Summary

Ved hjælp af Facial Elektromyografi at vurdere Facial muskel reaktioner til erfarne og observerede affektive Touch hos mennesker

Published: March 15, 2019
doi:

Summary

Vi beskriver en protokol for at vurdere facial muskel aktivitet i svar til erfarne og observerede taktil stimulation ved hjælp af facial Elektromyografi.

Abstract

“Affektive” touch menes at blive behandlet på en måde adskiller sig fra diskriminerende touch og inddrage aktivering af C-taktile (CT) afferente fibre. Touch, der optimalt aktiverer CT fibre er konsekvent vurderet som hedonically behageligt. Patientgrupper med nedsat social-emotionel funktion også vise uordnede affektive touch ratings. Imidlertid har afhængige af selvrapporterede ratings af touch mange begrænsninger, herunder hjemkalde bias og meddelelse barrierer. Her, beskriver vi en metodisk tilgang til at studere affektive reaktioner at røre via ansigtet Elektromyografi (EMG), der omgår afhængigheden af selvrapportering ratings. Facial EMG er en objektiv, kvantitativ, og ikke-invasiv metode til at måle facial muskel aktivitet vejledende af affektive reaktioner. Svar kan vurderes på tværs af sund og patient befolkninger uden behov for verbal kommunikation. Vi giver her, to separate datasæt viser, at CT-optimal og ikke-optimal touch fremkalde forskellige facial muskel reaktioner. Derudover er facial EMG svar konsekvent på tværs af stimulus modaliteter, fx taktile (erfarne touch) og visual (observerede touch). Endelig kan den tidsmæssige opløsning af facial EMG registrere svar på tidsskalaer, der erstatter de verbale rapportering. Sammen, tyder vores data på, at ansigtet EMG er en velegnet metode til brug i affektive taktile forskning, der kan bruges til at supplere, eller i nogle tilfælde kan fortrænge, eksisterende foranstaltninger.

Introduction

C-taktile (CT) afferenter foreslås at formidle den affektive komponent af touch, som kan skelnes fra de diskriminerende aspekter af touch behandlet via Aβ fibre1,2. CT-medieret affektive touch menes at spille en integrerende rolle i sociale affiliative adfærd3, fører til “hud som en social orgel” hypotese4. Fysiske5,6, udviklingsmæssige7og psykiatriske8,9 faktorer kan påvirke CT-medieret touch behandling. Således, om oprettelse af et objektivt mål for at kvantificere affektive reaktioner på CT-relevante touch er kritisk at muliggøre sammenligninger på tværs af befolkningsgrupper.

I de seneste år, er meget indsigt opnået med hensyn til de særlige kendetegn ved CT afferenter. Disse unmyelinated afferenter demonstrere en omvendt U-formet affyring frekvens, med hastigheder på 1-10 cm/s (“CT-optimal”) fremkalde den største frekvens og både større (“fast ikke-optimal”) eller mindre (“langsom ikke-optimal”) hastigheder fremkalde reduceret fyring10. CT affyring frekvens korrelerer med selvrapporterede ratings af touch “behagelighed”, producerer en tilsvarende omvendt U-formet kurve i behagelighed ratings10. Derudover reagere CT-afferenter også mest håndfast på stimuli tæt på hudens temperatur11. Disse fibre også vise forskellige varmeledning hastigheder. De unmyelinated CT afferenter er langsommere2 og dermed volley af afferente input til cortex viser en tidsmæssig forsinkelse i forhold til hastighed hurtigere, myelinerede Aβ fibre1,12. Affektive og diskriminerende touch kan også skelnes på et neuralt niveau. Mens begge typer af touch aktivere overlappende somatosensoriske områder, er affektive touch mere tilbøjelige til at aktivere den posteriore insula, mens diskriminerende touch aktiveres sensorimotor områder13,14,15 , 16. denne aktivering mønster er overensstemmelse om touch er direkte oplevet eller blot observeret17, foreslår at affektive touch er ikke bare en “bottom-up” proces drevet af fysisk aktivering af CT afferenter, men også involverer ” top-down”integration af multimodale sensorisk forarbejdning.

Situationer, i hvilke CT forarbejdning er mangelfuld eller ellers atypiske har også givet indsigt i disse afferenter funktionel betydning. I en unik patientgruppe med en arvelige mutation der påvirker nerve vækstfaktor β-genet, er der en reduktion i tætheden af tynd og unmyelinated nerve fibre, herunder CT afferenter. Sammenlignet med raske kontrolpersoner, disse patienter rapport touch på CT-optimale hastigheder som mindre behagelige5. Converse scenario er også rigtigt; patienter, som mangler myelinerede Aβ-fibre er i stand til at bevare en svag fornemmelse af behagelige touch båret af de stadig intakte CT afferenter6. Unormal affektive touch behandling er ikke kun begrænset til forekomster af fysiske ændringer i CT-afferenter. På tværs af patient og sunde befolkninger rapporterede de højere på spektret af autistiske træk reduceret behagelighed ratings af touch8. Psykiatriske patienter viser også reduceret hedonistiske ratings af affektive touch, med en historie om barndom mishandling som en af de mest konsistente prædiktorer for dysregulated affektive touch bevidsthed8. Dysregulering i CT-baseret affektive touch system i anorexia nervosa er også blevet rapporteret9. Således er både fysiske og psykiske faktorer kan påvirke affektive touch behandling, og som sådan, er det nødvendigt at fastlægge metodologier, som kan anvendes til alle personer på en retfærdig og sammenlignelig måde.

