JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Мульти-модальных сигналы для анализа боли реакции на раздражители, тепловой и электрической

Published: April 05, 2019
doi:
10.3791/59057
, , , , , ,
1Department of Medical Psychology,Ulm University, 2Department of Individual Differences and Psychological Assessment,Ulm University, 3Department of Neuro-Information Technology,University of Magdeburg

Summary

Эта статья посвящена экспериментальная выхода боли через тепла (тепловой) и электрической стимуляции во время записи физиологических, визуальные и паралингвистическими ответы. Она направлена на сбор действительный смешанных данных для анализа боль, основанный на его интенсивности, качества и продолжительности.

Abstract

Оценки боли в основном зависит от методов, которые требуют человек общаться. Однако для людей с нарушениями когнитивных и словесные, существующие методы не являются достаточными, поскольку им не хватает надежности и достоверности. Для решения этой проблемы, недавние исследования фокусируется на оценку объективной боль облегчается параметров ответов, полученных от физиологии и видео и аудио сигналов. Для разработки систем распознавания надежный автоматизированный боль, были предприняты усилия в создании смешанных баз данных с целью анализа боль и обнаружить шаблоны действительно боль. Хотя результаты являются многообещающими, они только сосредоточиться на дискриминацию боль или интенсивности боли и без боли. Для того, чтобы продвинуться вперед, исследования следует также учитывать качество и продолжительность боли как они обеспечивают дополнительную ценную информацию для более тонкого управления боли. Для дополнения существующих баз данных и анализа боли относительно качества и длины, в настоящем документе предлагается психофизиологических эксперимент, чтобы выявить, измерить и собирать действительный боли реакции. Участники подвергаются болезненные стимулы, которые отличаются в интенсивности (низкий, средний и высокий), длительность (5 s / 1 мин) и модальности (тепла / электрические боль) при аудио, видео (например, мимики, жестов тела, температура кожи лица) и физиологических сигналов (например, ЭКГ [ECG], кожи проводимости уровня [Вероятности], лица электромиографии [ГРП] и ГРП м. трапециевидная) записываются. Исследование состоит из этапа калибровки для определения диапазона индивидуальных боль субъекта (от низкого до невыносимой боли) и фазу стимуляции, в котором боль раздражителей, в зависимости от диапазона калиброванные, применяются. Полученные данные позволяют переработки, совершенствования и оценки систем автоматизированного распознавания с точки зрения оценки объективных боль. Для дальнейшего развития таких систем, а также для изучения боли реакции более подробно, дополнительные боль такие механизмы, как давление, химические, или холодная боль должны включаться в будущих исследованиях. Записанные данные этого исследования будет выпущен как «X-ITE база данных боль».

Introduction

Боль является очень личным и неприятное ощущение, что воспринимается по-разному каждый. Она длится от секунд до месяцев и может варьироваться в его качества (пульсирующая, острые, сжигание, и т.д.). Если лечить неадекватно, боли влияет на физические и психологические функции организма, снижает качество жизни и несет риск стать хроническим заболеванием. В клинической помощи точной оценки интенсивности боли и качество очень важна для обеспечения успешного боль управления1,2. Золотой стандарт методов для оценки боли, такие как визуальных аналоговых шкал (VAS), числовой шкале (NRS) или МакГилл боль вопросник3, полагаются на самостоятельно сообщает пациентов и, таким образом, работают только с достаточно познавательно и устно ненарушенный лиц. Следовательно все те установлено, что методы не хватает надежности и достоверности, когда речь заходит о новорожденных4, бреду, снотворным, седативных, или вентилируемые пациентов5или людей, страдающих от слабоумия6,7. В дополнение к или как альтернатива самоотчета весы в последние годы были разработаны методы для оценки боли через наблюдением квалифицированного персонала (например, Цюрих наблюдения боль оценки8 или аббатство боль масштабе9). Тем не менее даже эти инструменты страдают от ограничений в надежности и достоверности, как даже обученные рейтинговых агентств не гарантирует объективную оценку. Кроме того приложение часто занимает слишком много времени для клинического персонала, когда боль оценки должно быть сделано на регулярной основе.

Несколько исследовательских групп были сосредоточены на разработке автоматизированных боль, признавая систем, которые позволяют для измерения боль средствами физиологических, визуальных, или сигнал паралингвистическими устанавливает как новые подходы для оценки и мониторинга боль и его интенсивности объективно. Предыдущие исследования показывают обнадеживающие результаты в области обнаружения и дифференцировать боль10,11,12,13,16,17,18 или взыскательные боль от основные эмоции14,15 , основанный исключительно на одном из сигнала задает10,11,12,13,14, 15 а также на комбинации/фьюжн16,17,19 наборов. Вышеуказанные условия почти самостоятельно реагировать на стрессовые раздражители, такие как боль. Их использование имеет то преимущество, что они не требуют способности лица сообщать о своей боли. Такие лица значительно выиграют от системы распознавания объективной боль, которая включает в себя такие механизмы. Наборы данных, состоящий из реакций к крупномасштабному боли предоставляют ценную информацию для анализа шаблонов боль и разработки практических приложений для обнаружения и мониторинга боли. Среди прочего, Walter et al.20 «BioVid тепла боль база данных создана», смешанных базы данных, которая является общедоступной и предоставляет данные из короткое время индуцированной болезненные тепловых раздражителей и соответствующие Психофизиологические и визуальной реакции. Базе «SenseEmotion» Velana et al.21 включает биосигналов, видео и паралингвистическими информацию из добровольцев, пострадавших от боли фазовые тепла и эмоциональный стимул.

Хотя эти базы данных являются хорошо подходит для изучения боли реакции, они главным образом основаны на одной модели конкретных боли. Боль отличается в его качества (предположительно, в зависимости от модели боль) и его продолжительности, он также может отличаться в его физиологические, визуальные, а паралингвистическими коррелирует. Для лучших авторов знаний, которые объединить два или несколько моделей боли и меняться боль раздражителей в интенсивности и продолжительности для того, чтобы не только обнаружить шаблоны боли, но также различать качества боли существуют не смешанных исследования или баз данных.

Этот документ предоставляет протокол о том, как проводить сложные психофизиологические эксперимент вызывают боль и одновременно записывать физиологической реакции (например, ЭКГ, ГРП скуловой Musculus трапециевидная, гофроагрегат superciliiи Основные, SCL) (например, мимики, жестов тела, температура кожи лица) видео и аудио данных. Участники стимулируются с коротким (фазовые) и дольше (тоник) тепловые и электрические боль раздражителей, которые отличаются в интенсивности. На этапе калибровки до эксперимента определяет боли пороговые значения для каждого предмета индивидуально.

Исследование направлено на сбор смешанных данных для изучения боли (выкройки) относительно интенсивности, качества и длины с помощью статистических методов, алгоритмы машинного обучения и т.д. Кроме того уже собранных данных, как планируется, будет опубликован для целей научных исследований под названием «X-ITE (Experimentally яnduced Thermal и Electrical) боль базы данных». Это может расширить существующие базы данных, например BioVid тепла боль и SenseEmotion20,21и способствовать дальнейшего развития, совершенствования, и/или оценки систем распознавания автоматизированных боль в вопросах действительности, надежность и в реальном времени признания.

