Använda Facial Elektromyografi att bedöma ansiktet muskelreaktioner erfarna och observerade affektiv beröring i människor

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Vi beskriver ett protokoll för att bedöma ansiktet muskelaktivitet som svar på erfarna och observerade taktil stimulering använda facial Elektromyografi.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Ree, A., Morrison, I., Olausson, H., Sailer, U., Heilig, M., Mayo, L. M. Using Facial Electromyography to Assess Facial Muscle Reactions to Experienced and Observed Affective Touch in Humans. J. Vis. Exp. (145), e59228, doi:10.3791/59228 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

”Affektiv” touch tror att behandlas på ett sätt som skiljer sig från diskriminerande touch och involverar aktivering av C-taktil (CT) afferenta fibrer. Beröring som aktiverar optimalt CT fibrer är konsekvent betygsatt så hedonically trevlig. Patientgrupper med nedsatt social-emotionell funktion visar också störda affektiv beröring klassificeringar. Men har att förlita sig på självrapporterade klassificeringar av beröring många begränsningar, inklusive recall bias och kommunikation hinder. Här, beskriver vi en metod för att studera affektiva Svaren till touch via ansiktsbehandling Elektromyografi (EMG) som kringgår övertro på själv rapportera kreditbetyg. Facial EMG är objektiva, kvantitativa, och icke-invasiv metod att mäta ansiktsbehandling muskelaktivitet vägledande av affektiva svar. Svaren kan bedömas över friska och patientens populationer utan behov av verbal kommunikation. Här, tillhandahåller vi två separata datamängder visar att CT-optimal och icke-optimala touch framkalla distinkta ansiktsbehandling muskelreaktioner. Dessutom är ansiktsbehandling EMG Svaren konsekvent över stimulans modaliteter, e.g. taktil (erfarna touch) och visual (observerade touch). Slutligen, temporal upplösningen på ansiktsbehandling EMG kan upptäcka svaren på tidsskalor som ersätter det av muntlig rapportering. Tillsammans, tyder våra data på att ansiktet EMG är en lämplig metod för användning i affektiv taktil forskning som kan användas för att komplettera, eller i vissa fall ersätta, befintliga åtgärder.

Introduction

C-taktil (CT) afferenter föreslås att förmedla den affektiva komponenten i touch, som kan särskiljas från de diskriminerande aspekterna av touch bearbetas via Aβ fibrer1,2. CT-medierad affektiv beröring tros spela en viktig roll i sociala affiliative beteenden3, leder till ”hud som en sociala organ” hypotes4. Fysiska5,6, utvecklingsmässiga7och psykiatriska8,9 faktorer kan påverka CT-medierad touch bearbetning. Att fastställa ett objektivt mått för att kvantifiera affektiva reaktioner till CT-relevanta touch är alltså avgörande för att möjliggöra jämförelser mellan populationer.

Under de senaste åren har mycket insikt vunnits om CT afferenter egenskaper. Dessa unmyelinated afferenter demonstrera ett inverterat U-formade bränning frekvens, med hastigheter på 1-10 cm/s (”CT-optimal”) framkalla den största frekvensen och båda större (”snabbt icke-optimala”) eller mindre (”långsam icke-optimala”) hastigheter framkalla minskas avfyra10. CT bränning frekvens korrelerar med självrapporterade bedömningar av touch ”angenämhet”, producera en liknande inverterade U-formad kurva i trivseln betyg10. Dessutom bemöta CT-afferenter också mest kraftfullt stimuli nära hud temperatur11. Dessa fibrer också Visa distinkta överledning hastigheter. De unmyelinated CT afferenter är långsammare2 och således salvan av afferenta input till cortex visar en tidsmässig eftersläpning jämfört med hastigheten på snabbare, myeliniserade Aβ fibrer1,12. Affektiva och diskriminerande touch kan också urskiljas på neurala nivå. Medan båda typerna av touch aktivera överlappande somatosensoriska områden, är affektiv beröring mer benägna att aktivera bakre insula, medan diskriminerande beröring aktiverar sensomotoriska områden13,14,15 , 16. detta aktivering mönster är konsekvent om touch är direkt upplevt eller bara observerade17, vilket tyder på att affektiv beröring är inte bara en ”bottom-up” process driven av fysisk aktivering av CT afferenter, men också innebär ” top-down ”integrering av multimodala sensorisk bearbetning.

Situationer i vilka CT behandling är bristfällig eller annars atypiska har också gett insikt i den funktionella betydelsen av dessa afferenter. I en unik patientgrupp med en ärftlig mutation som påverkar den nervtillväxtfaktor β-genen, finns det en minskning av tätheten av tunna och unmyelinated nervfibrer, inklusive CT afferenter. Jämfört med friska kontroller, dessa patienter rapport touch på CT-optimal hastigheter som mindre trevliga5. Converse scenariot är också sant; patienter som saknar myeliniserade Aβ-fibrer ska kunna behålla en svag känsla av behaglig beröring bärs av den fortfarande intakt CT afferenter6. Onormal affektiv beröring behandling är inte bara begränsas till instanser av fysiska förändringar i CT-afferenter. Över patienten och friska populationer rapporterade de högre på spektrumet av autistiska drag minskade trivseln betyg av touch8. Psykiatriska patienter visar också minskad hedonisk klassificeringar av affektiv beröring, med en historia av barndomen misshandel som en av de mest konsekventa prediktorer av dysreglerad affektiv beröring medvetenhet8. Dysreglering i CT-baserade affektiva touch system med anorexia nervosa har också rapporterat9. Således, både fysiska och psykologiska faktorer kan påverka affektiv beröring bearbetning, och som sådan, det är absolut nödvändigt att fastställa metoder som kan tillämpas på alla individer i en rättvis och jämförbart sätt.

