.
    Remarque : Les effets liés à l’âge de sensibilité de la douleur sont bien signalés22 et sont à considérer dans la sélection de l’échantillon. Afin d’éviter les résultats avec les effets de l’âge de confusion, nous choisissons un groupe plus jeune jugées par Lautenbacher Al.22.
  2. Exclure les sujets potentiels qui répondent aux critères suivants : souffrant de douleur chronique, la dépression ou des antécédents de troubles psychiatriques ; ayant des troubles neurologiques, syndrome de maux de tête ou des maladies cardiovasculaires ; régulièrement prendre des médicaments contre la douleur ou d’utiliser des analgésiques directement avant l’expérience.

2. générales préparatifs de l’expérience de déclenchement de la douleur

NOTE : L’expérience de déclenchement de la douleur se compose de deux parties successives dans le temps : la partie de l’étalonnage et la partie de stimulation de la douleur. La partie de calibrage détermine le seuil de douleur individuelle du participant et de niveau de tolérance de la douleur en fonction des stimuli thermiques et électriques. La partie de stimulation douleur effectue l’induction de douleur ajustée aux seuils individuels. Chaque partie de l’expérience se déroule dans une pièce différente : le calibrage et la salle expérimentale. La salle d’étalonnage sert également une salle de surveillance pour l’expérimentateur pendant la stimulation de la douleur (voir Figure 1).

Figure 1
Figure 1 : Représentation schématique de l’installation de la chambre de. Du côté droit montre la chambre d’étalonnage/surveillance où s’effectue la partie de l’étalonnage. Plus tard il sert également un signal local de surveillance pendant la partie de stimulation de douleur, qui suit la partie de l’étalonnage. Le côté gauche montre la chambre expérimentale où s’effectue la partie de stimulation de la douleur. Les deux chambres sont reliées par un tuyau de conduit, qui la thermode, le câble des électrodes du stimulateur électrique et câbles d’ordinateur peut être passé à travers. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

  1. Bienvenue le sujet arrivant et lui/elle conduire à la salle d’étalonnage. Informer le participant dans le détail de l’expérience de 3 h et la possibilité de résiliation à tout moment sans aucune conséquence négative. Obtenir un consentement éclairé pour l’expérience et une confirmation écrite qu’aucune de l’exclusion de critères s’appliquent. Préparez un reçu et la compensation monétaire.
  2. Utiliser les stimulateurs marqués CE qui permettent pour induire des stimuli thermiques et électriques très contrôlés. Utiliser des convertisseurs analogique / numérique qui convertissent les stimuli thermiques et électriques analogiques en signaux numériques pour capturer. Allumez le thermique et le stimulateur électrique.
  3. Pour l’étalonnage et la majeure partie de l’expérience, utiliser le logiciel approprié, qui permet le déclenchement manuel et/ou automatique des stimuli thermiques et électriques. Lancez le logiciel du stimulateur thermique et électrique. Préparez crayon et du papier pour écrire les intensités des stimuli et les intensités de douleur correspondantes déclarées par le participant.
  4. Laissez le sujet Asseyez-vous confortablement sur une chaise avec un accoudoir côté droit. Place une échelle de cotation imprimés allant de 0 à 100 par incréments de 5 avec, sur la gauche, anchor point 0/sans douleur et, à droite, point d’ancrage des douleurs intolérables/100 devant le sujet. Instruire le sujet d’indiquer verbalement l’intensité de la douleur d’un stimulus immédiatement quand demandé de le faire, à l’aide de l’échelle fournie. Expliquer avec précision que seulement zéro signifie « aucune douleur », tandis que 100 équivaut à un stimulus qui ne peut être toléré plus.
    Remarque : Dans cette étude, « la tolérance de la douleur » est comprise comme l’intensité d’un stimulus qui un sujet ne peut supporter plus, ce qui signifie ici : ne tolèrent plus. Ainsi, le point d’ancrage 100 est marqué comme des douleurs intolérables, contrairement à une échelle de cotation numérique utilisée en pratique clinique.

3. Etalonnage du seuil de douleur électrique et de la tolérance (parties 1 et 2)

NOTE : Seulement un expérimentateur doit procéder à la partie de calibration pour minimiser les effets sociaux sur la sensibilité à la douleur. Choisissez un expérimentateur avec le même sexe que le participant pour minimiser les effets de la croix-sexe sur douleur sensibilité23. Partie 1 détermine le seuil de douleur et de la tolérance en ce qui concerne les stimuli électriques (phasiques) courts et partie 2 sur le plan des stimuli électriques (tonique) durables plus longtemps. Ces valeurs servent de base pour le calcul du phasique et des stimuli électriques douleur tonique appliquent dans la partie de stimulation de la douleur.