Остальная часть документа организуется следующим образом. Протокол описывает боль заключения исследования шаг за шагом. Затем представитель результаты представлены результаты эксперимента. Наконец обсуждение охватывает важнейшие шаги, ограничения и преимущества исследования последовали предложения для будущих расширений.

Protocol

Исследование было проведено в соответствии с этические принципы, изложенные в мире медицинской ассоциации Хельсинкской декларации (Этический Комитет официальное утверждение было предоставлено: 196/10-UBB/bal) и одобрен Комитетом по этике (Университета Ульм Helmholtzstraße 20, 89081 Ульм, Германия). 1. при условии набора и отбора Набираем равное количество здоровых испытуемых женского и мужского пола от 18 до 50 лет через плакаты, раздаточные материалы, рекламу в местной прессе и социальных средств массовой информации для достижения главным образом общего образца. Рекламировать научные выгоды исследования и предлагать денежную компенсацию. Предоставить номер телефона или адрес электронной почты для получения дополнительной информации.Примечание: Возрастных эффектов в болевой чувствительности являются также сообщил22 и должен рассматриваться в выборки. Чтобы избежать смешанные результаты с возрастом эффекты, мы выбираем младшая группа рассмотрела Лаутенбахер et al.22. Исключить потенциальных субъектов, которые отвечают любому из следующих критериев: страдает от хронической боли, депрессия или история психических расстройств; неврологические заболевания, синдром головной боли или сердечно-сосудистых заболеваний; регулярно принимать обезболивающее или использовать обезболивающие непосредственно перед экспериментом. 2. Общая подготовка эксперимента выхода боль Примечание: Эксперимент выхода боли состоит из двух височно последовательных частей: калибровка и часть на боль стимуляции. Калибровка часть определяет участника отдельных болевой порог и уровень терпимости боли с точки зрения тепловые и электрические стимулы. Боль стимуляции часть выполняет индукции боль, с учетом индивидуальных пороговых значений. Каждая часть эксперимента происходит в другой комнате: калибровка и экспериментальной номере. Номер калибровки также служит мониторинга комнату для экспериментатора во время стимуляции боль части (см. Рисунок 1). Рисунок 1 : Схематическое представление номер установки. В правой части показывает калибровки/мониторинга комнату, где проходит калибровка часть. Позднее он также служит сигнал мониторинга номер во время боль стимуляции, который соответствует части калибровки. Левой стороне показывает экспериментальной комнату, где часть стимуляции боль проходит. Обе комнаты соединены каналом трубы, который термодатчика, электроды кабель Электростимуляторы и компьютерных проводов может быть передан через. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Добро пожаловать прибывающих субъекта и привести его в комнату калибровки. Участник подробно информировать о 3 h эксперимент и возможность прекращения в любое время без каких-либо негативных последствий. Получения письменного информированного согласия для эксперимента и письменное подтверждение, что ни одно из исключений, которые применяются критерии. Подготовьте чек и денежной компенсации. Использование маркировки CE стимуляторы, которые позволяют за склонение высоко контролируемых тепловых и электрических раздражителей. Используйте аналого цифровые преобразователи, которые преобразуют аналоговый тепловые и электрические стимулы в цифровые сигналы для захвата. Включите ИК и Электростимуляторы. Для калибровки и основная часть эксперимента использовать соответствующее программное обеспечение, которое позволяет ручной или автоматический запуск тепловых и электрических раздражителей. Запустите программное обеспечение тепловой и электрической стимулятор. Подготовьте карандаша и бумаги, чтобы записать раздражители интенсивности и соответствующего интенсивности боли, сообщил участник. Пусть спокойно сесть на стул с подлокотниками, правосторонняя субъекта. Место печатных рейтинговой шкале, идя от 0 до 100 с шагом 5 с, на левом, якорь точки 0/нет боли и справа, якорь точки 100/нестерпимую боль перед предметом. Поручить тему устно оценить интенсивность боли стимул сразу, когда просят сделать это, используя шкалу предусмотрено. Точно Объясните, что только в нулевое значение означает «без боли» при 100 равна стимул, который нельзя мириться больше.Примечание: В этом исследовании, «боль терпимости» понимается как интенсивности стимула, что субъект не может нести больше, смысл здесь: не можем терпеть больше. Таким образом узловую точку 100 помечен как невыносимая боль, в отличие от численного рейтинг шкала, используемая в клинической практике. 3. Калибровка электрических болевой порог и терпимости (части 1 и 2) Примечание: Только одном экспериментатор должен проводить часть калибровки для сведения к минимуму социальных последствий на болевой чувствительности. Выберите экспериментатора с того же пола как участник для сведения к минимуму воздействия кросс пола на боль чувствительность23. Часть 1 определяет порог боли и терпимости с точки зрения короткий (фазовые) электрические стимулы и часть 2 с точки зрения более прочного электрические стимулы (тоник). Эти ценности служат в качестве основы для расчета фазовые и тоник электрические боль раздражителей применяется в части стимулирования боль. Очистите кожу участника правом индекса и средний палец с спиртового раствора. Поместите один одноразовые Ag/AgCl электродов (кожи контакт размер: 34 мм в диаметре) на верхней стороне промежуточной фаланги правой указательный палец (анод) и еще один на верхней стороне проксимальной фаланги среднего пальца правой (катод). Соединить Электростимуляторы электродов. Спросите вопрос комфортно отдохнуть их правую руку на подлокотнике и предоставлять им с инструкциями для следующей процедуры.Примечание: Вот пример того, как разработать инструкцию для электрической калибровки часть 1: «вы собираетесь испытать короткий электрические стимулы различной интенсивности. Мы начнем с очень низкой интенсивности. Во-первых вам необходимо указать в первый раз, вы чувствуете боль. Это будет ваш «порог боли». Чтобы определить этот порог, я начну электрические стимул, и незадолго до того, как она заканчивается, я собираюсь сказать «Сейчас». Когда это произойдет, вы должны немедленно сообщить ли стимул был болезненным или не рейтинг по шкале от нуля до ста. Если стимул не было больно, сообщите «0». Тогда я пойду повышенной интенсивности. После первого доклада число больше нуля я снизит интенсивность несколько уровней и мы повторить всю процедуру, до тех пор, пока вы указываете число больше нуля снова. Мы делаем это, чтобы проверить порог боли. После этого я постепенно увеличить интенсивность до точки, где вы стимул с «Сто», это означает что вам нельзя терпеть или стоять боли больше. Это будет ваш «уровень терпимости боли». Опять же чтобы проверить этот уровень, я вернусь через несколько уровней, и мы будем повторять процедуру до отчет «Сто» во второй раз. Как только вы говорите «Сто», я немедленно остановит стимул.» Начать электрическая калибровка часть 1 , начав стимул 0,5 мА (400 V) с длительностью 5 s, нажав кнопку Пуск Электростимуляторы (программное обеспечение).Примечание: Каждый электрические стимул электрическая калибровка часть 1 имеет продолжительность 5 s. Стимул состоит из 100 одного электрического тока продолжительностью в 2 мс, каждый поровну распределены над 5 s.