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Emozioni e risposte corporee: misurazione dell’attività autonomica
Corso di Modelli di Computazione Affettiva
Prof. Giuseppe Boccignone
Dipartimento di InformaticaUniversità di Milano
[email protected]@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:
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• Emozioni di base:
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• Emozioni di base:
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• Emozioni di base:
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• 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)
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Fearful disgusting
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