  1. Nettoyer la peau du participant de l’index droit et le doigt du milieu avec une solution d’alcool. Placer l’électrode Ag/AgCl jetable (taille de contact de la peau : 34 mm de diamètre) sur la face supérieure de la Phalange intermédiaire de l’index droit (anode) et une autre sur la face supérieure de la Phalange proximale du médius droit (cathode). Connecter les électrodes au stimulateur électrique.
  2. Poser le sujet se reposer leurs bras droit confortablement sur l’accoudoir et leur fournir des instructions pour la procédure suivante.
    Remarque : Voici un exemple de la façon de formuler l’instruction pour la partie d’étalonnage électrique 1 : « vous allez faire l’expérience de quelques stimuli électriques de différentes intensités. Nous commençons avec une intensité très faible. Tout d’abord, vous êtes tenu d’indiquer la première fois que vous vous sentez des douleurs au bas. Ce sera votre « seuil de la douleur ». Pour déterminer ce seuil, je vais commencer un stimulus électrique, et peu de temps avant la fin, je vais vous dire « Maintenant ». Lorsque cela se produit, vous devez immédiatement signaler l’impulsion était douloureuse ou non par elle note sur une échelle de zéro à cent. Si le stimulus n’était pas douloureux, signalez-le au « Zéro ». Je vais ensuite aller avec une intensité accrue. Après la première fois que vous signaler un nombre supérieur à zéro, j’ai réduit l’intensité quelques niveaux et nous répéter toute la procédure jusqu'à ce que vous indiquez un nombre supérieur à zéro encore une fois. Nous faisons cela pour valider le « seuil de la douleur ». Après cela, je vais lentement augmenter l’intensité jusqu’au point où vous taux le stimulus avec « Une centaine », ce qui signifie que vous ne pouvez pas tolérer ou supporte la douleur plus. Ce sera votre « niveau de tolérance de la douleur ». Encore une fois, pour valider ce niveau, je vais y retourner quelques niveaux, et nous allons répéter la procédure jusqu'à ce que vous signalez « Cent » pour la deuxième fois. Dès que vous dites « Cent », je vais immédiatement arrêter le stimulus. »
  3. Commencer la partie étalonnage électrique 1 en démarrant un stimulus de 0,5 mA (400 V) d’une durée de 5 s en cliquant sur le bouton Démarrer du stimulateur électrique (logiciel).
    Remarque : Chaque stimulus électrique de la partie d’étalonnage électrique 1 a une durée de 5 s. Le stimulus se compose de 100 électrochocs seule durée de 2 ms, chacun réparti également sur les 5 s.
    Attention : L’étalonnage électrique toujours commence par 0,5 mA et a une fréquence de coupure à 25 mA afin d’éviter la perte de conscience et de la vie des situations menaçantes.
  4. Dire « Maintenant » à la 4e seconde du stimulus. Notez le numéro du domaine des rapports pour l’intensité de stimulation correspondante. Effectuer une pause de 10 s long.
  5. Si le sujet indique zéro, augmenter l’intensité de 0,5 mA, le stimulus de départ et retour à l’étape 3.4. Sinon, réduire l’intensité par 1,5 mA (minimum : 0,5 mA), démarrez le stimulus et revenir à l’étape 3.4. Lorsque l’objet signale un nombre supérieur à zéro pour la deuxième fois, calculer la moyenne des deux intensités correspondant à zéro, notez-le et marquez-le comme « seuil de douleur électrique phasique » (pEPTh). Par la suite, passez à l’étape 3.6.
  6. Augmentation de l’intensité du courant par 0,5 mA et commencer la stimulation.
  7. Dire « Maintenant » après 4 s de commencer la stimulation. Notez le numéro du domaine des rapports pour l’intensité de stimulation correspondante. Pause pendant 10 s.
  8. Si le sujet indique une valeur inférieure à 100, augmenter l’intensité de 0,5 mA, le stimulus de départ et retour à l’étape de 3,7. Sinon, réduire l’intensité par 1,5 mA (minimum : 0,5 mA), démarrez le stimulus et revenir à l’étape de 3,7. Lorsque le sujet rapporte 100 pour la deuxième fois, calculer la moyenne des deux intensités correspondant à 100, notez-le et marquez-le comme « tolérance à la douleur électrique phasique » (pEPTo). Passez à l’étape 3.9.
  9. Informer le participant de la partie 2 de l’étalonnage électrique.
    Remarque : Il s’agit d’une instruction possible pour la partie étalonnage électrique 2 : « encore une fois, nous commençons avec une faible intensité, mais cette fois, les stimuli sera plus longues. Je vais vous dire « Maintenant » deux fois, juste après le début et peu de temps avant la fin d’un stimulus. Chaque fois que je dis « Maintenant », vous signalez un certain nombre que vous avez fait dans la première partie. Après la première fois que vous signaler un nombre supérieur à zéro, j’ai réduit l’intensité quelques niveaux et nous répétons l’ensemble de la procédure à des fins de validation, jusqu'à ce que vous indiquez un nombre supérieur à zéro encore une fois. Suite à cela, je vais augmenter lentement l’intensité jusqu’au point où vous évaluer le stimulus avec « Une centaine ». Encore une fois, pour valider ce seuil, je vais y retourner quelques niveaux, et nous allons répéter la procédure jusqu'à ce que vous signalez « Cent » pour la deuxième fois. Dès que vous dites « Cent », je vais immédiatement arrêter le stimulus. »
  10. Commencer la partie étalonnage électrique 2 en démarrant un stimulus de 0,5 mA (400 V) d’une durée de 10 s en cliquant sur le bouton Démarrer du stimulateur électrique (logiciel).
    Remarque : Chaque stimulus électrique de la partie d’étalonnage électrique 2 a une durée de 10 s. Le stimulus est composé de 200 chocs électriques simples de 2 ms de chacun, répartis également sur les 10 s.
  11. Dire « Maintenant » après 1 s de commencer la stimulation. Notez le numéro du domaine des rapports pour l’intensité de stimulation correspondante. Dire « Maintenant » 1 s avant la stimulation se termine et, encore une fois, notez le numéro du sujet rapporte désormais pour l’intensité de stimulation correspondante. Pause pendant 10 s.
  12. Si les deux rapports du sujet sont zéro, augmenter l’intensité de 0,5 mA, le stimulus de départ et retour à l’étape 3.11. Sinon, réduire l’intensité par 1,5 mA (minimum : 0,5 mA), démarrez le stimulus et revenir à l’étape 3.11. Lorsque l’objet signale un nombre supérieur à zéro pour la deuxième fois, calculer la moyenne des deux intensités correspondant à zéro, notez-le et marquez-le comme « tonique électrique seuil de douleur » (tEPTh). Par la suite, passez à l’étape 3.13.
  13. Augmentation de l’intensité du courant par 0,5 mA et commencer la stimulation.
  14. Dire « Maintenant » après 1 s de commencer la stimulation. Notez le numéro du domaine des rapports pour l’intensité de stimulation correspondante. Dire « Maintenant » 1 s avant la fin de la stimulation. Encore une fois, notez le numéro du sujet rapporte désormais pour l’intensité de stimulation correspondante. Pause pendant 10 s.
  15. Si les deux rapports du sujet sont inférieurs à 100, augmentez l’intensité de 0,5 mA, le stimulus de départ et répétez les étapes 3.14\u20123.15. Sinon, si un des rapports du sujet est exactement 100, réduire l’intensité par 1,5 mA (minimum : 0,5 mA), démarrez le stimulus et répétez les étapes 3.14\u20123.15. Lorsque le sujet rapporte 100 pour la deuxième fois, calculer la moyenne des deux intensités correspondant à 100, notez-le et marquez-le comme « tonique électrique tolérance à la douleur » (tEPTo). Passez ensuite à l’étape 3.16.
  16. Déconnecter les électrodes le stimulateur électrique et enlever les deux électrodes Ag/AgCl de doigts du participant. Nettoyer les doigts avec la solution d’alcool pour éliminer les restes de gel d’électrode.