Предупреждение: Электрическая калибровка всегда начинается с 0,5 мА и имеет частоту среза на 25 мА во избежание бессознательного и угрожающих ситуациях жизни. «Сейчас» говорят на 4 второго стимула. Запишите число докладов тема для соответствующего интенсивности стимула. Провести пауза 10 s длиной. Если предметом сообщает нулевой, увеличьте интенсивность 0,5 мА, начало стимул, и вернуться к шагу 3.4. В противном случае, уменьшить интенсивность 1,5 мА (минимум: 0.5 мА), начало стимул и вернуться к шагу 3.4. Когда предметом сообщает число больше нуля во второй раз, вычислить среднее двух интенсивности соответствует нулю, запишите его и пометить его как «фазовые электрические порог боли» (pEPTh). Позже перейдите к шагу 3.6. Увеличить интенсивность тока 0,5 мА и начало стимул. «Сейчас» сказать после 4 s от начала стимула. Запишите число докладов тема для соответствующего интенсивности стимула. Пауза для 10 s. Если предметом сообщает значение меньше 100, увеличьте интенсивность 0,5 мА, начало стимул, и вернуться к шагу 3.7. В противном случае, уменьшить интенсивность 1,5 мА (минимум: 0.5 мА), начало стимул и вернуться к шагу 3.7. Когда предметом сообщает 100 во второй раз, вычислить среднее двух интенсивности, соответствующей 100, запишите его и пометить его как «фазовые электрические боли терпимости» (pEPTo). Продолжите выполнение шага 3.9. Информировать участника о второй части электрической калибровки.Примечание: Это возможно Инструкция для электрической калибровки часть 2: «снова начинаем с низкой интенсивностью, но на этот раз, стимул будет больше. Я собираюсь сказать «Сейчас» два раза, сразу после начала и незадолго до окончания стимула. Каждый раз, когда я говорю «Сейчас», вы докладе ряд как вы сделали в первой части. После первого доклада число больше нуля я снизит интенсивность несколько уровней и мы повторить всю процедуру для целей проверки, до тех пор, пока вы указываете число больше нуля снова. После этого я постепенно увеличить интенсивность до точки, где вы оцениваете стимул с «Сто». Опять же чтобы проверить этот порог, я вернусь через несколько уровней, и мы будем повторять процедуру до отчет «Сто» во второй раз. Как только вы говорите «Сто», я немедленно остановит стимул.» Начать электрическая калибровка часть 2 , начав стимул 0,5 мА (400 V) с длительностью 10 s, нажав кнопку Пуск Электростимуляторы (программное обеспечение).Примечание: Каждый электрические стимул электрическая калибровка часть 2 имеет длительность 10 s. Стимул состоит из 200 один током 2 мс продолжительность каждого, одинаково распределены по 10 s. «Сейчас» сказать после 1 s от начала стимула. Запишите число докладов тема для соответствующего интенсивности стимула. Скажите «Сейчас» 1 s перед стимул заканчивается и, опять же, запишите номер тема теперь сообщает для соответствующего интенсивности стимула. Пауза для 10 s. Если оба субъекта докладов равны нулю, увеличьте интенсивность 0,5 мА, начало стимул, и вернуться к шагу 3.11. В противном случае, уменьшить интенсивность 1,5 мА (минимум: 0.5 мА), начало стимул и вернуться к шагу 3.11. Когда предметом сообщает число больше нуля во второй раз, вычислить среднее двух интенсивности соответствует нулю, запишите его и пометить его как «тоник электрические порог боли» (tEPTh). Позже перейдите к шагу 3.13. Увеличить интенсивность тока 0,5 мА и начало стимул. «Сейчас» сказать после 1 s от начала стимула. Запишите число докладов тема для соответствующего интенсивности стимула. Скажите «Сейчас» 1 s до окончания стимул. Опять же запишите номер тема теперь сообщает для соответствующего интенсивности стимула. Пауза для 10 s. Если оба субъекта докладов ниже 100, увеличить интенсивность 0,5 мА, начало стимул и повторите шаги 3.14\u20123.15. В противном случае если любого из темы докладов точно 100, уменьшить интенсивность 1,5 мА (минимум: 0.5 мА), начало стимул и повторите шаги 3.14\u20123.15. Когда предметом сообщает 100 во второй раз, вычислить среднее двух интенсивности соответствует 100, запишите его и пометить его как «тоник электрические терпимости боли» (tEPTo). Затем продолжите выполнение шага 3.16. Отключите электроды от Электростимуляторы и удалить оба Ag/AgCl электродов от участника пальцев. Очистите пальцы с спиртового раствора, чтобы смыть остатки геля электрода. 4. Калибровка теплового болевой порог и терпимости (части 1 и 2) Примечание: Калибровка теплового боль делится на две части. Часть 1 определяет порог боли и терпимости с точки зрения короткий (фазовые) тепловых раздражителей и часть 2 делает это с точки зрения более прочного тепловых раздражителей (тоник). Эти ценности служат основой для расчета фазовые и тоник тепловой боль раздражителей во время стимуляции часть боли. Применить термодатчика 30 x 30 мм на верхней стороне субъекта правого предплечья, примерно 30 мм Проксимальнее запястья, ремень крючок и петля крепления. Задать тему, чтобы комфортно отдохнуть их правую руку на подлокотнике.Примечание: Термодатчик является зонд/частью тепловой стимулятор, который прикрепляется к коже субъекта и индуцирует фактической тепловой стимул. Сообщите тему о процедуре калибровки тепловой части 1.Примечание: Формулировки для инструкции для тепловых калибровки часть 1 может быть: «Теперь вы собираетесь испытать короткий, но постоянный тепловой стимул различной интенсивности. Мы начинаем с температурой чуть выше температуры тела. Начнется тепловой стимул и незадолго до того, как она заканчивается, я буду говорить «Сейчас». Когда это произойдет, вы должны быстро сообщить ли стимул был болезненным или не по рейтингу его по шкале от нуля до ста, как вы делали в части электрической калибровки. Аналогично Если стимул не было больно, сообщите «0». Тогда я пойду повышенной интенсивности. Всегда есть паузу на несколько секунд между двух раздражителей. На этапе калибровки завершается, когда отчет «Сто» или среза температура достигнута.» Начать тепловой калибровки часть 1 , начав стимул 39 ° c с длительностью 5 s, нажав кнопку Пуск тепловой стимулятор (программное обеспечение).Предупреждение: Тепловой калибровки часть 1 имеет отсечки температуре 50 ° C для того, чтобы предотвратить ожоги кожи.Примечание: Каждый тепловой стимул тепловой калибровки часть 1 имеет продолжительность 5 s. На 4-й второй стимул сказать «Сейчас». Запишите номер интенсивности дает тему для соответствующей температуры. Пауза для 10 s. Если указание предмета ниже 100, повышение температуры на 1 ° C, начало стимул и повторите шаги 4.4\u20124.5. В противном случае если указание 100, или среза температуры 50 ° c, прекратить тепловой калибровки часть 1 путем продолжения к следующему шагу. Проверить указанные номера и Марк первый температуры с номером соответствующего интенсивности больше нуля как «фазовые тепла болевого порога» (pHPTh). Марк температуры с указанием 100 как «фазовые тепла боли терпимости» (pHPTo).Примечание: Если предметом сообщает ряд ниже 100 температуре отсечки (50 ° C), Марк 50 ° C как pHPTo. Сообщите часть 2 тепловой калибровки участник.Примечание: Здесь является образцовым формулировка для инструкции для этой фазы тепловой калибровки: «мы начинаем с температурой выше температуры тела, но это время тепловой стимул будет больше. Я буду говорить «Сейчас» два раза: сразу после начала и незадолго до окончания раздражители. Каждый раз, когда я говорю «Сейчас», вы сообщить число, которое равно ваш опыт боли. Если стимул не было больно, сообщите «0». Тогда я пойду с повышенной температурой. Всегда есть пауза в несколько секунд после каждого стимула. На этапе калибровки завершается, когда отчет «Сто» или среза температура достигнута.»