Pracownia Sygnałów Biologicznych/Zajecia 8

Reakcja skórno-galwaniczna

Wstęp

Prezentacja: Media:GSR.pdf

Reakcja skórno-galwaniczna (ang. galvanic skin response — GSR), nazywana czasami reakcją elektrodermalną, reakcją elektryczną skóry, reakcją psychogalwaniczną, jest zmianą właściwości elektrycznych skóry pod wpływem stanu psychologicznego. Wielkością mierzoną jest oporność skóry lub odwrotność oporności, czyli przewodnictwo. Z definicji oporu elektrycznego, opór (R) jest równy stosunkowi napięcia (V) do prądu przepływającego przez opór: R = V/I. Wzmacniacz podaje stałe napięcie pomiędzy elektrodami i mierzy natężenie przepływającego prądu elektrycznego. Na podstawie zmian natężenia prądu, wyznaczamy zmiany w przewodnictwie skóry. W zapisie przewodnictwa skóry możemy wyróżnić składową stałą (tzw. baseline level) oraz składową zmienną, reagującą na różne rodzaje bodźców zewnętrznych. Składową zmienną nazywa się czasem reakcją GSR i my też będziemy stosować od tej pory to pojęcie. Przykład reakcji GSR jest pokazany na rys. 1

Reakcja skórno-galwaniczna w sygnale 60 s. Sygnał był mierzony pomiędzy palcem środkowym i wskazującym.

Również przy braku bodźców zewnętrznych obserwuje się spontaniczne reakcje GSR występujące z typową częstością 1-3/minutę. Parametrami do opisu reakcji GSR są:

• Amplituda: różnica pomiędzy składową stałą a wartością GSR w maksimum odpowiedzi
• Opóźnienie (latencja): czas pomiędzy bodźcem a początkiem odpowiedzi. Typowe wartości: 3 sekundy lub mniej.
• Czas narastania: czas pomiędzy początkiem odpowiedzi GSR a jej maksimum. Typowe wartości: 1-3 sekundy.
• Czas połowicznego zaniku: czas pomiędzy maksimum odpowiedzi GSR i punktem, w którym wartość odpowiedzi malej o połowę. Typowe wartości: 2-10 sekund.

Najbardziej uznany model reakcji GSR zakłada, że wzrost przewodnictwa skóry następuje w wyniku wydzielania potu i wypełniania duktów potowych w skórze. Przewodnictwo wraca do poziomu odniesienia, gdy płyn wydzielony na powierzchnię skóry jest z powrotem wchłonięty przez gruczoły potowe. W modelu tym, dukty potowe odgrywają rolę zmiennych oporników. Ich opór maleje wraz z wypełnieniem. Amplituda GSR zależy od ilości potu dostarczonego do duktów oraz od liczby pobudzonych gruczołów potowych. Np. w skórze dłoni występuje ponad 2000 gruczołów potowych w jednym cm².

Aktywacja kanałów potowych jest kontrolowana przez część współczulną autonomicznego układu nerwowego. Gruczoły potowe dostają cholinergiczne wejścia, które zmieniają napięcie błonowe komórek i regulują ich aktywność. W związku z elektryczną naturą procesów kontroli i działania gruczołów potowych, ich funkcjonowanie może być rejestrowane w postaci potencjałów elektrycznych, podobnie jak zapisy EKG czy EMG.

Eksperymenty Junga i Mathisona

Pierwsze opisy zastosowania aparatury GSR w psychoanalizie pojawiły się w książce Carla Gustava Junga, dotyczącej analizy słów. Osoba badana podłączona była do aparatury mierzącej zmiany przewodnictwa skóry, poprzez elektrody umieszczone na dłoni. Słowa z listy były czytane na głos osobie badanej. Jeśli słowo zawierało ładunek emocjonalny, powodowało ono zmianę przewodnictwa skóry i wychylenie się igły galwanometru. Wszystkie słowa które powodowały odpowiedź odbiegającą znacznie od normy były wskazaniem na możliwe obszary konfliktu wewnętrznego u pacjenta. Jung wykorzystywał reakcje GSR jako metodę dodatkową, wspomagającą jego własne obserwacje dotyczące źródeł konfliktów wewnętrznych u pacjentów. Konstrukcja przenośnych wzmacniaczy do GSR spowodowała wzrost zainteresowania tą metodą i jej wykorzystanie jako „detektor kłamstw”. Podstawą ich działania jest założenie, ze odpowiedź na pytanie niezgodnie z prawdą powoduje wewnętrzny konflikt i reakcje układu autonomicznego, która nie podlega kontroli świadomości. W praktyce, w sądownictwie, badanie detektorem kłamstw nie jest uznawane za dowód. Wykorzystując detektor kłamstw, Volney Mathison zauważył, że niektóre wspomnienia lub zmiany nastroju powodują znaczną reakcje GSR. Opracował on listę słów używaną w połączeniu z pomiarem GSR. Przy niektórych słowach pojawiała się bardzo silna reakcja GSR, która wskazywała, że dane słowo jest powiązane z silnymi emocjami mającymi swoje korzenie w podświadomości. Najczęściej, badany zupełnie nie zdawał sobie sprawy, że wywołał tak silną reakcję w układzie pomiarowym.