4. Etalonnage du seuil de douleur thermique et de la tolérance (parties 1 et 2)

Remarque : L’étalonnage de douleur thermique est divisé en deux parties. Partie 1 détermine le seuil de douleur et de la tolérance en termes de stimulus thermiques (phasiques) courts et partie2 le fait en fonction des stimuli thermiques (tonique) durables plus longtemps. Ces valeurs servent de base pour le calcul de la phasique et des stimuli thermiques douleur tonique appliquent pendant la partie de stimulation de la douleur.

  1. Appliquer une thermode 30 x 30 mm à la partie supérieure de l’avant-bras droit du sujet, environ 30 mm de proximal au poignet, par une sangle de fixation auto-agrippante. Poser le sujet se reposer leurs bras droit confortablement sur l’accoudoir.
    Remarque : Une thermode appartient à la sonde/le stimulateur thermique qui est attaché à la peau du sujet et induit la stimulation thermique réelle.
  2. Informer l’objet de la procédure de la part de calibration thermique 1.
    Remarque : Une formulation pour l’instruction pour la partie 1 de la calibration thermique pourrait être : « vous allez maintenant faire l’expérience courtes mais constantes des stimuli thermiques de différentes intensités. Nous commençons avec une température juste au-dessus de la température de votre corps. Un stimulus thermique va commencer et peu de temps avant la fin, je vais dire « Maintenant ». Lorsque cela se produit, vous devez signaler rapidement si le stimulus est douloureux ou ne pas par elle note sur une échelle de zéro à cent, comme vous l’a fait dans la partie d’étalonnage électrique. De même, si le stimulus n’était pas douloureux, signalez-le au « Zéro ». Je vais ensuite aller avec une intensité accrue. Il y a toujours une pause de quelques secondes entre les deux stimuli. La phase d’étalonnage est terminée lorsque vous signaler « Cent » ou la température de coupure est atteinte. »
  3. Commencer la partie thermique étalonnage 1 en démarrant un stimulus de 39 ° C avec une durée de 5 s en cliquant sur le bouton Démarrer du stimulateur thermique (logiciel).
    Attention : La partie de calibration thermique 1 a une température de coupure de 50 ° C afin d’éviter les brûlures de la peau.
    Remarque : Chaque stimulus thermique de la partie thermique étalonnage 1 a une durée de 5 s.
  4. Dire « Maintenant » à la 4e seconde du stimulus. Notez le numéro intensité que le sujet donne à la température correspondante. Pause pendant 10 s.
  5. Si l’indication de l’objet est inférieur à 100, augmentez la température de 1 ° C, commencer le stimulus et répétez les étapes 4.4\u20124.5. Dans le cas contraire, si l’indication est 100, ou la température de coupure de 50 ° C est atteinte, résilier calibration thermique partie 1 en continuant à l’étape suivante.
  6. Vérifiez les numéros notés et marquer la première température avec un nombre correspondant d’intensité supérieure à zéro comme phasique chaleur douleur « seuil » (pHPTh). Marquer la température en indiquant de 100 « tolérance à la douleur phasique chaleur » (pHPTo).
    Remarque : Si l’objet signale un nombre inférieur à 100 à la température de coupure (50 ° C), marquer 50 ° C comme pHPTo.
  7. Informer le participant de la partie 2 de la calibration thermique.
    Remarque : Voici une formulation exemplaire pour l’instruction de cette phase de calibration thermique : « nous commençons avec une température supérieure à la température de votre corps, mais cette fois les stimulus thermiques sera plus longues. Je vais dire « Maintenant » deux fois : dès le début et peu de temps avant la fin des stimuli. Chaque fois que je dis « Maintenant », vous déclarez un nombre qui correspond à votre expérience de la douleur. Si le stimulus n’était pas douloureux, signalez-le au « Zéro ». Je vais ensuite aller avec une augmentation de la température. Il y a toujours une pause de quelques secondes après chaque stimulus. La phase d’étalonnage est terminée lorsque vous signaler « Cent » ou la température de coupure est atteinte. »
    Attention : La partie de calibration thermique 3 a une température de coupure de 49,5 ° C afin d’éviter les brûlures de la peau, en raison de la durée de stimulation plus longue.
  8. Commencer la partie 2 de la calibration thermique avec un stimulus de 39 ° C pendant 10 s long en cliquant sur le bouton Démarrer du stimulateur thermique (logiciel).
    Remarque : Chaque stimulus thermique de la partie de calibration thermique 2 a une durée de 10 s.
  9. Dire « Maintenant » après 1 s de commencer la stimulation. Notez le numéro intensité le sujet des rapports pour la température correspondante. Dire « Maintenant » 1 s avant la fin de la stimulation. Encore une fois, notez le numéro d’intensité que le sujet rapporte désormais pour la température correspondante. Pause pendant 60 s.
  10. Si les deux indications du sujet sont inférieurs à 100, augmentez la température de 1 ° C (exception : voir la note ci-dessous), démarrer le stimulus suivant et répétez l’étape 4.16. Dans le cas contraire, si aucun des rapports est exactement 100 ou la température de coupure de 49,5 ° C est atteinte, résilier calibration thermique partie 2 en continuant avec l’étape suivante.
    Remarque : Dans cette phase d’étalonnage, les mesures de température sont : 39 ° C, 40 ° C, 41 ° C, 42 ° C, 43 ° C, 44 ° C, 45 ° C, 46 ° C, 47 ° C, 48 ° C, 49 ° C, 49,5 ° C.
  11. Vérifiez les numéros notés et marquer la première température au cours de laquelle au moins un des numéros correspondants est supérieur à zéro comme tonique chaleur douleur « seuil » (tHPTh). Marquer la température avec un premier rapport remarquable de 100 comme « tolérance à la douleur chaleur tonique » (tHPTo).
    Remarque : Si le sujet rapporte les deux nombres inférieurs à 100 à la température de coupure (49,5 ° C), marquez 49,5 ° C comme tHPTo.
  12. Retirez le thermode aisselles du participant. Poser la question s’ils ont besoin d’une courte pause et/ou l’envie d’utiliser les installations sanitaires. Pour effectuer une vérification si le participant ne convient pas pour la partie de stimulation de la douleur en fonction des stimuli thermiques, suivez les instructions décrites dans le dossier supplémentaire de 1.