Indsigt i normo-typisk og dysregulated affektive behandling har mulighed for at give et mere nuanceret billede af mange patientgrupper. En potentiel begrænsning af affektive touch forskning er imidlertid nødvendigheden af selvrapporterede ratings. Til tider selvrapportering kan være upålidelige18 og emne til minde om bias19. Undersøgelser af selvrapportering kan psykologisk fjerne en deltager fra den aktuelle indstilling, begrænse den økologiske gyldigheden af svar og fjerne dem tidsligt fra erfaring20. Selvrapportering bygger desuden på en fast forståelse af sprog og semantik, hvilket gør tværkulturelle og udviklingshæmmede forskelligartede (fx spædbørn og buksetrold-alderen enkeltpersoner) sammenligninger udfordrende. For eksempel personer med en autisme spektrum diagnose ofte vise særskilt adfærdsmæssige reaktioner på touch21, men kan også have problemer med at kommunikere verbalt22. Således, at finde ikke-invasive metoder til at måle svar at røre, at omgå en afhængighed af selvrapportering kan oversætte, i det mindste til en bedre forståelse af mekanismerne af affektive touch, og på de fleste, nye indsigter i dysregulering af social behandling i patientgrupper.

Facial Elektromyografi (EMG) er en egnet kandidat til at objektivt vurdere affektive reaktioner at røre. Det har været brugt til at måle valence-specifikke reaktioner til visuelle23, audiovisuelle24, olfaktoriske25og gustatoriske26 stimuli. Facial EMG er en sikker og ikke-invasiv metode består af overflade elektroder, der overholder ansigt27. Disse overflade elektroder optage facial muskel aktivitet kontinuerligt i realtid med tid skala følsomhed i snesevis af millisekunder. Af særlig interesse er de corrugator supercilii (“corrugator”), som aktiveres, når furrowing panden og slapper af under et smil. Som følge heraf corrugator aktivitet har en lineær sammenhæng med affektive valence, med øget respons på negative stimuli og nedsat aktivitet som reaktion på positive stimuli28. Endvidere, den zygomaticus store (“zygomatic”) er den muskel aktiveres som hjørner af munden trække op i et smil. Den zygomatic viser en “J-formede” aktivering mønster med positive stimuli fremkalde den største reaktion, og de mest negative stimuli fremkalde en større reaktion end neutral stimuli28. Facial EMG optagelser af disse muskler kan endnu iagttages, når stimuli præsenteres bevidsthed eller når enkeltpersoner udtrykkeligt forsøger at undertrykke deres reaktioner29,30. Vigtigere, kan facial EMG bruges alene eller i kombination med selvrapportering ratings eller andre fysiologiske optagelser. Det er således en ideel metode til at vurdere affektive reaktioner til taktil stimulation31,32.

I sum, kan facial EMG kombineres med selvrapportering ratings til at bestemme, hvordan CT-optimal taktil stimulering påvirker ansigtet muskel aktivitet som en potentiel indikator for affektive reaktion. Man kan drage fordel af hastighed-afhængige fyring hyppigheden af CTs at anvende touch på CT-optimal og ikke-optimal hastigheder, og touch kan anvendes både til CT-rige arm og derfor CT-mangler palm. Kan foretages sammenligninger på tværs af metoder til at bestemme, om affektive reaktioner at røre kræver direkte stimulering eller kan være fremkaldt via simpel observation, tyder på fælles behandling på tværs af sensoriske modaliteter. Endelig, ved oprettelse af facial EMG som en velegnet metode til at studere affektive reaktioner på affektive touch, forskere kan derefter udforske hvordan affektive touch behandling kan være påvirket af forskellige indgreb (fx drug administration, og stress eksponering ), hvordan det ændrer hele udvikling7, hvordan det påvirkes af forholdet mellem interactants33, og om det er dysregulated i kliniske populationer8.

Protocol

Denne protokol er baseret på Mayo et al.31 (eksperiment 1) og Ree et al.32 (eksperiment 2). Etisk godkendelse blev givet af den regionale etiske Review Board, Linköping, Sverige (eksperiment 1) og den lokale etiske udvalg på Institut for psykologi, universitetet i Oslo, Norge (eksperiment 2). 1. deltager Screening og forberedelse Rekruttere deltagere, der mangler taktile eller ukorrigeret synsforstyrrelser og er fri for enhver neurol…

Representative Results

CT-optimal touch fremkalder forskellige EMG svar i forhold til hurtig ikke-optimal touch på tværs af modaliteterDet første eksperiment behandlet om differentieret EMG reaktivitet kan påvises i svar på CT-optimal (3 cm/s) og hurtig ikke-optimal (30 cm/s) taktil stimulation, der var direkte erfarne (figur 3) eller blot observerede (figur 2 og figur 3)31…

Discussion

Her, rapport vi om brugen af facial Elektromyografi (EMG) som en metode til at undersøge affektiv svar til observerede og erfarne touch. Tidligere har mange undersøgelser fokuseret på brugen af selvrapportering ratings til at karakterisere den affektive kvaliteten af touch. Touch, der optimalt aktiverer CT afferenter (f.eks. 1-10 cm/s) er konsekvent vurderet som mere behageligt end enten hurtigere eller langsommere touch hastigheder10. Derimod ratings af intensitet synes at spore med hastighed,…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne er taknemmelige for Dr. Margaret Wardle hendes usædvanlige uddannelse og teknisk bistand. Dette arbejde var delvis finansieret af svenske Forskningsråd grant FYF-2013-687 (IM).

Materials

4mm Ag-AgCl sheilded reusable electrodes Biopac EL654
75mm goat hair brush IN-EX Color AB 77062 Touch application; https://www.in-exfarg.se
8mm 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

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, 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., Berntson, L. G., Cacioppo, J. T., Tassinary, L. G. . Handbook of Psychophysiology. , 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, &. #. 1. 9. 7. ;. B., 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).

Play Video

Citer Cet Article
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).

View Video