Insikter i normo-typiska och dysreglerad affektiva bearbetning har möjlighet att ge en mer nyanserad bild av många patientgrupper. En potentiell begränsning av affektiv beröring forskning är dock nödvändigheten av självrapporterade klassificeringar. Ibland, själv rapportera kan vara opålitliga18 och ämne att återkalla bias19. Förfrågningar till egen rapport kan psykiskt ta bort en deltagare från den aktuella inställningen, begränsning av ekologiska giltighet till svaren och ta bort dem temporally från erfarenhet20. Dessutom bygger själv rapportera på en fast förståelse av språket och semantik, att göra interkulturell och utvecklingsstörda olika (t.ex. spädbarn och småbarn-åldern individer) jämförelser utmanande. Exempelvis individer med en autism spectrum diagnos ofta visar distinkt beteendemässiga Svaren till touch21, men kan också ha svårigheter att kommunicera verbalt22. Således kan att hitta icke-invasiva metoder att mäta Svaren till touch att kringgå en tillit själv rapportera översätta, åtminstone till en bättre förståelse av mekanismerna av affektiv beröring, och på de flesta, nya insikter i Dysreglering av sociala bearbetning i patientpopulationer.

Facial Elektromyografi (EMG) är en lämplig kandidat att objektivt bedöma affektiva Svaren till tryck. Det har använts för att mäta valence-specifika reaktioner till visuella23, audiovisuella24, lukt25och luktintrycket26 stimuli. Facial EMG är en säker och icke-invasiv metod bestående av surface elektroder som följer ansiktet27. Dessa ytbehandlar elektroder registrera ansiktsbehandling muskelaktivitet kontinuerligt i realtid med tiden skala känslighet i tiotals millisekunder. Av särskilt intresse är den wellpappmaskinen supercilii (”wellpappmaskinen”), som aktiveras när furrowing brynet och slappnar av under ett leende. Som ett resultat, wellpappmaskinen aktivitet har en linjär relation med affektiva valence, med ökad respons på negativa stimuli och minskad aktivitet i svar på positiva stimuli28. Dessutom, zygomaticus stora (”zygomatic”) är den muskel som aktiveras som hörnen av munnen dra upp i ett leende. Den zygomatic visar ett ”J-formade” aktivering mönster med positiva stimuli framkalla den största reaktionen och de mest negativa stimuli framkalla en större reaktion än neutral stimuli28. Facial EMG inspelningar av dessa muskler kan även observeras när stimuli presenteras utanför medvetandet eller när individer försöker uttryckligen att undertrycka deras reaktioner29,30. Ännu viktigare, kan ansiktsbehandling EMG användas ensamt eller i kombination med själv rapportera betyg eller andra fysiologiska inspelningar. Därför är det en perfekt metod att bedöma affektiva reaktioner till taktil stimulering31,32.

Sammanfattningsvis kan ansiktsbehandling EMG kombineras med själv rapportera betyg att avgöra hur CT-optimal taktil stimulering påverkar ansiktet muskelaktivitet som en potentiell indikator på affektiva svar. Man kan dra nytta av velocity-beroende bränning frekvensen av CTs gälla touch på CT-optimal och icke-optimala hastigheter och touch kan användas både till CT-rika armen och förment CT-sakna palm. Jämförelser kan göras över formerna för att avgöra om affektiv Svaren till touch kräver direkt stimulering eller kan utlösas via enbart observation, suggestiv av delade bearbetning över sensoriska modaliteter. Slutligen, vid att etablera ansiktsbehandling EMG som en lämplig metod för att studera affektiva reaktioner affektiv beröring, forskare kan sedan utforska hur affektiv beröring behandling kan påverkas av olika insatser (t.ex., Läkemedelslära, stress exponering ), hur det förändras under utveckling7, hur den påverkas av förhållandet mellan de samtalsdeltagare33och om det är dysreglerad i kliniska populationer8.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Detta protokoll baseras på Mayo et al.31 (Experiment 1) och Ree et al.32 (Experiment 2). Etiskt godkännande beviljades av de regionala etikprövningsnämnden, Linköping, Sverige (Experiment 1) och den lokala etiska kommittén vid institutionen för psykologi, universitetet i Oslo, Norge (Experiment 2).

1. deltagare Screening och förberedelse

  1. Rekrytera deltagare som saknar taktila eller okorrigerad synstörningar och är fria från eventuella neurologiska eller psykiska sjukdom, såvida inte en specifik patientgrupp håller på att rekryteras.
  2. Säkerställa att deltagarna är fullt kapabla att förstå uppgiftsinstruktioner (t.ex. flytande att uppgifter förvaltas).
  3. Om inklusive mer än en uppgift (erfaren, observerat), säkerställa att uppgiftsordning uppvägs över deltagare, stratifiera för kön, ålder eller andra särskiljande faktorer.

2. stimuli och uppgift konstruktion

Obs: Se tabell 1 för experimentell design.