Предупреждение: Тепловой калибровки часть 3 имеет температуру отсечки 49.5 ° c для того, чтобы предотвратить ожоги кожи, из-за продолжительности стимул. Начать тепловой калибровки часть 2 с стимулом 39 ° c 10 s долго, нажав кнопку Пуск тепловой стимулятор (программное обеспечение).Примечание: Каждый тепловой стимул тепловой калибровки часть 2 имеет длительность 10 s. «Сейчас» сказать после 1 s от начала стимула. Запишите номер интенсивности, предметом докладов для соответствующей температуры. Скажите «Сейчас» 1 s до окончания стимул. Опять же запишите номер интенсивности тему теперь отчеты для соответствующей температуры. Пауза для 60 s. Если оба признаки предмета ниже 100, увеличение температуры на 1 ° C (исключение: см. Примечание ниже), запустите следующий стимул и повторите шаг 4.16. В противном случае если любой из отчетов точно 100 или среза температуры 49.5 ° c, прекратить тепловой калибровки часть 2, продолжая с следующим шагом.Примечание: В этой фазе калибровки температуры шаги являются: 39 ° C, 40 ° C, 41 ° C, 42 ° С, 43 ° C, 44 ° C, + 45 ° C, 46 ° C, 47 ° C, 48 ° C, 49 ° C, 49.5 ° C. Проверьте указанные номера и Марк первый температуры, в котором по крайней мере один из соответствующего числа больше нуля как «тоник тепла болевого порога» (tHPTh). Марк температуры с первого отметил доклад 100 как «тоник тепла боли терпимости» (tHPTo).Примечание: Если предметом докладов оба числа ниже 100 температуре отсечки (49.5 ° C), Марк 49.5 ° C как tHPTo. Удаление термодатчика из подмышечной участника. Спросите вопрос того, нуждаются ли они короткий перерыв или хотите использовать средство санитарно. Для выполнения проверки, если участник подходит для стимуляции часть боли с точки зрения тепловых раздражителей, следуйте инструкциям, описанным в дополнительный файл 1. 5. Подготовка эксперимента стимуляции боль Проведение стимуляции боль в камеры мониторинг, контроль температуры и низким уровнем шума экспериментальной комнате рядом с калибровки/мониторинг обслуживание (см. Рисунок 1). Подключите оба номера через трубу каналом (80 мм в диаметре).Примечание: Камеры наблюдения предоставляет информацию о состоянии здоровья субъекта и позволяет для быстрого реагирования в случае внезапного бессознательного или кровообращения краха. Настройка кушетка, на котором тема лежит в ходе эксперимента. Поместите его с длинной стороны рядом со стеной вблизи каналом трубы. Обеспечивают подушку для головы. Приложите зеркало к стене рядом с кушетка, где будет лежать руководитель субъекта. Для захвата физиологических данных (ЭКГ, 3 x ГРП и SCL), аудио, видео (фронтальные и боковые вид лица, температуры кожи лица и тела вид) и стимулятор тепловые и электрические выходы во время эксперимента, используйте соответствующие записи компьютеров, программное обеспечение и устройства записи (записи biosignal, три камеры с высоким разрешением цвет, один тепловизор и один направленный микрофон). Разработать решение для синхронизации записанных методов. Это может включать в себя аппаратные срабатывания устройств, запись триггера сигналов biosignal и аудио рекордеры, синхронизации часов компьютера (например, через NTP) и записи отметки времени, а также потоки данных и постобработка записанных данных потоки для компенсации временного смещения и будильник дрейфа. Установите камеру вид тела таким образом, что он захватывает все тело субъекта. Установка фронтального лицо зрения камеры около 1 м над головой участника. Подключите микрофон на левой стороне и тепловой камеры на правой стороне, рядом с лицом фронтальной камеры. Прикрепите боковой вид камеры к потолку. Настроить его в точку, где она способна записывать одну сторону лица субъекта, а также противоположной стороне отражение в зеркале (см. Рисунок 2). Рисунок 2: Схематическое изображение камеры и микрофона установки. Около 1 м над головой участника устанавливаются лицом фронтальной камеры, тепловизионная камера и микрофон. Боковой вид камеры захватывает обе стороны лица с помощью зеркала. Орган зрения камеры навесная позволяет для записи движения тела. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Примечание: Из-за небольшой экспериментальный комнате, сочетая боковой вид камеры с зеркалом является очень элегантное решение для захвата обе стороны лица субъекта с только одной камеры. Дублировать графический вывод biosignal записи компьютера монитор компьютера настроить в зале калибровки/мониторинга. Настройка активных динамиков ПК в зале калибровки/мониторинга. Подключите их через трубопровод трубы с компьютером аудио записи. Убедитесь в том услышать участник через микрофон в случае, если они нуждаются в помощи в ходе эксперимента. Передайте термодатчика и электроды кабель Электростимуляторы через трубу каналом в экспериментальной комнату. Положить засучив акустической пены в обе стороны от трубы трубы (или аналогичного материала, который поглощает звук).Примечание: Оставьте тепловой стимулятор в комнате калибровки/мониторинга. Он загрязняет аудио сигнал записи благодаря регулярно начиная свой внутренний вентилятор для того, чтобы охладить вниз. Задать частоту выборки записи следующим образом: (a) аудио на 44,1 кГц; (b) лобной и боковой вид камеры при 25 Гц; (c) полное тело зрения камеры на 30 Гц; (d) тепловизионной камеры на 120 Гц; (e) SCL, ГРП и ЭКГ на 1000 Гц. сохранить все настройки. Получить пакет холодной гель (100 мм х 100 мм) и поместить его в морозильную камеру. Подготовка 200 мм x 200 мм гигиенические нетканые полотенце или нечто подобное (например, тонкой бумаги полотенце) и мазь. Рассчитать 12 отдельных стимул интенсивности, шесть для тепла и электрической боль индукции, следующим образом: интенсивности () фазовые электрические боли 3 (pE3) = 90% pEPTo; (b) фазовые электрические боль интенсивности 2 (pE2) = (pE3 + pEPTh) / 2; (c) фазовые электрические боль интенсивность 1 (pE1) = pEPTh; (d) Тоник интенсивности электрического боли 3 (3tE) = 90% tEPTo; (e) Тоник интенсивности электрического боли 2 (2tE) = (tE3 + tEPTh) / 2; (f) Тоник интенсивности электрического боли 1 (tE1) = tEPTh; (g) фазовые тепла интенсивности боли 3 (рН3) = pHPTo – 0.5 ° C, если предметом сообщили 100 для pHPTo — иначе, рН3 = pHPTo; (h) фазовые тепла интенсивности боли 2 (рН2) = (рН3 + pHPTh) / 2; (i) фазовые тепла интенсивности боли 1 (рН1) = pHPTh; (j) Тоник тепла интенсивности боли 3 (3й) = tHPTo – 0.5 ° C, если предметом сообщили 100 для tHPTo — иначе, tH3 = tHPTo; (k) Тоник интенсивности боли тепла 2 (2й) = (tH3 + tHPTh) / 2; (l) Тоник интенсивности боли тепла 1 (1й) = tHPTh. Введите значения фазовые электрические (пе1\u2012pE3) и интенсивности боли тепла (рН1\u2012pH3) и тоник электрические (tE1\u2012tE3) и тепловой интенсивности боли (tH1\u2012tH3) — рассчитаны на шаге 5.11, основанный на Калибровка осуществляется в соответствии с разделами 3 и 4 — в программное обеспечение тепловой и электрической стимулятор. Установите базовые (без боли) температуру 32 ° C и температуре темпы роста до 8 ° C/s. Сохраните все настройки. Использование сценариев на основе языка компьютерного программного обеспечения, которое общается с тепловой и электрической стимулятор. Убедитесь, что она позволяет для контроля и вызывая боль раздражителей, основанный на сценарий выхода боль.