Emozioni e risposte corporee: misurazione dell’attività autonomica

Corso di Modelli di Computazione Affettiva

Prof. Giuseppe Boccignone

Dipartimento di InformaticaUniversità di Milano

boccignone@di.unimi.itGiuseppe.Boccignone@unimi.it

http://boccignone.di.unimi.it/CompAff2015.html

Sistema nervoso autonomo

Sistema nervoso autonomo //struttura e regolazione: da SNC a SNA

Sistema limbico

e ipotalamico

Corteccia

Tronco

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività

Segnali che si manifestano come variazioni di campo elettrico

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività

Segnali che si manifestano come variazioni di campo elettrico

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività

Segnali che si manifestano come variazioni di impedenza

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività

Segnali meccanici

Segnali biomagnetici

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività

Electromyogram measures muscle activity by detecting surface voltages that occur when a muscle is contracted.

Skin Conductivity sensor measures the skin’s ability to conduct electricity

Respiration: RSP belt used to capture the breathing activity of the subjects. It can be worn either thoracically or abdominally over clothing. The amount of stretch in the elastic is measured as a voltage change and recorded. The rate of RSP and depth of breath are the most common measures of RSP

Electrocardiogram: measure the average action potential on the skinHeart rate variability (HRV) refers to the oscillation of the interval between consecutive heartbeats

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attivitàSistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: sensoristica

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attivitàSistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: sensoristica

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: obiettivi

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

QRS waveform in an ECG signal. Usual lengths: P-wave (0.08-0.10 s),

QRS (0.06-0.10 s),

PR-interval (0.12-0.20 s), and

QTc-interval

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

• Elettrocardiogramma (ECG): registrazione grafica dell'attività elettrica del cuore prodotta dalla polarizzazione e depolarizzazione delle cellule cardiache

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

• Il tracciato ECG è formato da "onde":

• Onda P: ha piccole dimensioni prodotta dalla depolarizzazione degli atri

• Complesso QRS: insieme di tre onde prodotte dalla depolarizzazione dei ventricoli

• Onda T: onda di piccole dimensioni prodotta dalla ripolarizzazione dei ventricoli

• Onda U: onda di piccole dimensioni prodotta dalla ripolarizzazione dei muscoli papillari

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

“onda” di depolarizzazione -> contrazione

“onda” di ripolarizzazione -> rilassamento

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

• Gli impulsi nel miocardio generano differenze di potenziale che variano nello spazio nel tempo e che possono essere registrate tramite degli elettrodi posti sulla superficie corporea formando delle derivazioni

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività cardiaca

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: Heart Rate Variability

QRS waveform in an ECG signal. Usual lengths: P-wave (0.08-0.10 s), QRS (0.06-0.10 s), PR-interval (0.12-0.20 s), and QTc-interval

Raw ECG signal with RSP (respiration) artifacts

Detrended signal

Detected RR interbeats

Interpolated HRV time series using RR intervals

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: Heart Rate Variability

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività: Heart Rate Variability

marker of inhibition and quiet and linked to vagal

predominance

a marker of excitation and intrinsic in sympathetic

activation

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

• L’EDA si riferisce a tutti i fenomeni elettrici della pelle, attivi e passivi.

• EDL (electrodermal level): livello tonico (attività nel lungo termine):

• legata ad attività sudoripara, temperatura

• EDR (electrodermal response): livello fasico (attività nel breve periodo, stimolo-relata) :

• legata alle emozioni e al livello di arousal

•

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

• Indici:

• SR (Skin resistance): resistenza della pelle al passaggio di una corrente continua:

• SRL (Skin resistance level): livello tonico

• SRR (Skin resistance response): livello fasico

• SC (Skin conductance): conduttanza della pelle al passaggio di una corrente continua:

• SCL (Skin conductance level): livello tonico

• SCR (Skin conductance response): livello fasico

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

• La Skin conductance:

• Si misura in microsiemens (μS) con un dispositivo dotato di due elettrodi da applicare sulla pelle

• Varia con il livello di umidità della pelle

• Poiché le ghiandole sudoripare eccrine sono innervate dal sistema nervoso simpatico, la SC è un buon indice di arousal e viene considerata la misura d’elezione dell’orienting response

• le ghiandole eccrine sono presenti un tutta la superficie del corpo ma in una densità maggiore nei palmi delle mani e nelle piante dei piedi

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

• La Skin conductance:

• Si misura in microsiemens (μS) con un dispositivo dotato di due elettrodi da applicare sulla pelle

• Varia con il livello di umidità della pelle

• Poiché le ghiandole sudoripare eccrine sono innervate dal sistema nervoso simpatico, la SC è un buon indice di arousal e viene considerata la misura d’elezione dell’orienting response

• le ghiandole eccrine sono presenti un tutta la superficie del corpo ma in una densità maggiore nei palmi delle mani e nelle piante dei piedi

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica (EDA)

• L'EDA aumenta:

• In risposta ad un evento improvviso (Orienting response)

• Con l'aumentare del carico di lavoro mentale

• In corrispondenza di stati emotivi sia positivi che negativi (arousal)

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività elettrodermica

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività respiratoria

• La frequenza respiratoria:

• Si misura in numero di respiri al minuto

• Si misura con un sensore (stretch sensor) applicato ad una fascia toracica o maglia:

• l’allungamento elastica è misurata come una variazione di tensione

• Aumenta con il carico di lavoro (anche mentale)

• Riflette stati emotivi dicotomici: calma- eccitamento, rilassamento-tensione

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività respiratoria

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività respiratoria

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività respiratoria

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Elettromiografia:

• Tecnica per registrare il potenziale elettrico generato dalle cellule dei muscoli scheletrici (e mimici del volto). Si distinguono:

• Intramuscolar EMG: richiede l'inserimento di elettrodi a spillo nel tessuto muscolare.

• Permette il monitoraggio dell'attività anche di poche fibre muscolari.

• Surface EMG (sEMG): richiede l'applicazione di elettrodi sulla pelle.

• Permette il monitoraggio dell'attività generale del muscolo.

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

• GIOIA: (Orbicularis oculi + Zygomaticus major)

• SORPRESA: (Frontalis + Levator palpebrae superioris)

• PAURA: (Frontalis + Corrugator supercilii + Levator Palpebrae superioris)

• RABBIA: (Corrugator supercilii + Levator palpebrae Superioris + Orbicularis oculi)

• TRISTEZZA: (Frontalis + Corrugator supercilii + Depressor anguli oris)

• DISGUSTO: (Levator labii superioris + Levator labii Superioris alaeque nasi)

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Emozioni di base:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• Startle response:

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

• L'attività del corrugator supercilii e del muscolo trapezio:

• la loro tensione aumenta con lo stress

Sistema nervoso autonomo //misurazione dell’attività muscolare

Sistema nervoso autonomo //dataset disponibili

• Dataset disponibili su web:

Sistema nervoso autonomo //dataset disponibili (in laboratorio)

• Dataset disponibili su web:

• DEAP

Sistema nervoso autonomo //dataset disponibili (in laboratorio)

• Dataset disponibili su web:

• DEAP

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• DEAP

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• Dataset disponibili su web:

• MAHANOB-HCI

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• per il tagging

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• MAHANOB-HCI

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• MAHANOB-HCI

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Fearful disgusting

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