  1. Erfarna touch uppgift (experiment 1 och 2)
    1. Skapa prövningar så att de består av en baseline-period, tryck på administration och själv rapportera betyg, alla åtskilda av ryckte ITIs.
      1. Baslinjen perioder består av en tom skärm, fixering kors eller andra neutrala scen före taktil stimulering.
      2. Taktil stimulering är följt av en kort (t.ex. 1-2 s) ITI, sedan själv rapportera betyg erhålls.
      3. En jittered mellan rättegång intervall (ITI; t.ex. 6-7 s) följer själv rapportera klassificeringar för att tillåta muskelaktivitet till återgår till baslinjenivåerna innan nästa rättegången börjar.
    2. Använd antingen ljud (Experiment 131) eller värdeindikatorer (Experiment 232) att säkerställa att touch levereras på lämplig hastighet.
      1. Att använda ljudsignaler, har ledtrådar levereras till hörlurar som bärs av försöksledaren att spåra takten i stimulering med hjälp av en metronom. Skilja hastigheter med toner av olika fotbollsplaner (eller andra särskiljande ljud cue, t.ex. en cue säger ”10 cm/s”) som föregår stimulering ledtrådar.
      2. För att använda värdeindikatorer, Visa signaler på en surfplatta bara med tanke på experimenter. Använda en rörliga baren för att spåra hastighet touch administration.
    3. Före starten av studien, praxis att se till att touch levereras vid rätt hastighet och ett konsekvent tryck. Gör så gäller penseldrag skalan på ett liknande sätt att deltagaren. Den skala avläsningen används för att avgöra om tryckförändringar i hela touch administration. Exempelvis skulle ett tryck av 0,4 N läsa som 40 g på skalan.
  2. Observerade touch uppgift (Experiment 1)
    1. Se till att videor av touch administration av liknande längd, oavsett hastighet.
      1. Inkludera både CT-optimal (1-10 cm/s) och icke-optimala (mindre än 1 cm/s eller mer än 10 cm/s) hastigheter.
    2. Starta försök med en fixering kors eller andra neutrala tillstånd som följd av video.
      Obs: Videoklipp innehåller touch levereras till CT-rika hårig hud (arm), CT-saknar glabrous huden (palm) och ett icke-sociala villkor som touch levereras till en falsk trä arm (Fig. 2, se kompletterande videor).
      1. Efter en 1-2 s ITI, Hämta själv rapportera klassificering.
      2. Tillåta en annan 6-7 ITI efter klassificeringar ska föregå nästa rättegången för att tillåta EMG aktivitet att återgå till utgångsläget.

3. ansiktsbehandling Elektromyografi

  1. Datainsamling och filtrering riktlinjer (baserat på föregående protokoll27,34)
    1. Använda programvara för att tillämpa filtrering steg antingen i realtid eller offline. Typiska filtrering stegen omfattar kam bandet stopp filter för att filtrera ut potentiella buller från nätström (50/60 Hz), följt av utjämning och rättelse.
      Obs: Inledande grundläggande filtrering steg kan anges på EMG förstärkare (t.ex. ett högpassfilter på 10 Hz) och ett lågpassfilter för 500 eller 1 000 Hz.
  2. Elektroden ansökan (baserat på föregående protokoll27,34)
    1. Beskriv kortfattat ansökningsprocessen till deltagaren. Använd neutrala ord (”sensor”) i stället för potentiellt ångest-frammana ord (”elektroden”)34.
      1. Bestämma vilken information att berätta för deltagarna vad gäller syftet med sensorer.
        Obs: I de aktuella studierna, fick deltagarna höra sensorer skulle mäta muskel och svettas aktivitet under sessionen.
    2. Rengöra deltagarnas huden före elektrod ansökan.
      1. Använd vatten för att torka ren de områden där sensorer kommer att tillämpas.
      2. Använd en exfoliant scrub för att lätt rugga upp samma områden. Försiktig för att förhindra större hudirritation, men mindre irritation sannolikt kommer att uppstå.
    3. Använda elektroden par bestående av två 4 mm skärmade bipolär inspelning elektroder plus en monopolär referenselektrod.
      1. Applicera lim kragar elektroderna så att de följer huden.
      2. När kragar följer den yttre kanten av elektroderna, fyll sensorer med en Konduktiv elektrodgel, ta hand för att förhindra bildandet av luftbubblor.
    4. Placera elektroden par parallell till muscle(s) intresse och vinkelrätt till potentiella källor till buller, såsom andra muskler34.
      1. Wellpappmaskinen: Anbringa en elektrod direkt ovanför ögonbrynet längs en vertikal linje som korsar inre hörnet av ögat. Placera den andra elektroden 1 cm laterala och något bättre än först, längs gränsen av ögonbrynet.
      2. Zygomatic: Placera den första sensor halvvägs längs en tänkt linje som förbinder övre öra (där örat möter skallen) och i hörnet av munnen. Placera den andra elektroden 1 cm mediala (mot munnen). Var noga med för att undvika tuggmuskel.
      3. Använda en 8 mm oskärmad, monopolär inspelning elektrod som en referenselektrod. Placera elektroden i mitten av pannan, ekvidistanta (ovan) inre ögonbrynen och (hårfästet nedan).
      4. Säkerställa att elektroden ledningar är placerade så att de inte hindrar vision. Använda medicinsk tejp för att säkerställa långsiktig vidhäftning av elektroderna att huden och reducera brus/artefakter på grund av sladd rörelse.
    5. Bestämma kvaliteten på elektroden ansökan med en impedans bildskärm. Godtagbar impedans nivåer är lägre än 20 kΩ. Om elektroder behöver återställas för att nå lämpliga impedans nivåer, Använd en ren par elektroder.