Примечание: Сценарий выхода боль вызывает рандомизированных боль раздражителей и контроль сроков и продолжительности. В этом исследовании программное обеспечение тепловой стимулятор обеспечивает возможность для подготовки сценария выхода боль. Программное обеспечение автоматически срабатывает тепловая стимулы и посылает сигналы, когда электрические стимул должен подаваться. Электрические стимулы вызваны сценарий, подготовленный в второй программного обеспечения. Подготовить сценарий выхода боль (см. рис. 3) следующим образом. Задать количество каждого фазовые стимул интенсивности (ПЭ-1, пе-2, пе3, рН1, рН2и рН3) 30 и количество каждого интенсивности стимула тоник (tE1, tE2,3tE й1, й2и3й) до 1. Установить продолжительность каждого фазовые стимул для 5 s и продолжительность каждого тоник стимул к 60 s. Randomize порядок всех раздражителей. Рандомизировать паузы между фазовые стимулы к s. 8-12 набор паузы после тоник раздражители до 300 s. Сохраните все настройки.Примечание: Из-за более длительного срока, количество тепла стимулы различных тоник имеет значение 1 во избежание ожогов кожи. Все паузы после того, как тоник стимулы должны быть 300 s для того, чтобы позволить физиологических сигналов вернуться к базовой линии и, таким образом, не загрязнять последующие сигналы. Рисунок 3: графическая иллюстрация таковая стимуляции боль (A) образцовый боль сценарий выхода с рандомизированных фазовые (синий) и тоник (красный) боль раздражителей. (B) Выдержка из сценария выхода боли выше: три фазовые раздражителей с продолжительность времени 5 секунд и последующих пауз. Продолжительность пауз варьируется от 8 до 12 секунд. (рН1, pH2, рН3 = боль фазовые тепла с интенсивностью 1, 2, 3; Й1, й2й3 = боль тепла тоник с интенсивностью 1, 2, 3; ПЭ-1, пе-2, пе3 = фазовые электрические боль с интенсивностью 1 , 2, 3; tE1, tE2tE3 = тоник электрические боль с интенсивностью 1, 2, 3; s = секунды). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. 6. боль стимуляции Привести к экспериментальной номер участника и рассказать им о предстоящей процедуре. Объясните экспериментальной установки и функциональных инструментов. Сообщите тему снова возможность прервать эксперимент в любое время, либо нажав предоставленного аварийную кнопку или просят остановить. Спросите вопрос комфортно лежать на диване экзамен. Учить их, чтобы держать лежа на спине во время эксперимента. Очистите все участки кожи, где электроды будет прилагаться спиртовой раствор. Удалите любые мертвых клеток кожи на поверхности левой щеки, за левым ухом и над левой бровью абразивные гелем. Отчищать эти районы с спиртового раствора. Для оценки вероятности нежелательной почты приложите два pregelled, nonpolarizable Ag/AgCl электродов к нижней дистальной фаланги правильный индекс и средним пальцем на Velcro лямки. Убедитесь, что ремни не слишком туго. Они слишком туго, если предметом сообщает пульсирующая ощущение в их руках. Используется для записи ЭКГ, три pregelled, самоклеющиеся Ag/AgCl электродов оснастки с круговой зон контакта (34 мм в диаметре). Поместите один электрод (катод) на груди, примерно 6 см ниже правой ключицей. Разместите второй один (анод) на левой девятый и десятый ребра. Прикрепите третий электрод (земли/справочник) до талии справа рядом с тазовой кости. Используется для записи ЭМГ м. трапециевидная, также три pregelled, самоклеющиеся Ag/AgCl электродов оснастки с круговой зон контакта (34 мм в диаметре). Место два электрода (катод и анод) бок о бок на левом трапециевидной мышцы шеи. Третье место один (Справочник) ниже на левой ключицей. Используйте шесть многоразовые, экранированный Ag/AgCl электродов с 4 мм в диаметре записи для измерения EMGs м. гофроагрегат supercilii и майор м. скуловой. Заполнения пустот электродов с электролитом гель. Прикрепить электроды с помощью Двухсторонние клейкие воротники следующим образом: для гофроагрегат supercilii, место одного электрода (анод) непосредственно над левой бровью, рядом с линией (слева) глабеллы. Место второй боковой электрод (катод) 1 см к первому. Прикрепите третий электрод (Справочник) к середине лобной кости чуть ниже линии волос. За скуловойнарисуйте воображаемую линию от левой устные спайки левого мочку уха. Поместите один электрод (анод) чуть ниже середины линии и второй один (катод) 1 см медиальной рядом с ним. Придаем левой сосцевидного третий электрод (Справочник). Подключите все электроды на соответствующие входы biosignal записывающего устройства. Выполните визуальную проверку с помощью biosignal, записи программного обеспечения, если все физиологические сигналы являются хорошо/отличного качества. Спросите тема для перемещения определенных мышц и проверки соответствующих сигнала. Отрегулировать/улучшить любой ненасыщающий сигналы, соответствующие средства/действия. Поместите один Ag/AgCl электродов (диаметр 34 мм) на верхней стороне промежуточной фаланги левого указательного пальца (анод) и еще один на верхней стороне проксимальной фаланги среднего пальца левой (катод). Фиксировать электродов с медицинская лента, как предметы могут потом во время процедуры, снижения адгезии электродов. Соединить Электростимуляторы электродов. Применить термодатчика на верхней стороне субъекта левого предплечья около 30 мм Проксимальнее запястья, ремень Velcro. Убедитесь, что ремень не сжимают кожу. Начните все камеры. Убедитесь, что соответствующий участник является отлично видна в изображения камеры. При необходимости попросите темы для настройки позиции. Особенно заботиться о лице камер с небольшое поле зрения. В идеале лицо должно быть в центре изображения для уменьшения риска, что участник движется голову из поля зрения в ходе эксперимента. Проверьте, если микрофон находится на и громкость записи является удовлетворительным. Задать тему, если она имеет какие-либо вопросы, и если она готова для эксперимента. Поручить ей действовать совершенно естественно и не подавить и преувеличивать любой боли реакции во время эксперимента. Начать все записывающие устройства (камеры, микрофона, biosignal рекордер) соблюдения требований для синхронизации данных. Оставьте экспериментальный номер и введите номер калибровки/мониторинга. Подождите 5 минут, чтобы позволить физиологических сигналов нормализовать субъекта. Запустите сценарий выхода боль. Тщательно контролировать тему и прогресс в части стимулирования боль. Запишите любые отметки времени очевидным необычных/неестественное поведение, технические проблемы или biosignal артефакты из-за экстремальных движения, приходить офф электродов и т.д. После окончания скрипта выхода боль, остановите все записывающие устройства. Сохранить/экспортировать все данные в нужном формате. Выключите тепловых и электрических стимулятор. Проверьте, хорошо ли участник и отсоединить все электроды и термодатчика. Очистите все участки кожи с алкоголем решением, чтобы удалить остатки геля электрода. Получить пакет холодной гель из морозильника и оберните его в гигиенических нетканый полотенце (или нечто подобное, например тонкие бумажные полотенца). Попросите участников применять его по крайней мере 5 минут к области кожи, где был помещен термодатчика. Предложить тему возможность иметь их индивидуальных боль уровнях продемонстрировал и объяснил. Применять мазь для кожи области, где был помещен термодатчика.Примечание: Холодный гель пакет и мазь используется для сведения к минимуму (потенциал) покраснение и раздражение кожи. Рука над денежной компенсации и признали с чеком. Предоставить контактную информацию в случае возникающих вопросов. Благодарим участников и сказать до свидания. Удаление акустической пены с обеих сторон трубы трубы. Передайте термодатчика и электроды кабель электрический стимулятор обратно в комнату калибровки/мониторинга. Выбрасывайте все одноразовые электроды, очистить все многоразовые электроды остатки геля и очистить кушетка с подходящей поверхности дезинфицирующим средством. Положите холодный гель пакет обратно в морозильник.