5. préparation de l’expérience de stimulation de la douleur

  1. Conduite de la stimulation de la douleur dans une pièce expérimentale surveillée par caméra, température contrôlée et à faible bruit à côté de l’étalonnage/suivi des chambres (voir Figure 1). Connectez les deux chambres via un tuyau de conduit (80 mm de diamètre).
    NOTE : Caméra surveillance fournit des informations sur l’état de santé du sujet et permet une intervention rapide en cas de perte de conscience soudaine ou de collapsus.
  2. Mettre en place un divan d’examen sur lequel le sujet se trouve pendant l’expérience. Placer le côté long, près d’un mur près du tuyau de conduit. Fournir un coussin pour la tête.
  3. Fixer un miroir sur le mur à côté du divan d’examen où reposera la tête du sujet.
  4. Pour capturer des données physiologiques (ECG, 3 x EMG et SCL), audio, vidéos (vue frontale et latérale de la face, la température de la peau du visage et une vue de tout le corps) et les extrants de stimulateur thermiques et électriques pendant l’expérience, utilisent des ordinateurs d’enregistrement approprié, logiciels et appareils d’enregistrement (un enregistreur biosignal, trois caméras couleur haute résolution, une caméra thermique et un microphone directionnel).
    1. Développer une solution pour synchroniser les modalités enregistrées. Il peut comporter un matériel post-traitement des données enregistrées et de déclenchement des dispositifs, un enregistrement de déclencheur des signaux par le biosignal et enregistreurs audionumériques, synchronisation d’horloge ordinateur (par exemple, via NTP) et un enregistrement des estampilles ainsi que les flux de données, cours d’eau pour compenser les décalages temporels et dérive de l’horloge.
  5. Installer la caméra de recul complet du corps d’une manière qu’il saisit tout le corps du sujet. Installez la caméra frontale face environ 1 m au-dessus de la tête du participant. Monter le micro sur le côté gauche et droite, à côté de la caméra frontale face la caméra thermique. Fixez la caméra latérale au plafond. Ajuster à un point où il est capable d’enregistrer un côté du visage du sujet, ainsi que le côté opposé reflété dans le miroir (voir Figure 2).

Figure 2
Figure 2: représentation schématique de l’installation de caméra et un microphone. La caméra frontale visage, la caméra thermique et le microphone sont mis en place environ 1 m au-dessus de la tête du participant. Une caméra à vue côté capture les deux faces du visage à l’aide d’un miroir. Une caméra montée sur le mur au corps permet l’enregistrement des mouvements du corps. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Remarque : En raison d’une petite pièce expérimentale, combinant une caméra latérale avec un miroir est une solution très élégante pour capturer les deux côtés du visage du sujet avec un seul appareil.

  1. La sortie graphique de l’ordinateur d’enregistrement biosignal à un moniteur d’ordinateur en double mis en place dans la salle de surveillance / d’étalonnage.
  2. Mis en place des enceintes PC actives dans la salle de surveillance / d’étalonnage. Branchez-les sur le tube conduit avec l’ordinateur de l’enregistrement audio. Assurez-vous que d’entendre le participant via le micro dans le cas où ils ont besoin d’assistance lors de l’expérience.
  3. Passez le thermode et le câble des électrodes du stimulateur électrique à travers le tuyau de conduit à la salle d’expérience. Mettre retroussé de mousse acoustique des deux côtés de la tuyau de conduit (ou un matériau similaire qui absorbe le bruit).
    NOTE : Laissez le stimulateur thermique dans la salle de surveillance / d’étalonnage. Il contamine le signal audio d’enregistrement en raison de partir régulièrement son ventilateur interne afin de refroidir.
  4. Régler les vitesses d’échantillonnage d’enregistrement comme suit : (a) audio à 44,1 kHz ; (b) frontal et latéral visualiser les caméras à 25 Hz ; (c) caméra de recul complet du corps à 30 Hz ; (d) thermique caméra à 120 Hz ; (e) SCL, EMG et ECG à 1 000 Hz. enregistrer tous les paramètres.
  5. Obtenir un pack de gel froid (100 x 100 mm) et la mettre dans un congélateur. Préparer une serviette hygiénique non tissé de 200 mm x 200 mm ou quelque chose de similaire (par exemple, une serviette de papier fin) et une pommade.
  6. 12 intensités de stimulation individuelle, six pour la chaleur et l’induction électrique douleur, faites le calcul suivant : (a) intensité de la douleur électrique phasique 3 (pE3) = 90 % de pEPTo ; b intensité de douleur électrique phasique 2 (pE2) = (pE3 + pEPTh) / 2 ; c intensité 1 (pE1) de la douleur électrique phasique = pEPTh ; (d) intensité de la douleur électrique tonique 3 (tE3) = 90 % des tEPTo ; e intensité de la douleur électrique tonique 2 (tE2) = (tE3 + tEPTh) / 2 ; (f) intensité de la douleur électrique tonique 1 (tE1) = tEPTh ; (g) intensité de la douleur phasique chaleur 3 (pH3) = pHPTo - 0,5 ° C si l’objet rapporté 100 pour pHPTo — sinon, pH3 = pHPTo ; (h) intensité de la douleur phasique chaleur 2 (pH2) = (pH3 + pHPTh) / 2 ; (i) intensité de la douleur phasique chaleur 1 (pH1) = pHPTh ; (j) intensité de la douleur de chaleur tonique 3 (tH3) = tHPTo - 0,5 ° C si l’objet rapporté 100 pour tHPTo — sinon, tH3 = tHPTo ; (k) intensité de la douleur de chaleur tonique 2 (tH2) = (tH3 + tHPTh) / 2 ; (l) intensité de la douleur de chaleur tonique 1 (tH1) = tHPTh.
  7. Entrez les valeurs de la phase électriques (pE1\u2012pE3) et intensités de douleur de chaleur (pH1\u2012pH3) et tonique électrique (tE1\u2012tE3) et chauffer l’intensité de la douleur (tH1\u2012tH3) — calculé à l’étape 5.11 basé sur le calibrage effectué conformément aux sections 3 et 4 — dans le logiciel du stimulateur thermique et électrique. Régler la température de référence (aucune douleur) à 32 ° C et le taux de la température de croissance à 8 ° C/s. sauvegarder tous les paramètres.
  8. Utiliser un logiciel informatique basées sur un langage script, qui communique avec le stimulateur thermique et électrique. Assurez-vous qu’il permet de contrôler et de déclenchement des stimuli de douleur sur un scénario de déclenchement de la douleur.
    Remarque : Un script de déclenchement de la douleur déclenche le stimulus de douleur aléatoire et le calendrier des contrôles et la durée. Dans cette étude, le logiciel du stimulateur thermique fournit la possibilité de préparer un script de déclenchement de la douleur. Le logiciel déclenche automatiquement les stimuli thermiques et envoie des signaux lorsqu’un stimulus électrique doit être déclenché. Stimuli électriques sont déclenchées par un script préparé dans un deuxième logiciel.
  9. Préparer le script de déclenchement de la douleur comme suit (voir Figure 3). Définir le nombre de chaque intensité de stimulation phasique (pE1, pE2, pE3, pH1, pH2et pH3) à 30 et le nombre de chaque intensité de stimulation tonique (tE1, tE2, tE3, e1, e2et e3) 1. Réglez la durée de chaque stimulation phasique sur 5 s et la durée de chaque stimulus tonique à 60 s. randomiser l’ordre de tous les stimuli. Alternez les pauses entre les stimuli phasiques à 8 – 12 s. ensemble les pauses après les stimuli tonique à 300 s. enregistrer tous les paramètres.
    Remarque : En raison de la durée plus longue, le nombre des stimuli différents tonique chaleur est défini sur 1 pour éviter les brûlures de la peau. Toutes les pauses après stimuli tonique doivent être de 300 s afin de permettre des signaux physiologiques revenir au niveau de référence et, ainsi, pas contaminer les signaux suivants.