4. uppgift procedur

  1. Allmän ordning
    1. Följande sensor program, komplett uppgift(er). Om du använder mer än en uppgift, motvikt ordning över deltagarna.
    2. Säkerställa att deltagarna sitter bekvämt för att minimera främmande rörelse som kan införa rörelse artefakter34.
  2. Erfarna touch uppgift
    1. Placera deltagare framför datorn med att-bli-berört armen utsträckt sidled, vilar bekvämt (t.ex. på en kudde).
      Obs: Det rekommenderas att tillämpa touch på armen som inte används för självrapporterad klassificeringar för att minimera potentiella rörelse artefakter i EMG-signalen.
    2. Täpp syn på armen från deltagaren antingen med en gardin separator31 eller glasögon som Täpp laterala vision (figur 132) 35.
    3. Instruera deltagaren att fokusera på hur touch får dem att känna.
    4. Variera touch läge för att undvika CT trötthet36.
    5. Administrera touch med en 75 mm get borste tillämpas på utsedda avsnitt markerade på arm (och palm). Alternativt, använda touch med en kraft-kontrollerade roboten37.
    6. Använd konsekvent touch administration riktning, t.ex., och tillbaka (distala-till-proximala och sedan proximalt distala) eller enstaka riktning (proximala-till-distala endast)
  3. Observerade touch uppgift
    1. Placera deltagare framför datorn för att visa videor.
    2. Instruera deltagaren att de måste att betygsätta hur videon gjorde dem att känna.
    3. Säkerställa att deltagaren är utom synhåll för de experimenter34.

5. data rengöring och analys

  1. För att bedöma att medelvärdet EMG aktivering en särskild touch stimulans typ, jämföra Svaren på touch stimulans till föregående baslinjen, dvs [menar aktivering under 6 s touch stimulering] - [menar aktivering under 1 s prestimulus ”baseline”], som föreslagits av Fridlund och Cacioppo34.
    1. Sisådär för varje tryck stimulans typ (CT-optimal, icke-optimala och, i förekommande fall, varje plats (arm/palm).
    2. Gör detta för varje muskel (wellpappmaskinen, zygomatic) och själv rapportera värdering (trivseln, intensitet) individuellt.
  2. För att få en mer känslig tid kurs, beräkna medelvärdet EMG aktivering under mindre tidsintervall (t.ex. 700 ms, se figur 532). Subtrahera samma 1 s baslinje från alla mellanrum ta bort baslinjen EMG aktivitet.
    Obs: Före analys, är det rekommenderat att ha data manuellt kontrolleras av bedömare blind tryck villkor att eliminera prövningar med artefaktiska aktiveringar34.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

CT-optimal touch framkallar distinkta EMG Svaren jämfört snabbt icke-optimala touch över modaliteter
Det första experimentet som riktat om differential EMG reaktivitet kunde detekteras i svar på CT-optimal (3 cm/s) och snabbt icke-optimala (30 cm/s) taktil stimulering som var direkt erfarna (figur 3) eller endast observerade (figur 2 och figur 3)31.

Erfarna CT-optimal touch klassades som mer behaglig än icke-optimala touch (F(1,28) = 32,2; p < 0,001; Figur 3 A) oavsett touch läge (p = 0,063; hastighet x läge: p = 0,32). På samma sätt observerade CT-optimal touch klassades som mer behaglig att icke-optimala touch (tryck på velocity: F(1,28) = 47,5; p < 0,001; Tryck typ: F(2,56) = 6,09, p = 0,004; typ x hastighet interaktion F(2,56) = 5,87, p = 0,005). CT-optimal touch till armen klassades som mer behaglig än touch till palm (p = 0,024) och icke-socialt touch (t.ex. touch i trä arm; p = 0,001). Snabbt icke-optimala touch bedömdes alltid som mer intensiv (figur 3B), oavsett huruvida touch upplevdes (tryck på velocity: F(1,28) = 34,3, p < 0,001; tryck plats: p = 0,28; hastighet x plats interaktion: p = 0,64) eller observerade (tryck på velocity: F(1,28) = 35,1, p < 0,001; tryck typ: p = 0,40; hastighet x typ interaktion: p = 0,39).

Erfarna snabb, icke-optimala touch framkallade robust wellpappmaskinen reaktivitet som var mildras genom rekrytering av CT-afferenter under CT-optimal touch (effekten av beröring velocity: F(1,28) = 4.84, p = 0,036; effekten av touch läge: p = 0,93; Tryck på velocity x läge interaktion: p = 0,42; Figur 3 C). wellpappmaskinen svar skilde betydligt mellan CT-optimal och icke-optimala touch för touch på armen (p = 0,050) men bara trend nivå effekter sågs för touch till palm (p = 0.092). Hade ingen huvudsakliga effekt av touch hastighet (p = 0,11) eller typ (p = 0,79) på wellpappmaskinen reaktivitet observerade beröring, men det fanns en touch hastighet x typ interaktion (F(2,56) = 3,80, p = 0,028). Post hoc tester avslöjade att snabbt icke-optimala touch framkallade större wellpappmaskinen reaktivitet än CT-optimal touch särskilt för videor av beröring på armen (p = 0,007), men inte röra till palm (p = 0,13) eller icke-socialt touch (p = 0.25). zygomatic aktiviteten påverkades inte signifikant genom erfarna Beröring (effekten av beröring velocity: p = 0,15; effekten av touch-typ: p = 0,73; tryck hastighet x typ interaktion: p = 0,63; Figur 3 ( D), inte heller observerade touch (huvudeffekten av touch velocity: p = 0,37; huvudeffekten av touch-typ: p = 0.84; tryck hastighet x typ interaktion: p = 0,23).