Representative Results

Боль по-разному воспринимается любым лицом и может выразить себя разнообразно мимики, паралингвистическими и/или физиологических сигналов. Дизайн этого исследования подходит для анализа боль ответы в многочисленных способов в отношении основной цели. Полученные данные позволяют отвечать на вопросы исследования, такие как: существуют конкретные боль модели реагирования? Они отличаются относительно модели боль и продолжительности? В нашем эксперименте приняли участие в общей сложности 134 предметов. Равного соотношения полов. Мы разделили их в следующих возрастных групп: 1) 18-29 лет (N = 49, 23 мужчины, 26 женщин), 2) 30-39 лет (N = 45, 23 мужчины, 22 женщины), 3) 40-50 лет (N = 40, 21 человек, 19 женщин). Средний возраст всех субъектов было 31,4 (SD = 9,7), всех мужчин = 33,4 (SD = 9,3) и всех женщин = 32,9 (SD = 10,2) лет. Исследование было проведено на Департамент медицинской психологии из Университета Ульм, Германия. Главным итогом этого протокола является набор данных, аудио-, видео- и психофизиологические сигналов, отражающие ответы испытуемых боль раздражителей. Таблица 1 содержит общий обзор на технические характеристики записанных сигналов и число искусственных боль раздражителей в исследовании. Технические характеристики Сигнал: Частота выборки: Атрибуты: Аудио 44100 Гц Моно, MP3 320 kbps Камера 1 (лицо, фронтальный вид) 25 Гц Цвет видео: резолюция 1384 x 1032,HEVC, закодированные с помощью libx265 (ОФД 16, пресет средний) Камера 2 (лицо, вид сбоку) 25 Гц Цвет видео: резолюция 1620 x 840,HEVC, закодированные с помощью libx265 (ОФД 16, пресет средний) Тело камеры CA. 30 Гц Цвет видео: резолюция 1500 x 600,HEVC, закодированные с помощью libx265 (ОФД 16, пресет среднего);Глубина видео: резолюции 500 x 200, без потерь кодирования Тепловизионная камера CA. 120.8 Гц Температура поверхности видео: резолюции 120 x 160оттенки серого MPEG-4 AVC, закодированные с помощью libx264(ХПН 0, заданное veryfast),закодированное температурный диапазон 26,5-52.0 ° C (шаги 0.1) ЭКГ 1000 Гц Оборудование фильтрации через BioPac: 35 Гц LP, 0.5 Гц HP,50 Гц узкополосный режекторный фильтр SCL 1000 Гц Оборудование фильтрации через BioPac: 10 Гц LP, без HPне узкополосный режекторный фильтр М. ГРП трапециевидная 1000 Гц Оборудование фильтрации через BioPac: 500 Гц LP, 10 Гц HP,не узкополосный режекторный фильтр М. ГРП гофроагрегат supercilii 1000 Гц Оборудование фильтрации через BioPac: 500 Гц LP, 10 Гц HP,не узкополосный режекторный фильтр М. ГРП скуловой 1000 Гц Оборудование фильтрации через BioPac: 500 Гц LP, 10 Гц HP,не узкополосный режекторный фильтр Раздражителей Тепловой Электрические Темы: Фазовые раздражители (5 s): Тонизирующие раздражители (60 s): Фазовые раздражители (5 s): Тонизирующие раздражители (60 s): В теме 90 (30% интенсивности) 3 (1 на интенсивности) 90 (30% интенсивности) 3 (1 на интенсивности) Все (N = 134) 12060 (4020 за интенсивности) 402 (134 в интенсивности) 12060 (4020 за интенсивности) 402 (134 в интенсивности) Мужчины (n = 67) 6030 (2010 за интенсивности) 201 (67 на интенсивности) 6030 (2010 за интенсивности) 201 (67 на интенсивности) Женщин (n = 67) 6030 (2010 за интенсивности) 201 (67 на интенсивности) 6030 (2010 за интенсивности) 201 (67 на интенсивности) Таблица 1: технические характеристики и количество навели раздражители. Верхняя половина (технические характеристики) показывает частоту выборки и атрибутов конкретных сигналов. Нижняя половина (стимулы) показывает количество индуцированных конкретных (тепловой/электрические) боль раздражителей для одного предмета, для всех субъектов и для каждого пола. (MP3 = Moving Picture экспертов Группа Layer-3 аудио, кбит/с = килобит в секунду, HEVC = высокая эффективность кодирования видео, ОФД = постоянная ставка фактор, MPEG-4 AVC = кинофильм экспертов Группа слой-4 Расширенный видео кодирования видео, Гц = герц, ° C = градусов Цельсия, s = секунды, ЭКГ = Электрокардиограмма, СЦЗ = уровень проводимости кожи, ГРП = электромиографии, LP = НЧ-фильтр, HP = фильтр высоких частот, м. = Musculus). Вторичные результаты относительно этапа калибровки исследования представлены в таблице 2. Это показывает среднее стимуляции температур и токов боль интенсивностей 1 и 3 (рассчитывается на шаге 5.11 Протокола) для всех субъектов и дополнительно для мужского и женского подгруппы. Раздражителей Тепловые, [в ° C] означает (SD) Электрические [в мА] означает (SD) Темы pH1 рН3 tH-1 tH3 ПЭ-1 Пе-3 tE-1 tE-3 Все (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) Мужчины (n = 67) 44.56 (2.18) 49,48 (0,89) 43.11 Разборка (1.98) 47.93 (1.04) 1.94 (1.01) 6.83 (3.02) 1.96 (1.16) 6.90 (2.72) Женщин (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) Таблица 2: означает стимуляции температур и токов боль интенсивностей 1 и 3. (рН1, рН3 = боль фазовые тепла с интенсивностью 1, 3; Й1, й3 = боль тепла тоник с интенсивностью 1, 3;1ПЭ, ПЭ3 = фазовые электрические боль с интенсивностью 1, 3; tE1, tE3 = тоник электрические боль с интенсивностью 1, 3; ° C = градусов Цельсия; Ма = milliampere, SD = стандартное отклонение). Если все шаги протокола проводятся тщательно и без технических неполадок (с точки зрения компьютера или записывающего устройства аварий и т.д.), успешный исход может выглядеть, как изображено на рисунке 4. Все сигналы высокого качества и не зависит от внешних источников помех. Участник хорошо виден в каждой камере. Рисунок 4 : Пример данные успешный эксперимент. На рисунке изображена записанных сигналов через несколько секунд до, во время и после интенсивной боли стимул. Все сигналы не фильтруются и синхронизированы по времени. Для ясности здесь показаны только представитель скриншоты видео сигналов. (ГРП = электромиографии, SCL = уровень проводимости кожи, ЭКГ ЭКГ, M=. = Musculus, s = секунды). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Однако неожиданных инцидентов может привести к стать шумные или поврежденных данных. Кроме того, как компьютер или записи устройство аварий, приходить от электродов (особенно многоразовые электроды с малым диаметром которые крепятся с помощью Двухсторонние клейкие воротники) главным образом приводит к непригодным для использования сигналов. В качестве примера для югу оптимальный набор данных на рисунке 5 показан момент, когда Электрод ЭМГ приходит и делает соответствующий сигнал бесполезно. Рисунок 5 : Пример данные субоптимальных эксперимент. Красный круг указывает, что время, один из электродов ГРП (м. скуловой) упал вопроса щеку. Это могло быть из-за пота или руководитель движения. С этого момента сигнал был потерян. (ГРП = электромиографии, SCL = уровень проводимости кожи, ЭКГ ЭКГ, M=. = Musculus, s = секунды). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Из-за этические принципы максимальная интенсивность тепловой и электрической раздражители пришлось быть ограничено. Калибровка теплового контроля в отношении части (см. дополнительный файл), 37 предметы (31 мужчин и 6 женщин) достигли данного среза 50,5 ° C (коэффициент = 37/134 = 27.61%). Что касается тепловой калибровки часть 1, 60 участников (39 мужчин, 21 женщин) достиг отсечки 50.0 ° C (коэффициент = 60/134 = 44,78%) и в отношении части 2, 57 человек (37 мужчин, 20 женщин) достиг отсечки 49.5 ° C (коэффициент = 57/134 = 42,54%). Отсечки для обеих частей электрической калибровки был 25 мА. Ни один из 134 субъектов достиг его. Как мы планируем публиковать данные (см. следующий пункт), дополнительно помечаются наборы данных участников, которые достигли предохранители и их субъективных боль рейтинги для соответствующего предохранители будут включены. Мы хотели бы указать на то, что основное внимание протокола является получение смешанных сигналов для анализа тепловых и электрических боли. Таким образом никакие другие результаты описаны здесь. После проверки и исключая наборы данных из-за отсутствующих данных или отклоненных письменного согласия для совместного использования данных, наборы данных этого исследования будет предоставляться под названием «X-ITE боль базы данных». Для получения дополнительной информации о когда и как получить боль DB X-ITE, пожалуйста, посетите https://github.com/philippwerner/pain-database-list. Дополнительный файл 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Discussion