Biofeedback

Biofeedback (biologiczne sprzężenie zwrotne) jest techniką samoregulacji. Na podstawie pomiaru stanu fizjologicznego osoby badanej i dostarczania mu zwrotnej informacji o jego zmianach, osoba badane może nauczyć się świadomie modyfikować funkcje, które normalnie nie są kontrolowane świadomie. Zastosowanie pomiaru przewodnictwa skóry w biofeedbacku opiera się na następujących obserwacjach:

• Niski poziom pobudzenia kory mózgowej jest potrzebny do odczuwania stanu relaksu, w stanie hipnozy oraz do lepszego odczuwania swojej nieświadomości.
• Wysoki poziom pobudzenia kory mózgowej zapewnia szybszy refleks, koncentrację, zdolność szybszego czytania i lepszego zapamiętywania.
• Poziom pobudzenia kory mózgowej i przewodnictwo skóry są ze sobą związane. Pobudzenie kory mózgowej jest odzwierciedlone we wzroście przewodnictwa skóry, a obniżenie poziomu pobudzenia kory mózgowej jest związane z obniżeniem przewodnictwa skóry.

Za pomocą czułej metody mierzącej i przekazującej poziom pobudzenia, może on być świadomie kontrolowany w szerokim zakresie. Metoda ta jest wykorzystywana w psychologii, medycynie, sporcie i biznesie.

Dodatkowa lektura

Polecamy zapoznanie się z rozdziałem 27 książki dostępnej pod adresem [1].

Ćwiczenia

Ćwiczenie I: "Wykrywacz kłamstwa"?

ONLINE:

Użyj kabla do pomiaru GSR z pięcioma stykami. Załóż elektrody na palec wskazujący i środkowy. Kontakty powinny znajdować się po wewnętrznej stronie dłoni, gdyż jest tam większa ilość kanałów potowych.

• Użyj programu w psychopy z listą ~30 pytań i tagami do oznacznia momentu wyświetlenia pytania, momentu i typu odpowiedzi, i uruchamiania następnego pytania. Klawiaturę obsługuje eksperymentator, osoba badana obserwuje ekran i opowiada na pytania na głos Tak lub Nie.
• Po zadaniu pytania obserwuj reakcje skórno-galwaniczną. Poczekaj aż przewodnictwo wróci do poziomu odniesienia, zanim wciśniesz przycisk uruchamiający następne pytanie. Eksperymentator odczytuje pytanie.
• Skonfiguruj program do rejestracji i przeglądania mierzonego sygnału w czasie rzeczywistym.
• Przekaż osobie badanej, siedziała spokojnie i odpowiadała na zadawane pytanie „Tak” lub „Nie”.Osoba badana powinna samodzielnie wybrać czy odpowie zgodnie z prawdą. Należy postarać się aby odpowiedzi prawdziwych i fałszywych było tyle samo.
• Gdy zadasz wszystkie pytania i zapiszesz ostatnią reakcję zatrzymaj rejestrację.

OFFLINE:

• Wczytać sygnał i tagi do pythona. Osoba badana powina dla każdej odpowiedzi dodać informację czy odpowiadała zgodnie z prawdą.
• podziel sygnały na grupę Prawda i Fałsz wycinając 12s od zadania pytania/względem udzielenia odpowiedzi (-5 +7s względem tego momentu).
• Dla każdej odpowiedzi GSR oszacuj latencję, amplitudę, czas narastania i czas połowicznego zaniku. Zbadaj rozrzut wyników. Jeśli odpowiedzi są podobne, uśrednij wyniki i wyznacz średnią latencję, amplitudę, czas narastania i czas połowicznego zaniku. Czy są jakieś różnice pomiędzy grupą Prawda i Fałsz?

Lista pytań:

1. Czy mieszkasz w Warszawie?
2. Czy lubisz brokuły?
3. Czy masz kota?
4. Czy urodziłeś/aś się w Polsce?
5. Czy jeździsz na łyżwach?
6. Czy masz brata?
7. Czy byłeś/aś w Hiszpanii?
8. Czy studiujesz na UW?
9. Czy dzisiaj jest wtorek?
10. Czy lubisz pizzę?

Ćwiczenie III (Analiza składowej zmiennej dla obrazów z zawartością neutralną i emocjonalną)

W tym samym układzie doświadczalnym jak w Ćwiczeniu I i II wykonaj następujący eksperyment.

• Przekaż osobie badanej, by siedziała spokojnie.
• Rozpocznij rejestrację sygnału
• Uruchom program ..... wyświetlający losowo obrazy o zawartości neutralnej i emocjonalnej. Wyświetlaj obrazki naciskając klawisz klawiatury. Po wyświetleniu obrazka obserwuj reakcje skórno-galwaniczną. Poczekaj aż przewodnictwo wróci do poziomu odniesienia, zanim wyświetlisz następny obrazek.
• Gdy pojawi się napis „Koniec”, odczekaj 10 sekund i zatrzymaj rejestrację.
• Odczytaj momenty wyświetlania obrazów neutralnych i emocjonalnych zapisane przez program. Na podstawie tych danych, dla każdej odpowiedzi na obraz emocjonalny oszacuj latencję, amplitudę, czas narastania bez czasu połowicznego zaniku. Zbadaj rozrzut wyników. Jeśli odpowiedzi są podobne, uśrednij wyniki i wyznacz średnią latencję, amplitudę, czas narastania.
• Porównaj uśrednione parametry odpowiedzi GSR dla obrazów emocjonalnych i słów neutralnych otrzymanych w Ćwiczeniu II.