CT-optimal touch framkallar EMG Svaren skiljer sig från långsam icke-optimala touch
Experiment 2 bedömde om långsam icke-optimala (0.3 cm/s) skulle framkalla liknande svar som snabbt icke-optimala (30 cm/s)32. Vi hittade att långsam icke-optimala touch rankades som mindre trevliga (figur 4A) och mindre intensiv (figur 4B) än CT-optimal touch. Liknar snabbt icke-optimala touch, långsam, icke-optimala touch framkallade robust wellpappmaskinen activitythat var försvagat av CT-optimal touch (effekten av beröring velocity: F(1,83) = 9.723, p = 0,002; Figur 4 C). sågs ingen effekt av beröring på zygomatic aktivitet (p = 0,35; Figur 4 ( D).

Vi bedömde nästa tidsförloppet för EMG Svaren. Under de första 700 ms, ett fönster som är förment gratis av CT-ingång, det fanns ingen skillnad i wellpappmaskinen reaktivitet (-0.031 ± 0,06 µV och-0.017 ± 0,49 µV, pBon = 0,98; Figur 5 A). dock över nästa 5,6 s, wellpappmaskinen reaktivitet som svar på CT optimal touch minskade gradvis, medan ökade gradvis svar till långsam icke-optimala touch: under intervallet 2, wellpappmaskinen reaktivitet var marginellt lägre för CT optimal kontakt än icke-optimala touch (pBon = 0,071). Under intervall 3, 5, 6, 7 och 8 var wellpappmaskinen reaktivitet betydligt lägre under CT optimal kontakt än under icke-optimala touch (pBon < 0,034; Figur 5 A). detta mönster var frånvarande i analys av zygomatic reaktivitet (p = 0,83; Figur 5 ( B).

Figure 1
Figur 1 : Exempel på experiment för aktiviteten upplevt Touch. Plats deltagaren framför datorn med sin armen utsträckt sidled, bekvämt vilande på en kudde. Om att få själv rapportera klassificeringar, rekommenderas att tillämpa touch på den arm som inte används för att ge betyg för att undvika potentiella rörelse artefakter från att förorena EMG signalen. Armen bör vara ockluderas från beskåda av den deltagarna35,39, antingen med anpassade glasögon, som ovan, eller använda en gardin avgränsare. Denna siffra är anpassade från Ree et al.32vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Exempel på touch stimuli används i aktiviteten observerade Touch. Observerade touch uppgiften ingår 6 s videor av Beröring till (A) CT-rika arm, (B) CT-saknar palm och (C) icke-socialt tryck på en trä arm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : CT-optimal touch framkallar distinkta svar jämfört med snabbt icke-optimala touch över modaliteter. (A) CT-optimal touch (3 cm/s) är konsekvent rankad som mer behaglig än snabbt icke-optimala touch (30 cm/s) över båda aktiviteterna. Erfarna touch klassas som mest trevliga, följt av sociala (arm, palm) observerade touch, då icke-socialt touch (t.ex. Tryck på en trä arm). (B) CT-optimala tryck (3 cm/s) klassas som mindre intensiv över modaliteter, oavsett modalitet eller socialt innehåll. (C) snabbt icke-optimala touch (30 cm/s) framkallar mer wellpappmaskinen reaktivitet än CT-optimal touch (3 cm/s). Denna skillnad är mest robusta för touch till CT-rika arm. (D) CT-optimal touch (3 cm/s) ökar marginellt zygomatic reaktivitet, även om detta inte når betydelse för modalitet eller läge. Barer och fel barer representerar medelvärdet och standardavvikelsen för medelvärdet; p < 0,05 effekten av hastighet. Denna siffra är anpassade från Mayo et al.31vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : CT-optimal touch (3 cm/s) framkallar distinkta svar jämfört med långsam icke-optimala touch (0.3 cm/s). (A) CT-optimal touch (3 cm/s) klassas som mer behaglig än långsam icke-optimala touch (0.3 cm/s). (B) CT-optimal touch (3 cm/s) klassas som mer intensiv än långsam icke-optimala touch (0.3 cm/s). (C) genomsnittlig wellpappmaskinen reaktivitet som svar på CT-optimal (3 cm/s) reduceras jämfört med långsam icke-optimala (0.3 cm/s). (D) Touch påverkar inte signifikant zygomatic reaktivitet. Barer och felstaplar representera medel och standardavvikelsen för medelvärdet; p < 0,05. Denna siffra är anpassade från Ree et al.32vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 : Wellpappmaskinen Svaren till CT-optimal touch är temporally specifika. (A) när kastas i papperskorgen i intervaller på 700 ms, CT-optimal touch framkallar betydligt mindre wellpappmaskinen reaktivitet. Undantaget är i de första 700 ms, som är förment gratis CT input på grund av dessa unmyelinated afferenter långsammare överledning hastighet. (B) Zygomatic reaktivitet är inte signifikant annorlunda hos svar till optimal eller långsam icke-optimala touch på någon av tidpunkterna. Punkter representerar medel och barer standardfel för medelvärdet. Denna siffra är anpassade från Ree et al.32vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Table 1
Tabell 1: Sammanfattning av experimentell design. Upplevt Touch uppgift Experiment 1, touch levererades på CT-optimal (3 cm/s) eller snabbt icke-optimala (30 cm/s) hastigheter hårig (arm) och glabrous (palm) hud. Den observerade Touch istället ingår videor av touch levereras till armen, palm, eller till en trä arm (t.ex. icke-socialt) vid samma tryck hastigheter. Villkoret ”icke-socialt” ingick att kontrollera för potentiella svar framkallas av lågaktivt periodicitet information kodad i rörelse17, och avgöra relevansen av sociala innehåll38 på betyg och EMG Svaren. Resultaten analyserades med upprepade mätningar variansanalys (ANOVA) med touch hastighet och touch typ som inom-patienter faktorer. En post-hoc-power analys utifrån Experiment 1 tyder minst 22 individer bör ingå för att uppnå liknande effekter. I Experiment 2, touch levererades till armen på CT-optimal (3 cm/s) eller långsam icke-optimala (0.3 cm/s) hastigheter. Touch levererades för totalt 2min, men här rapporterar vi bara om de första 6,3 s för att jämföra resultaten till Experiment 1. Varje hastighet upprepades två gånger. I alla experiment var självrapporterade klassificeringar av affektiva kvalitet (t.ex. trivseln) och diskriminerande aspekter (t.ex. intensitet) bedömt10.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Här rapporterar vi om användningen av facial Elektromyografi (EMG) som en metod att studera affektiva reaktioner observerade och erfarna beröring. Många studier har tidigare fokuserat på användningen av själv rapportera betyg till präglar den affektiva kvaliteten av beröring. Beröring som aktiverar optimalt CT afferenter (t.ex. 1-10 cm/s) är konsekvent rankad som mer behaglig än antingen snabbare eller långsammare touch hastigheter10. Däremot klassificeringar av intensitet verkar spåra med hastighet, med snabbare touch hastigheter betygsatt som mer intensiv, troligen medierad via Aβ fibrer37. Använder två separata datamängder, visar vi att både snabb och långsam icke-optimala touch framkalla robust wellpappmaskinen reaktivitet som dämpas under CT-optimal touch. Sålunda, finner vi att touch som klassas som mindre trevliga (t.ex. icke-optimala touch) ökar också wellpappmaskinen aktivitet, tyder på ökad negativ inverkan. Dessutom finner vi att svaren är likartad i formerna. D.v.s. både observerade och erfarna beröring framkalla liknande facial muskel aktivitet. I båda metoderna var dessa effekter endast signifikant för touch till armen, och inte i handflatan eller en trä arm. Således, medan självrapporterade klassificeringar av erfarna och observerade affektiv beröring är liknande oavsett läge (arm, palm), ansiktsbehandling EMG endast betydligt gör åtskillnad mellan mellan touch hastigheter används på CT-rika armen och inte CT-fiber-saknar handflatan.