Figure 3
Figure 3: illustration graphique de la douleur stimulation part. (A) douleur exemplaire elicitation script avec randomisée phasique (bleu) et des stimuli de douleur (rouge) tonique. (B) extrait du script de déclenchement de douleurs ci-dessus : trois stimuli phasiques avec une durée de 5 secondes et les pauses. La durée des pauses varie entre 8 et 12 secondes. (pH1, pH2, pH3 = douleur phasique de chaleur d’intensité 1, 2, 3 ; E1, e2, e3 = douleur chaleur tonique avec intensité 1, 2, 3 ; pE1pE2, pE3 = douleur électrique phasique avec intensité 1 , 2, 3 ; tE1, tE2, tE3 = douleur électrique tonique avec intensité 1, 2, 3 ; s = secondes). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

6. stimulation de la douleur

  1. Amener le participant à la salle d’expérience et de leur parler de la procédure à venir. Expliquer le montage expérimental et les fonctionnalités des instruments. Informer le sujet encore une fois sur la possibilité d’interrompre l’expérience à tout moment en appuyant sur un bouton d’urgence fourni ou demander d’arrêter.
  2. Demandez au sujet s’allonger confortablement sur le divan d’examen. Instruire à mentir sur leur dos pendant l’expérience.
  3. Nettoyer toutes les zones de peau où les électrodes seront jointes avec la solution d’alcool. Enlever toutes les cellules mortes de la peau sur la surface de la joue gauche, derrière l’oreille gauche et au-dessus du sourcil gauche avec gel abrasif. Renettoyer ces zones avec une solution d’alcool.
  4. Pour la mesure de la valeur SCL, fixez deux enduites, électrodes Ag/AgCl de nonpolarizable sur le dessous de la troisième phalange de l’index droit et le doigt du milieu par des sangles Velcro. Assurez-vous que les sangles ne sont pas trop serrées. Ils sont trop serrés, si le sujet signale une sensation lancinante au bout des doigts.
  5. Pour enregistrer l’ECG, utiliser trois Ag/AgCl snap électrodes enduites, adhésifs avec zones de contact circulaires (34 mm de diamètre). Placer une électrode (cathode) sur la poitrine, environ 6 cm au-dessous de la clavicule droite. Placez le second un (anode) sur la gauche de neuvième et dixième côtes. Fixez la troisième électrode (sol/référence) à la taille à droite à côté de l’os iliaque.
  6. Pour enregistrer l’EMG de M. trapezius, également utiliser trois Ag/AgCl snap électrodes enduites, adhésifs avec zones de contact circulaires (34 mm de diamètre). Place deux électrodes (anode et cathode) côte à côte sur le muscle trapèze gauche du cou. Placer la troisième un (référence) ci-dessous sur la clavicule gauche.
  7. Utilisez six des électrodes Ag/AgCl réutilisables, blindés avec 4 mm de diamètre d’enregistrement pour mesurer les Ldge de M. corrugator supercilii et zygomatique de M. major. Remplir les cavités des électrodes avec gel électrolyte.
    1. Fixer les électrodes au moyen de colliers adhésifs double-face comme suit : pour le corrugator supercilii, placer une électrode (anode) directement au-dessus du sourcil gauche, à côté de la ligne de la glabelle (gauche). Placez le deuxième latéral de cm 1 électrode (cathode) à la première.
    2. Fixer une troisième électrode (référence) au milieu de l’os frontal, juste en dessous de la racine des cheveux. Pour les grands zygomatique, tracer une ligne imaginaire de la commissure gauche par voie orale pour le lobe de l’oreille gauche. Placer une électrode (anode) légèrement inférieur au milieu de la ligne et la seconde un (cathode) 1 cm médial à côté de lui. Fixez la troisième électrode (référence) à la mastoïde gauche. Connecter toutes les électrodes sur les entrées correspondantes de l’appareil d’enregistrement biosignal.
  8. Effectuer un contrôle visuel par le biais de la biosignal logiciel d’enregistrement si tous les signaux physiologiques sont de qualité bonne ou excellente. Poser l’objet à déplacer certains muscles et vérifier le signal respectif. Régler/améliorer les signaux de n’importe quel insatisfaisants par les moyens/mesures appropriées.
  9. Placer une électrode Ag/AgCl (34 mm de diamètre) sur la face supérieure de la Phalange intermédiaire de l’index gauche (anode) et une autre sur la face supérieure de la Phalange proximale du doigt du milieu gauche (cathode). Fixer les électrodes avec du ruban adhésif médical comme sujets peuvent transpirer pendant l’intervention, réduire l’adhérence des électrodes. Connecter les électrodes au stimulateur électrique.
