Summary

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

Published: March 15, 2019
doi:

Summary

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

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.

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 Rekrytera deltagare som saknar taktila eller okorrigerad synstörningar och är fria från e…

Representative Results

CT-optimal touch framkallar distinkta EMG Svaren jämfört snabbt icke-optimala touch över modaliteterDet 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.</p…

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 sp?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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

Cite This 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