Resultaten ytterligare visar att ansiktet EMG temporal känslighet ger inblick i känslomässig bearbetning som inte kan uppnås enbart genom egna uppgifter. Vi hittade nämligen att wellpappmaskinen reaktivitet till CT-optimal touch blir uppenbart på en tidsskala som sammanfaller med kända överledning hastigheter av CT afferenter1,12. Således, i de inledande 700 ms känsel, som tros vara domineras av Aβ aktivering, finns det ingen skillnad i EMG aktivering mellan två touch hastigheterna. Skillnaden mellan CT-optimal och icke-optimala touch blir dock uppenbart efter de första 700 ms, konsekvent med den tidigare rapporterade temporal fördröjningen av CT-afferenter2,12. Facial EMG är därför kunna upptäcka förändringar i affektiva Svaren till tryck som uppstår med en temporal specificitet som sannolikt inte nåbar via muntlig rapportering.

I båda studierna finner vi att CT-optimal och icke-optimala touch kan särskiljas via wellpappmaskinen aktivitet. Dock hittade vi inte en effekt av touch på zygomatic reaktivitet, vilket står i kontrast till tidigare rapporter40. En potentiell orsak till avvikelserna mellan de aktuella data och tidigare fynd inkluderar metodologiska skillnader såsom införandet av en efter touch period i analysen. Således betona vi vikten av metodologiska överväganden såsom längden på de touch stimulering och Inter rättegång intervall när du utformar dessa experiment.

I området i närheten finns det flera faktorer som bör beaktas när man bedömer affektiva reaktioner att röra. Ett potentiellt område av oro är kön av försöksledaren (och thus, retuschör) till det av deltagaren, liksom förhållandet, om någon, mellan de två41. En bör dessutom säkerställa att deltagarna är förhindrade visning av försöksledaren och tryck program, som visuell bearbetning av beröring kan påverka uppfattningen av touch35,39. Det finns också farhågor att väga under uppgift design. Det är exempelvis viktigt att överväga risken för beställning effekter, både när det gäller att röra stimuli presentation (t.ex. diskuteras i42) eller tryck på plats43. Om flera touch upprepningar används, kan en vill variera touch läge för att undvika CT trötthet36. Här, vi använde en borste för att applicera touch att jämföra med tidigare studier17, men det är möjligt att EMG Svaren kan vara olika med mer ekologiskt giltiga metoder (t.ex. touch för hand).