  10. Appliquer le thermode à la partie supérieure de l’avant-bras gauche du sujet environ 30 mm de proximal au poignet par une sangle de Velcro. S’assurer que la sangle sans gêne de la peau.
  11. Commencer toutes les caméras. S’assurer que le participant est parfaitement visible dans les images de la caméra. Si nécessaire, demander l’objet pour ajuster la position. Surtout prendre soin des caméras du visage avec un petit champ de vision. Idéalement, le visage doit être au centre de l’image pour réduire le risque que le participant déplace la tête hors du champ de vision pendant l’expérience.
  12. Vérifiez si le microphone s’allume et le niveau d’enregistrement est satisfaisant.
  13. Poser la question si elle a d’autres questions et si elle est prête pour l’expérience. Lui donne l’ordre d’agir complètement naturellement et pas à réprimer et à exagérer des réactions de douleur pendant l’expérience.
  14. Démarrer tous les appareils d’enregistrement (caméras, micro, enregistreur biosignal) conformes aux exigences pour la synchronisation des données.
  15. Quitter la pièce expérimentale et entrer dans la salle de surveillance / d’étalonnage. Attendre 5 minutes afin de permettre des signaux physiologiques du sujet à normaliser. Exécutez le script de déclenchement de la douleur.
  16. Surveillez attentivement le sujet et l’état d’avancement de la partie de stimulation de la douleur. Notez les horodatages des évident comportement inhabituel/unnatural, problèmes techniques ou artefacts biosignal dues à un mouvement extrême, venue d’envoi des électrodes, etc..
  17. Après la fin du script elicitation douleur, arrêter tous les appareils d’enregistrement. Sauvegarder/exporter toutes les données dans un format préféré. Éteindre le stimulateur thermique et électrique.
  18. Vérifiez si le participant est bien et détacher toutes les électrodes et le thermode. Nettoyer toutes les zones de la peau avec une solution d’alcool pour enlever les restes de gel électrode.
  19. Téléchargez le pack de gel froid du congélateur et l’envelopper dans la serviette hygiénique en non tissé (ou une serviette en papier quelque chose de similaire, par exemple mince). Demander au participant de l’appliquer à la zone de peau où la thermode a été placé pendant au moins 5 minutes.
  20. Offrir le sujet la possibilité d’avoir leurs niveaux de douleur individuelle a montré et expliqué.
  21. Pommade à la zone de peau où la thermode a été placé.
    NOTE : Pack de gel froid et onguent sert à réduire au minimum (un risque) rougeurs et les irritations de la peau.
  22. Remettre la compensation monétaire et l’ai accompagnée d’un reçu. Fournir des informations de contact en cas de problèmes émergents. Je remercie les participants et dire au revoir.
  23. Retirez la mousse acoustique des deux côtés de la conduite de la canalisation. Passez le thermode et le câble des électrodes du stimulateur électrique à la salle de surveillance / d’étalonnage. Jeter toutes les électrodes jetables, nettoyer toutes les électrodes réutilisables des restes de gel et nettoyer le divan d’examen avec un désinfectant de surface convenable. Remettre la poche de gel froid dans le congélateur.

Representative Results

La douleur est perçue différemment par toute personne et peut s’exprimer diversement dans les expressions faciales, paralinguistiques et/ou des signaux physiologiques. La conception de cette étude est apte à analyser les réponses de douleur de diverses façons en ce qui concerne les objectifs sous-jacents. Les données obtenues peuvent permettre de répondre à des questions de recherche, tels que : existe-t-il des douleurs spécifiques des profils de réponse ? Sont-ils différents au sujet de la durée et le modèle de la douleur ?

Un total de 134 sujets ont participé à notre expérience. Le sex-ratio était de 50/50. Nous les répartîmes en groupes d’âge suivants : 1) 18-29 ans (N = 49, 23 hommes, 26 femmes), 2) 30-39 ans (N = 45, 23 hommes, 22 femmes), 3) 40-50 ans (N = 40, 21 hommes, 19 femmes). L’âge moyen de tous les sujets était 31,4 (SD = 9,7), de tous les hommes = 33.4 (SD = 9,3) et de toutes les femmes = 32,9 (SD = 10,2) ans. L’étude s’est déroulée au département de psychologie médicale de l’Université d’Ulm, Allemagne.

Le principal résultat de ce protocole est un ensemble de données de signaux audio, vidéo et psychophysiologiques reflétant les réponses des sujets à des stimuli de douleur. Le tableau 1 donne un aperçu général sur les caractéristiques techniques des signaux enregistrés et sur le nombre de stimuli de douleur induite dans l’étude.