Представленные протокол фокусируется на экспериментальной выхода термальных (тепло) и электрические боли во время записи физиологических, визуальные и паралингвистическими сигналов. Этот новаторский подход, сочетая две модели боль с различных раздражителей интенсивности и длительности двух различных раздражителей (фазовые и тоник), предлагает широкую перспективу о психофизиологических шаблоны и выражения боли. Однако для реализации этого протокола несколько шагов нужно считаться.

В общем если работа с боль раздражителей крайне важно для обеспечения безопасности субъектов. Все боль стимулы должны быть контролируема и должно осуществляться только опытные экспериментаторы.
Кроме того для записи и сбор надежных и высококачественных данных, правильное вложение устройств (электродов), безупречное функционирование устройства записи и гладкой связи между компьютерами настоятельно рекомендуется. Все источники помех следует устранить или свести к минимуму. Чтобы гарантировать согласованность между участниками, важно предоставлять стандартизированных инструкций и неизменное экспериментальных условиях.

Согласно нашему опыту нахождение подходящих участников, которые отвечают всем критериям и готовы получать многочисленные болезненные стимулы, занимает много времени и является довольно сложной задачей. В дополнение к этому денежной компенсации должен быть достаточно высоким для привлечения субъектов исследования. Особенно лиц между 30 и 50 лет трудно найти. Это может быть потому что эксперимент слишком долго (ОК. 4 часов, включая прибытие и отъезд) и они должны принять половину день от работы.

Поскольку безопасность участников является высшим приоритетом, боль индукции может потребоваться быть ограничено. Этические принципы интенсивности стимула не должен превышать определенного уровня для предотвращения ожогов и бессознательного с точки зрения боль тепловой и электрической индукции, соответственно. Общая отсечки интенсивности может привести к эффект потолка как некоторые предметы могут достичь пределов интенсивности до чувство невыносимую боль. В этом исследовании около 42% (с учетом теплового калибровки часть 1 и 2) участников достигли Термопредохранители (см. Представитель результаты). Как они не достигли их «реальные» боли допуски, их физиологической реакции на высокие тепловые раздражители могут вести себя по-разному в отличие от физиологической реакции субъектов, которые достигли их. Если это так, смешивая эти две группы могут повлиять на результаты классификации с точки зрения признания боли.

Важным моментом в адрес является боль условия в этом эксперименте. Участники подвергаются только тепловой и электрической боль раздражителей (в связи с тем, что эти очень контролируемый в экспериментальной обстановке). Таким образом, если изучения боли моделей относительно качества, результаты не могут перевести другие механизмы боли как давление, химические или висцеральной боли.
Же рассмотрение на переводимость результатов применяется для изучения образца. Протокол является этически ограничивается здоровых взрослых. Например она не включает детей или лиц с дефектами зрения в когнитивный и устно. Кроме того в нашем исследовании приняли участие только Европейский человек. Также здесь, результаты анализа могут не относиться к группам, не рассматриваются в этом эксперименте.

Другое ограничение может касаться Hawthorne эффект24: предметы осознают, что они в настоящее время снят/отмечено в исследовании. Это может изменить их поведение.