Medan vi tror att användningen av facial EMG kommer vara en stor fördel för fältet av affektiv beröring, finns det begränsningar för denna metod som garanterar ersättning. Utbildning krävs för att lära sig att tillämpa elektroderna korrekt, producerar en ökad belastning på experimenter på början av experimentell planering. Överdriven rörelse, prata eller andra miljöfaktorer som är närvarande under försöket kan orsaka artefakter i EMG-signalen, således begränsa vissa experimentell designfunktioner. Dessutom kan tillämpningen av elektroder i ansiktet framkalla ett försök att urskilja syftet med studien. Som sådan, måste man överväga vilken information att berätta deltagaren om inte bara syftet med experimentet, men också användning av elektroderna under experimentet. I de nuvarande experiment, var deltagarna berättade att syftet med studien var att undersöka beslutsfattande och uppfattningar av olika förnimmelser32 eller reaktioner på sociala interaktioner31. I båda fallen fick deltagarna höra att elektroderna skulle mäta svett och muskel aktivitet och var fullt utfrågad efter ingåendet av experimentet. Dessa farhågor och andra behandlas grundligt i Fridlund och Cacioppo 198634.

Sammanfattningsvis visar vi att ansiktet EMG är en pålitlig, robust och informativ metod för att bedöma den affektiva valencen av taktil stimulering. Denna metod ger en möjlighet att implicit bedöma Svaren till taktil stimulering oberoende av verbala rapporter, banar väg för studier på spädbarn och småbarn, tvärkulturella jämförelser, undersökningar av kliniska tillstånd och andra situationer där semantik och språk annars utesluter vetenskaplig prospektering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att avslöja