Caractéristiques techniques
Signal : Fréquence d’échantillonnage : Attributs :
Audio 44100 Hz Mono, MP3 320 kbps
Caméra 1 (visage, vu de face) 25 Hz Vidéo couleur : résolution 1384 x 1032,
HEVC encodé avec libx265 (CRF 16, preset medium)
Caméra 2 (visage, vue latérale) 25 Hz Vidéo couleur : résolution 1620 x 840,
HEVC encodé avec libx265 (CRF 16, preset medium)
Corps de caméra env. 30 Hz Vidéo couleur : résolution 1500 x 600,
HEVC encodé avec libx265 (CRF 16, preset moyen) ;
Profondeur vidéo : résolution 500 x 200, codage sans perte
Caméra thermique env. 120,8 Hz Température de surface vidéo : résolution 120 x 160,
niveaux de gris MPEG-4-AVC encodées avec libx264
(CRF 0, veryfast prédéfinie),
plage de température codé 26,5-52,0 ° C (pas de 0, 1)
ECG : 1000 Hz Matériel filtrée via BioPac : 35Hz LP, 0,5 Hz HP,
Filtre notch 50Hz
SCL 1000 Hz Matériel filtrée via BioPac : 10Hz LP, pas HP,
aucun filtre notch
EMG M. trapezius 1000 Hz Matériel filtrée via BioPac : 500Hz LP, 10Hz HP,
aucun filtre notch
EMG M. corrugator supercilii 1000 Hz Matériel filtrée via BioPac : 500Hz LP, 10Hz HP,
aucun filtre notch
EMG M. zygomatique majeur 1000 Hz Matériel filtrée via BioPac : 500Hz LP, 10Hz HP,
aucun filtre notch
Stimuli Thermique Électrique
Sujets : Stimuli phasiques (5 s) : Stimuli toniques (60 s) : Stimuli phasiques (5 s) : Stimuli toniques (60 s) :
Par sujet 90 (30 par intensité) 3 (1 par intensité) 90 (30 par intensité) 3 (1 par intensité)
Tous les (N = 134) 12060 (4020 par intensité) 402 (134 par intensité) 12060 (4020 par intensité) 402 (134 par intensité)
Hommes (n = 67) 6030 (2010 par intensité) 201 (67 par intensité) 6030 (2010 par intensité) 201 (67 par intensité)
Femmes (n = 67) 6030 (2010 par intensité) 201 (67 par intensité) 6030 (2010 par intensité) 201 (67 par intensité)

Tableau 1 : caractéristiques techniques et le nombre d’induite par des stimuli. La haute demi (caractéristiques techniques) indique les fréquences d’échantillonnage et attributs des signaux spécifiques. La partie inférieure la moitié spectacles (Stimuli) les numéros des particuliers induits (thermique/électrique) la douleur des stimuli pour un sujet, tous les sujets et pour chaque sexe. (MP3 = Moving Picture Experts Group Audio Layer-3, kbit/s = kilobits par seconde, HEVC = haute efficacité Video Coding, CRF = facteur de taux Constant, MPEG-4-AVC = Motion Picture Experts Group Layer-4 vidéo Advanced Video Coding, Hz = Hertz, ° C = degrés Celsius, s = secondes, ECG = électrocardiogramme, SCL = niveau de Conductance de la peau, EMG = électromyographie, LP = filtre passe-bas, HP = filtre passe-haut, M. = Musculus).

Un résultat secondaire concernant la phase d’étalonnage de l’étude est présenté dans le tableau 2. Il montre les températures moyennes de la stimulation et les courants des intensités de douleur 1 et 3 (tel que calculé à l’étape 5.11 du protocole) pour tous les sujets et en outre pour le sous-groupe des mâle et femelle.

Stimuli Thermique [en ° C] moyenne (SD) Moyenne électrique [mA] (SD)
Sujets pH1 pH3 tH1 tH3 pE1 pE3 tE1 tE3
Tous les (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)
Hommes (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)
Femmes (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)

Tableau 2 : moyenne des températures de stimulation et de courants d’intensités de douleur 1 et 3. (pH1, pH3 = douleur phasique de chaleur d’intensité 1, 3 ; tH1, tH3 = douleur chaleur tonique avec intensité 1, 3 ; pE1, pE3 = douleur électrique phasique avec intensité 1, 3 ; tE1, tE3 = douleur électrique tonique avec une intensité 1, 3 ; ° C = degrés Celsius ; mA = milliampère, SD = écart-type).

Si toutes les étapes du protocole sont réalisées avec soin et pas de problèmes techniques se produisent (en termes d’ordinateur ou enregistrer l’appareil tombe en panne, etc.), un résultat positif peut-être sembler identiques, comme illustré à la Figure 4. Tous les signaux sont de haute qualité et pas affectée par des sources extérieures d’interférences. Le participant est clairement visible dans chaque appareil.

Figure 4
Figure 4 : Données d’exemple d’une expérience réussie. L’illustration représente les signaux enregistrés quelques secondes avant, pendant et après un stimulus de douleur intense. Tous les signaux sont non filtrés et synchronisés dans le temps. Pour plus de clarté, seul représentant captures d’écran des signaux vidéo sont indiqués ici. (EMG = électromyographie, SCL = niveau de Conductance de la peau, ECG = électrocardiogramme, M. = Musculus, s = secondes). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Toutefois, des incidents inattendus peuvent provoquer les données devenir bruyant ou corrompu. En outre, ordinateur ou appareil tombe en panne, la venue du décollage d’électrodes (électrodes surtout réutilisables avec petit diamètre qui sont attachés au moyen de colliers adhésifs double-face) d’enregistrement pour la plupart mène aux signaux inutilisables. Par exemple pour un ensemble de données sous-optimale, la Figure 5 montre le moment où une électrode EMG se détache et restitue le signal correspondant inutile.

Figure 5
Figure 5 : Données d’exemple d’une expérience optimale. Le cercle rouge indique l’heure une des électrodes EMG (M. zygomatique majeur) est tombé de joue du sujet. Cela aurait pu être due au mouvement de sueur ou de la tête. Dès lors, le signal a été perdu. (EMG = électromyographie, SCL = niveau de Conductance de la peau, ECG = électrocardiogramme, M. = Musculus, s = secondes). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

En raison de directives éthiques, les intensités maximales des stimuli thermiques et électriques devaient être restreinte. En ce qui concerne le contrôle thermique d’étalonnage (voir fichier supplémentaire), 37 sujets (31 hommes, 6 femmes) atteint le seuil de décision donné de 50,5 ° C (ratio = 37/134 = 27,61 %). Quant à la partie 1 de calibration thermique, 60 participants (39 hommes, 21 femmes) ont atteint le seuil de 50,0 ° C (ratio = 60/134 = 44,78 %) et en ce qui concerne partie2, 57 personnes (37 hommes, 20 femmes) a atteint le seuil de 49,5 ° C (ratio = 57/134 = 42,54 %). Le seuil de décision pour les deux parties d’étalonnage électrique était 25 mA. Aucun des 134 sujets il atteint.

Puisque nous prévoyons de publier les données (voir paragraphe suivant), les ensembles de données des participants qui ont atteint le seuil sera en outre marquées et leur notation subjective de la douleur pour les seuils correspondants seront incluse.

Nous tenons à souligner que l’objectif principal du protocole est l’obtention de signaux multimodales permettant d’analyser la douleur thermique et électrique. Par conséquent, aucun autre résultat n’est discutés ici. Après vérification et à l’exclusion des ensembles de données en raison de données manquantes ou rejeté consentement écrit pour le partage de données, les ensembles de données de cette étude seront disponibles sous le nom de « X-ITE douleur Database ». Pour plus d’informations sur quand et comment obtenir le pb de douleur de X-ITE, veuillez visiter https://github.com/philippwerner/pain-database-list.

Fichier complémentaire 1. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Le protocole présenté met l’accent sur la découverte expérimentale de thermique (chaleur) et douleurs électriques en enregistrement physiologique, visuelle et paralinguistiques signaux. Cette approche originale, combinant les deux modèles de douleur avec différents stimuli intensités et des durées de deux différents stimuli (phasiques et toniques), offre une perspective plus large sur les modèles psychophysiologiques et les expressions de la douleur. Toutefois, pour la réalisation du présent protocole plusieurs étapes doivent être considérés.

En général, si vous travaillez avec des stimuli de douleur, il est crucial d’assurer la sécurité des sujets. Tous les stimuli de douleur doivent être très contrôlés et doivent uniquement être effectuées par expérimentateurs chevronnés.
En outre, d’enregistrement et de recueillir des données fiables et de haute qualité, la bonne fixation de dispositifs (électrodes), le fonctionnement parfait des appareils d’enregistrement et une bonne communication entre les ordinateurs est fortement recommandé. Toutes les sources d’interférences devraient être éliminés ou réduits au minimum. Afin de garantir la cohérence entre les participants, il est important d’instructions normalisées et invariable des conditions expérimentales.

Selon notre expérience, de trouver des participants appropriés qui satisfont tous les critères et sont prêts à recevoir de nombreux stimuli douloureux, prennent beaucoup de temps et sont assez difficile. En plus de cela, la compensation monétaire doit être suffisamment élevée pour attirer les sujets à l’étude. En particulier les personnes entre 30 et 50 ans sont difficiles à trouver. C’est peut-être parce que l’expérience est trop long (ca. 4 heures, y compris l’arrivée et départ) et ils doivent décoller une demi-journée de travail.

Parce que la sécurité des participants est de toute première priorité, induction de douleur peut doivent être restreintes. En raison de directives éthiques, les intensités de stimulation ne doivent pas dépasser certains niveaux pour éviter les brûlures et l’inconscience en termes d’induction de douleur thermique et électrique, respectivement. Une coupure générale des intensités peut entraîner un effet de plafond comme certains sujets peuvent atteindre les limites d’intensité avant de se sentir des douleurs intolérables. Dans cette étude, environ 42 % (tenir compte de calibration thermique partie 1 et 2) des participants ont atteint le seuil thermique (voir résultats représentatifs). Comme ils n’ont pas atteint leurs tolérances « vraie » douleur, leurs réactions physiologiques aux stimuli thermiques plus élevées peuvent se comporter différemment contrairement aux réactions physiologiques des sujets ayant atteint leur. Dans l’affirmative, mélange de ces deux groupes pourrait influencer les résultats de classification en termes de reconnaissance de la douleur.

Un point important à l’adresse est les modalités de la douleur dans cette expérience. Les participants sont soumis seulement à des stimuli thermiques et électriques de la douleur (dû au fait que ceux-ci sont très contrôlables dans un cadre expérimental). Ainsi, si les études de schémas de douleur au sujet de la qualité, conclusions ne pourraient traduire d’autres modalités de douleurs telles que la pression, douleur chimique ou viscérale.
La même considération sur la transférabilité des résultats s’applique à l’échantillon de l’étude. Le protocole est éthiquement réservé aux adultes en bonne santé. Par exemple, il n’inclut pas les enfants ou personnes ayant une déficience cognitive et verbalement. En outre, dans notre étude seulement les peuples européens ont participé. Aussi ici, résultats analytiques peuvent s’applique pas aux groupes non considérés dans cette expérience.

Une autre limitation peut concerner l' effet de Hawthorne24: les sujets sont conscients qu’ils sont être filmé/observés dans l’étude. Cela pourrait changer leur comportement.

Par rapport aux bases de données existantes la douleur, le protocole prévoit des avantages significatifs pour l’analyse des profils de réponse de douleur car il combine deux modèles de douleur et de deux cours de temps (phasiques et toniques) : outre l’intensité et la durée de la douleur, elle considère également la qualité de la douleur. Comme douleur thermique est décrit différemment des douleurs électriques (p. ex., brûlage vs sharp), il peut également différer dans les réactions de douleur. Dans l’affirmative, ces conclusions pourraient lier un modèle de réponse de douleur à la source sous-jacente de la douleur. En outre, l’étude est multimodale d’élargir l’éventail de possibilités d’enquête douleur : employant 5 signaux psychophysiologiques, 2 face caméra (avant/côté) signaux, signal de caméra de vue 1 corps, 1 caméra thermique et 1 audio du signal, la douleur peut être analysée et évalués plus précisément.

Une enquête plus complexe des profils de réponse de douleur, les extensions futures de cette méthode doivent inclure plus d’unité comme électroencéphalographie (EEG), température corporelle et la respiration. Il serait également très utile d’employer la pression contrôlée comme un modèle de douleur supplémentaire. Chercheurs visant à la reconnaissance automatique de la douleur par l’intermédiaire de données recueillies avec ce protocole devraient vérifier des modèles d’apprentissage machine prometteurs avec des groupes de contrôle clinique.

Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs aimeraient remercier Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt et Tina Daucher pour leur aide précieuse dans la réalisation de l’étude. En outre, un merci spécial va à Dr. Stefanie Rukavina pour son soutien scientifique. Cette étude faisait partie de la DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) projet « Promotion et systématique d’an Automated douleur reconnaissance système sur la base de Facial Expression et Psychobiologiques paramètres de Validation », financé par la recherche en allemand Fondation.

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

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References

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