По сравнению с существующими базами данных боли, протокол обеспечивает значительные преимущества для анализа модели реагирования боль, как она сочетает в себе две модели боль и два время курсы (фазовые и тоник): Помимо интенсивность и продолжительность боли, она также считает, что качество от боли. Как тепловой боль описывается по-разному чем электрические боль (например, сжигание против Шарп), он также может отличаться в реакциях боль. Если это так, эти выводы можно связать шаблон ответа боль с базовым источником боли. Кроме того, это исследование является мультимодальной расширить спектр возможностей расследования боли: занято 5 психофизиологических сигналов, 2 лицо камеры (Фронт/сторона) сигналов, 1 орган зрения камеры сигнала, 1 тепловизионной камеры и 1 аудио сигнала, боли могут быть проанализированы и более точно оценивать.

Для более сложных расследования модели реагирования боли будущего расширения данного метода должен включать более биосигналов электроэнцефалографии (ЭЭГ), температуры тела и дыхания. Было бы также большую пользу нанимать контролируемого давления как модель еще боль. Исследователи, направленный на признание автоматического боли через данные, собранные с этого протокола далее следует протестировать перспективные модели обучения машина с клинической управления группами.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Верена Friedrich, Мария Velana, Сандра Gebhardt, Роми Bärwaldt и Тина Daucher за их драгоценные помощь в проведении исследования. Кроме того отдельное спасибо выходит на д-р Стефани Рукавина для ее научной поддержки. Это исследование является частью DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) «Улучшению и систематические проверки из автоматизированной боль признание системы на основе полного лица выражение и Psychobiological параметры» проект, финансируемый немецкого исследования Фонд.

Materials

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

References

  1. Hawker, G. A., Mian, S., Kendzerska, T., French, M. Measures of adult pain: Visual analog scale for pain (vas pain), numeric rating scale for pain (nrs pain), mcgill pain questionnaire (mpq), short‐form mcgill pain questionnaire (sf‐mpq), chronic pain grade scale (cpgs), short form‐36 bodily pain scale (sf‐36 bps), and measure of intermittent and constant osteoarthritis pain (icoap). Arthritis Care & Research. 63 (11), 240-252 (2011).
  2. Kehlet, H. Acute pain control and accelerated postoperative surgical recovery. Surgical Clinics. 79, 431-443 (1999).
  3. McQuay, H., Moore, A., Justins, D. Treating acute pain in hospital. British Medical Journal. 314 (7093), 1531-1535 (1997).
  4. Brahnam, S., Chuang, C. F., Shih, F. Y., Slack, M. R. SVM classification of neonatal facial images of pain. Fuzzy Logic and Applications (revised selected papers from the 6th International Workshop, WILF 2005, Crema, Italy, September 15-17, 2005). Lecture Notes in Computer Science. 3849, 121-128 (2005).
  5. Basler, H. D., Bloem, R., Casser, H. R., et al. Ein strukturiertes Schmerzinterview für geriatrische Patienten. Schmerz. 15, 164-171 (2001).
  6. Zwakhalen, S. M. G., Hamers, J. P. H., Abu-Saad, H. H., Berger, M. P. F. Pain in elderly people with severe dementia: a systematic review of behavioural pain assessment tools. BioMed Central Geriatrics. 6 (3), (2006).
  7. Herr, K., Bjoro, K., Decker, S. Tools for assessment of pain in nonverbal older adults with dementia: a state-of-the-science review. Journal of Pain and Symptom Manage. 31 (2), 170-192 (2006).
  8. Handel, E., Gnass, I. . Praxishandbuch ZOPA : Schmerzeinschätzung bei Patienten mit kognitiven und/oder Bewusstseinsbeeinträchtigungen. , (2010).
  9. Abbey, J., et al. The Abbey pain scale: a 1-minute numerical indicator for people with end-stage dementia. International Journal Of Palliative Nursing. 10 (1), 6-13 (2004).
  10. Gruss, S., et al. Pain intensity recognition rates via biopotential feature patterns with support vector machines. PLoS ONE. 10, 1-14 (2015).
  11. Walter, S., et al. Automatic pain quantification using autonomic parameters. Psychology & Neuroscience. 7 (3), 363 (2014).
  12. Werner, P., et al. Automatic pain assessment with facial activity descriptors. IEEE Transactions on Affective Computing. 8 (3), 286-299 (2017).
  13. Thiam, P., Kessler, V., Walter, S., Palm, G., Schwenker, F. Audio-Visual Recognition of Pain Intensity. IAPR Workshop on Multimodal Pattern Recognition of Social Signals in Human-Computer Interaction. , (2016).
  14. Niese, R., et al. Towards Pain Recognition in Post-Operative Phases Using 3D-based Features from Video and Support Vector Machines. International Journal of Digital Content Technology and its Applications. 3 (4), 21-33 (2009).
  15. Hammal, Z., Kunz, M. Pain monitoring: A dynamic and context-sensitive system. Pattern Recognition. 45 (4), 1265-1280 (2012).
  16. Werner, P., et al. Automatic pain recognition from video and biomedical signals. Pattern Recognition (ICPR), 22nd International Conference on Pattern Recognition. , 4582-4587 (2014).
  17. Walter, S. Diagnostik der Schmerzintensität, basierend auf multimodalen Signalen und maschinellen Lernen. Habilitationsschrift. , (2017).
  18. Chu, Y., Zhao, X., Han, J., Su, Y. Physiological Signal-Based Method for Measurement of Pain Intensity. Frontiers in aneuroscience. 11, (2017).
  19. Kächele, M., et al. Multimodal data fusion for person-independent, continuous estimation of pain intensity. Engineering Applications of Neural Networks. , 275-285 (2015).
  20. Walter, S., et al. The BioVid Heat Pain Database – Data for the advancement and systematic validation of an automated pain recognition system. Cybernetics (CYBCONF), IEEE International Conference on Cybernetics. , 128-131 (2013).
  21. Velana, M., Walter, S., Gruss, S., Werner, P., Al-Hamadi, A., Schwenker, F., Scherer, S. The SenseEmotion Database: A Multimodal Database for the Development and Systematic Validation of an Automatic Pain- and Emotion-Recognition System. Multimodal Pattern Recognition of Social Signals in Human-Computer-Interaction. MPRSS 2016. Lecture Notes in Computer Science. , (2017).
  22. Lautenbacher, S., Peters, J. H., Heesen, M., Scheel, J., Kunz, M. Age changes in pain perception: a systematic-review and meta-analysis of age effects on pain and tolerance thresholds. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 75, 104-113 (2017).
  23. Kállai, I., Barke, A., Voss, U. The effects of experimenter characteristics on pain reports in women and men. Pain. 112 (1), 142-147 (2004).
  24. McCambridge, J., Witton, J., Elbourne, D. R. Systematic review of the Hawthorne effect: New concepts are needed to study research participation effects. Journal of Clinical Epidemiology. 67 (3), 267-277 (2014).

Tags

Multimodal SignalsPain ResponsesThermal StimuliElectrical StimuliPain IntensityPain DurationPain ResearchPain ManagementPain StimulationCalibrationPhysiological DataThermal StimulatorElectrical StimulatorPhasic StimulusTonic StimulusSkin Preparation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image