Acknowledgments

Författarna är tacksamma mot Dr. Margaret Wardle för hennes enastående utbildning och tekniskt stöd. Detta arbete var delvis finansierad av Vetenskapsrådet grant FYF-2013-687 (IM).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4 mm Ag-AgCl sheilded reusable electrodes Biopac EL654
75 mm goat hair brush IN-EX Color AB 77062 Touch application; https://www.in-exfarg.se
8 mm Ag-AgCl unsheilded reusable electrode Biopac
Acqknowledge software Biopac ACK100W Used for application of filtering steps, analysis
Adhesive collars Biopac ADD204
Cables Biopac BN-EL30-LEAD3; LEAD2 LEAD3 includes ground, LEAD2 is only bipolar recording electrodes
Electro-gel Biopac GEL100
EMG aplifier x 2 Biopac BN-EMG2
El-Prep Biopac ELPREP Facial exfoliant
MP160 data acqusition system Biopac MP160WSW
Presentation software Neurobehavioral systems Task presentation software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Abraira, V. E., Ginty, D. D. The sensory neurons of touch. Neuron. 79, (4), 618-639 (2013).
  2. Olausson, H., Wessberg, J., Morrison, I., McGlone, F., Vallbo, A. The neurophysiology of unmyelinated tactile afferents. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 34, (2), 185-191 (2010).
  3. Gallace, A., Spence, C. The science of interpersonal touch: an overview. Neuroscience and BiobehavioralReviews. 34, (2), 246-259 (2010).
  4. Morrison, I., Loken, L. S., Olausson, H. The skin as a social organ. Experimental Brain Research. 204, (3), 305-314 (2010).
  5. Morrison, I., et al. Reduced C-afferent fibre density affects perceived pleasantness and empathy for touch. Brain: A Journal of Neurology. 134, Pt 4 1116-1126 (2011).
  6. Olausson, H., et al. Unmyelinated tactile afferents signal touch and project to insular cortex. Nature Neuroscience. 5, (9), 900-904 (2002).
  7. Croy, I., Sehlstedt, I., Wasling, H. B., Ackerley, R., Olausson, H. Gentle touch perception: From early childhood to adolescence. Developmental Cognitive Neuroscience. (2017).
  8. Croy, I., Geide, H., Paulus, M., Weidner, K., Olausson, H. Affective touch awareness in mental health and disease relates to autistic traits - An explorative neurophysiological investigation. Psychiatry Research. 245, 491-496 (2016).
  9. Crucianelli, L., Cardi, V., Treasure, J., Jenkinson, P. M., Fotopoulou, A. The perception of affective touch in anorexia nervosa. Psychiatry Research. 239, 72-78 (2016).
  10. Loken, L. S., Wessberg, J., Morrison, I., McGlone, F., Olausson, H. Coding of pleasant touch by unmyelinated afferents in humans. Nature Neuroscience. 12, (5), 547-548 (2009).
  11. Ackerley, R., et al. Human C-Tactile Afferents Are Tuned to the Temperature of a Skin-Stroking Caress. The Journal of Neuroscience. 34, (8), 2879-2883 (2014).
  12. Ackerley, R., Eriksson, E., Wessberg, J. Ultra-late EEG potential evoked by preferential activation of unmyelinated tactile afferents in human hairy skin. Neuroscience Letters. 535, 62-66 (2013).
  13. Morrison, I. ALE meta-analysis reveals dissociable networks for affective and discriminative aspects of touch. Human Brain Mapping. 37, (4), 1308-1320 (2016).
  14. Case, L. K., et al. Encoding of Touch Intensity But Not Pleasantness in Human Primary Somatosensory Cortex. The Journal of Neuroscience. 36, (21), 5850-5860 (2016).
  15. Case, L. K., et al. Touch Perception Altered by Chronic Pain and by Opioid Blockade. eNeuro. 3, (1), (2016).
  16. Davidovic, M., Starck, G., Olausson, H. Processing of affective and emotionally neutral tactile stimuli in the insular cortex. Developmental Cognitive Neuroscience. (2017).
  17. Morrison, I., Bjornsdotter, M., Olausson, H. Vicarious responses to social touch in posterior insular cortex are tuned to pleasant caressing speeds. The Journal of Neuroscience. 31, (26), 9554-9562 (2011).
  18. Nisbett, R. E., Wilson, T. D. Telling more than we can know: Verbal reports on mental processes. Psychological Review. 84, (3), 231-259 (1977).
  19. Sato, H., Kawahara, J. Selective bias in retrospective self-reports of negative mood states. Anxiety, Stress, and Coping. 24, (4), 359-367 (2011).
  20. Robinson, M. D., Clore, G. L. Belief and feeling: evidence for an accessibility model of emotional self-report. Psychological Bulletin. 128, (6), 934-960 (2002).
  21. Cascio, C. J., et al. Perceptual and neural response to affective tactile texture stimulation in adults with autism spectrum disorders. Autism Research. 5, (4), 231-244 (2012).
  22. Tager-Flusberg, H., Paul, R., Lord, C. Language and communication in autism. Handbook of Autism and Pervasive Developmental Disorders. 1, 335-364 (2005).
  23. Lang, P. J., Greenwald, M. K., Bradley, M. M., Hamm, A. O. Looking at pictures: affective, facial, visceral, and behavioral reactions. Psychophysiology. 30, (3), 261-273 (1993).
  24. Rozga, A., King, T. Z., Vuduc, R. W., Robins, D. L. Undifferentiated facial electromyography responses to dynamic, audio-visual emotion displays in individuals with autism spectrum disorders. Developmental Science. 16, (4), 499-514 (2013).
  25. Joussain, P., Ferdenzi, C., Djordjevic, J., Bensafi, M. Relationship Between Psychophysiological Responses to Aversive Odors and Nutritional Status During Normal Aging. Chemical Senses. 42, (6), 465-472 (2017).
  26. Horio, T. EMG activities of facial and chewing muscles of human adults in response to taste stimuli. Perceptual and Motor Skills. 97, (1), 289-298 (2003).
  27. Tassinary, L. G., Cacioppo, J. T., Vanman, E. J. Handbook of Psychophysiology. Berntson, L. G., Cacioppo, J. T., Tassinary, L. G. Cambridge University Press. Cambridge, UK. 267-300 (2007).
  28. Larsen, J. T., Norris, C. J., Cacioppo, J. T. Effects of positive and negative affect on electromyographic activity over zygomaticus major and corrugator supercilii. Psychophysiology. 40, (5), 776-785 (2003).
  29. Dimberg, U., Thunberg, M., Grunedal, S. Facial reactions to emotional stimuli: Automatically controlled emotional responses. Cognition and Emotion. 16, (4), 449-471 (2002).
  30. Dimberg, U., Thunberg, M., Elmehed, K. Unconscious facial reactions to emotional facial expressions. Psychological Science. 11, (1), 86-89 (2000).
  31. Mayo, L. M., Lindé, J., Olausson, H., Heilig, M., Morrison, I. Putting a good face on touch: Facial expression reflects the affective valence of caress-like touch across modalities. Biological Psychology. (2018).
  32. Ree, A., Mayo, L. M., Leknes, S., Sailer, U. Touch targeting C-tactile afferent fibers has a unique physiological pattern: a combined electrodermal and facial electromyography study. Biological Psychology. (2018).
  33. Kreuder, A. K., et al. How the brain codes intimacy: The neurobiological substrates of romantic touch. Human Brain Mapping. 38, (9), 4525-4534 (2017).
  34. Fridlund, A. J., Cacioppo, J. T. Guidelines for human electromyographic research. Psychophysiology. 23, (5), 567-589 (1986).
  35. Tipper, S. P., et al. Vision influences tactile perception without proprioceptive orienting. Neuroreport. 9, (8), 1741-1744 (1998).
  36. Vallbo, ÅB., Olausson, H., Wessberg, J. Unmyelinated Afferents Constitute a Second System Coding Tactile Stimuli of the Human Hairy Skin. Journal of Neurophysiology. 81, (6), 2753-2763 (1999).
  37. Triscoli, C., Olausson, H., Sailer, U., Ignell, H., Croy, I. CT-optimized skin stroking delivered by hand or robot is comparable. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 7, 208 (2013).
  38. Croy, I., et al. Interpersonal stroking touch is targeted to C tactile afferent activation. Behavioural Brain Research. 297, 37-40 (2016).
  39. Keizer, A., de Jong, J. R., Bartlema, L., Dijkerman, C. Visual perception of the arm manipulates the experienced pleasantness of touch. Developmental Cognitive Neuroscience. (2017).
  40. Pawling, R., Cannon, P. R., McGlone, F. P., Walker, S. C. C-tactile afferent stimulating touch carries a positive affective value. PloS One. 12, (3), 0173457 (2017).
  41. Scheele, D., et al. An oxytocin-induced facilitation of neural and emotional responses to social touch correlates inversely with autism traits. Neuropsychopharmacology. 39, (9), 2078-2085 (2014).
  42. Ackerley, R., Saar, K., McGlone, F., Backlund Wasling, H. Quantifying the sensory and emotional perception of touch: differences between glabrous and hairy skin. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, (34), (2014).
  43. Loken, L. S., Evert, M., Wessberg, J. Pleasantness of touch in human glabrous and hairy skin: order effects on affective ratings. Brain Research. 1417, 9-15 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics