Emotionale Bewertungen und Hautleitfähigkeitsreaktion auf visuelle, auditive und haptische Reize

Teilnehmer

Einhundert gesunde Probanden nahmen an dem Experiment teil (Mittelwert=26,88 Jahre; SD=9,11; Spanne: von 18 bis 71 Jahren; 61 Frauen). Bis auf 9 Teilnehmer gaben alle an, Rechtshänder zu sein. Nach einer Vorauswahl durften nur Teilnehmer mit normalem (oder korrigiertem) Sehvermögen, ohne neurologische, psychologische oder psychiatrische Störungen in der Vorgeschichte und ohne taktile oder auditive Beeinträchtigungen an dem Experiment teilnehmen. Die Teilnehmer wurden an der Universität von Sussex rekrutiert, waren über den Zweck des Experiments nicht informiert, wurden für ihre Teilnahme bezahlt und gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt und von der Ethikkommission der Universität Sussex genehmigt (Sciences & Technology Cross-Schools Research Ethics Committee, Ref: ER/EG296/1).

Akquisitionsaufbau und -verfahren

Die Teilnehmer wurden gebeten, bequem vor einem Computerbildschirm zu sitzen. Wir brachten SC-Aufzeichnungselektroden (GSR-Elektroden, Shimmer®) am Zeige- und Ringfinger der linken Hand der Teilnehmer an (wie in Ref. 35), wie in Abb. 1 gezeigt.

Den Teilnehmern wurde eine variable Zeitspanne (etwa fünf Minuten) eingeräumt, um sich zu entspannen, sich auf das Experiment vorzubereiten und sich mit dem Versuchsaufbau vertraut zu machen. In dieser Zeit zeigte der Versuchsleiter den Teilnehmern zunächst, wie sie ihre rechte Hand richtig auf dem haptischen Gerät platzieren sollten, und forderte sie dann auf, ihre rechte Hand wiederholt auf das Gerät zu legen und sich die Position der Hand einzuprägen, damit sie sie während des gesamten Versuchs wiederholen konnten. Außerdem wurden die Teilnehmer aufgefordert, eine bequeme Position für die linke Hand zu finden, die sie für die Dauer des Experiments nicht bewegen sollten.

Zu Beginn des Experiments wurden die Teilnehmer erneut gebeten, sich für eine Dauer von 60 s zu entspannen, damit das SC-Signal die Basislinie erreicht. Zu Beginn des Experiments wurde die SC-Aufzeichnung ausgelöst und lief bis zum Ende des Experiments weiter. Die Darbietung jedes emotionalen Reizes wurde im Datenprotokoll als emotionaler Auslöser markiert, um die Interpretation der Bedeutung des SC-Signals zu erleichtern.

Die emotionalen Reize wurden in einer randomisierten Reihenfolge präsentiert. Insbesondere wurde die Präsentation der Stimuli vollständig randomisiert und nicht in Blöcken, um jegliche sensorisch-modalitätsbedingte Skalenverzerrung zu vermeiden (d. h., dass die Teilnehmer je nach sensorischer Modalität unterschiedliche Skalen annahmen). Vor jedem Stimulus wurde in der Mitte des Bildschirms ein Countdown von drei Sekunden angezeigt, gefolgt von dem Stimulus. Wenn ein haptischer oder auditiver Reiz dargeboten wurde, wurde gleichzeitig ein Satz auf dem Bildschirm angezeigt (entweder „playing audio“ oder „playing haptics“), der die Teilnehmer über die sensorische Modalität des bevorstehenden Reizes informierte. Nach jedem Reiz wurden die Teilnehmer gebeten, den Reiz mit der Originalversion des SAM26 zu bewerten (siehe Selbsteinschätzung, unten), d. h. die Reize mit der rechten Hand nach Erregung, Valenz und Dominanz26 zu bewerten. Jede Dimension des SAM wurde in einer zufälligen Reihenfolge nacheinander präsentiert. Nach der Beantwortung der letzten SAM-Frage begann ein neuer Countdown, der den Beginn eines neuen Versuchs markierte. Zu Beginn jedes Countdowns positionierten die Teilnehmer ihre rechte Hand bequem auf einem schwarzen Plexiglaskasten, der ein haptisches Gerät (Ultrahaptics®) in der Luft enthielt, wie sie es zuvor bei der Einweisung gelernt hatten. Der Kasten war an der Oberseite offen, und an der Kante in der Nähe des Teilnehmers war eine weiche Stütze für das Handgelenk angebracht, so dass die Teilnehmer ihre rechte Hand bequem über die Öffnung legen konnten, wobei die Handfläche in einem Abstand von 20 cm vollständig dem haptischen Gerät in der Luft ausgesetzt war (Abb. 1). Bemerkenswert ist, dass das Design der Box es den Teilnehmern ermöglichte, ihre Hand in einer standardisierten Weise über dem Gerät zu positionieren. Darüber hinaus unterstützte der Versuchsleiter die Teilnehmer während des gesamten Experiments und wiederholte die Versuche im Falle einer falschen Positionierung der Hand.

Stimuli

Auditive Stimuli

Die auditiven Stimuli umfassen zehn Geräusche aus der IADS-Datenbank (siehe Tabelle 1) und zehn instrumentale Auszüge aus verschiedenen Kompositionen (siehe Tabelle 2). Die zehn Klänge aus der IADS-Datenbank wurden nach ihren SAM-Werten für Valenz und Erregung ausgewählt, die in früheren Arbeiten ermittelt wurden13. Die IADS-Klänge wurden so ausgewählt, dass zwei Klänge hohe Erregungs- und hohe Valenzwerte hatten, zwei Klänge niedrige Erregungs- und niedrige Valenzwerte hatten, zwei Klänge niedrige Erregungs- und hohe Valenzwerte hatten, zwei Klänge hohe Erregungs- und niedrige Valenzwerte hatten und zwei Klänge als neutral definiert wurden (niedrige Erregungs- und mittlere Valenzwerte). Die zehn Instrumentalklänge wurden in dieser Arbeit zum ersten Mal bewertet und stellen einen originellen Beitrag zum Stand der Wissenschaft dar. Musikstücke wurden in unserer Studie als eine „abstrakte“ Form der Stimulation betrachtet. In der Tat vermitteln Instrumentalstücke den Zuhörern keine unmittelbare Bedeutung, und der emotionale Inhalt des Stücks wird stattdessen mit Merkmalen innerhalb der Komposition (z. B. Tonalität, Tempo usw.) in Verbindung gebracht16,17. Die Aufnahme von klassischen Musikstücken in unsere Datenbank wurde durch das jüngste Interesse an der Verbindung zwischen Musikstücken und emotionalen Reaktionen motiviert14-17. Alle Hörreize wurden den Teilnehmern über einen Kopfhörer (Beat Studio, Monster) dargeboten; die Lautstärke der Hörreize überstieg nicht den Grenzwert von 90 dB (IADS #275, Schrei). Die Dauer aller ausgewählten IADS-Hörreize betrug 6 s, bis auf einen, der 5 s dauerte (siehe Tabelle 1). Die Dauer der abstrakt-klassischen Hörreize konnte je nach Musiksatz variieren (siehe Tabelle 1).

Visuelle Stimuli

Die zwanzig visuellen Stimuli bestehen aus zehn Bildern aus der IAPS-Datenbank und zehn abstrakten Bildern (siehe Tabelle 1). Die zehn Bilder aus der IAPS-Datenbank wurden nach ihren SAM-Werten für Valenz und Erregung ausgewählt, die in früheren Arbeiten ermittelt wurden3. Insbesondere wurden zwei Bilder mit hohen Erregungs- und hohen Valenzwerten, zwei Bilder mit niedrigen Erregungs- und niedrigen Valenzwerten, zwei Bilder mit niedrigen Erregungs- und hohen Valenzwerten und zwei Bilder mit hohen Erregungs- und niedrigen Valenzwerten ausgewählt, und zwei Bilder wurden als neutral definiert (niedrige Erregungs- und mittlere Valenzwerte). Die zehn abstrakten Bilder wurden willkürlich aus den Werken bekannter Künstler ausgewählt, so dass ihre Erregungs-, Valenz- und Dominanzwerte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal bewertet wurden. Die Wahl abstrakter Kunst als emotionaler Stimulus wurde durch die umfangreiche Literatur zu Emotionen, Kunst und Ästhetik inspiriert8,36. Durch die Einbeziehung von abstrakten Kunstwerken in unser Experiment testen wir emotionale visuelle Reize, die, wie bei den Instrumentalstücken im akustischen Bereich, nicht mit einer offensichtlichen Bedeutung verbunden sind. Die hier berichteten Daten könnten dazu dienen, den Zusammenhang zwischen ästhetischen und emotionalen Reaktionen weiter zu erforschen. Alle visuellen Stimuli wurden in der Mitte eines Bildschirms (26 Zoll) präsentiert, der sich in etwa 40 cm Entfernung von den Teilnehmern befand, wobei die Mitte auf Augenhöhe der Teilnehmer ausgerichtet war. Die visuellen Stimuli wurden 15 Sekunden lang angezeigt.

Haptische Stimuli

Zehn haptische Stimuli wurden mittels eines von Ultrahaptics Ltd (http://ultrahaptics.com/) entwickelten haptischen Geräts in der Luft abgegeben. Diese haptische Mid-Air-Technologie ermöglicht die Erzeugung von taktilen Empfindungen durch fokussierte Ultraschallwellen, was zu Empfindungen führt, die als trockener Regen oder Luftstöße beschrieben werden können37. Das haptische Gerät besteht aus einem Array von 16×16 Ultraschallwandlern; jeder Wandler kann einzeln, nacheinander oder gleichzeitig mit anderen Wandlern aktiviert werden, so dass einzigartige Muster entstehen, die in Bezug auf Ort, Intensität, Frequenz und Dauer variieren.38 Die zehn verschiedenen haptischen Reize, die im vorliegenden Experiment verwendet wurden, werden in Form von haptischen Mustern dargestellt. Diese Muster wurden aus einer Liste von haptischen Mustern ausgewählt, die von Obrist und Kollegen erstellt und zuvor validiert worden waren25. Diese Muster variieren in Bezug auf die Position (16 verschiedene Positionen in einem 4×4-Raster) auf der Handfläche des Benutzers, die Intensität (drei Stufen: niedrig – mittel – hoch), die Frequenz (fünf Optionen, Bereich: 16-256 Hz) und die Dauer (200-600 ms). Bitte beachten Sie, dass diese Muster für die rechte Hand des Benutzers entworfen wurden und daher an die rechte Hand des Teilnehmers übertragen wurden, ohne die Handdominanz zu berücksichtigen.

Selbsteinschätzung

Die Teilnehmer bewerteten ihre eigene emotionale Reaktion mit Hilfe des Self-Assessment Manikin (SAM) (siehe Abb. 2), einer nonverbalen, bildhaften Bewertungstechnik, die die emotionale Reaktion anhand von drei Komponenten bewertet: Valenz (ob die hervorgerufene Emotion positiv oder negativ ist), Erregung (wie stark die hervorgerufene Emotion „aktivierend“ ist) und Dominanz (ob der Teilnehmer das Gefühl hat, die Emotion zu beherrschen), die häufig als die wichtigsten Deskriptoren für alle emotionalen Aktivierungen identifiziert werden26. Das SAM wurde erstmals von Bradley und Lang vorgeschlagen24 und spiegelt die Idee wider, dass Emotionen, wie wir sie kennen (d. h. Angst, Freude, Wut, Ruhe usw.), in einem zweidimensionalen Raum dargestellt werden können, der Valenz und Erregung als orthogonale Hauptachsen hat. Obwohl die Erörterung der verschiedenen Emotionstheorien den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, lohnt es sich, den Vorteil des SAM-Ansatzes im Vergleich zu einem Fragebogen zu betrachten, der ein kategoriales Modell der Emotionen widerspiegelt (z. B. das Genfer Emotionsrad). Im Vergleich zu einem kategorialen Emotionsmodell27 konnten wir mit diesem Ansatz die semantischen Implikationen und Eigenheiten, die die Teilnehmer bei der Benennung der von ihnen empfundenen Emotion gehabt haben könnten, umgehen39 und uns stattdessen auf die Bewertung ihres eigenen emotionalen Zustands konzentrieren. Die Bewertungsskalen wurden auf dem Computerbildschirm angezeigt. Unter jeder Bewertungsskala wurde ein horizontaler Balken in der gleichen Länge wie die fünf bildlichen Darstellungen des SAM mit einem Cursor in der Mitte des Balkens angezeigt. Die Teilnehmer hatten die fünf verschiedenen Manikins als visuelle Referenz für jede emotionale Dimension (d.h. Erregung, Valenz und Dominanz). Die Teilnehmer konnten die Position des Cursors über dem Balken mit Hilfe einer Maus steuern, die sie mit der rechten Hand bewegten. Die Bewertungsskalen reichen von 0 bis 100, in 1-Punkt-Schritten, wobei 0 dem extrem linken und 100 dem extrem rechten Manikin entspricht26. Es wurde eine kontinuierliche visuelle Analogskala verwendet, um eine höhere Genauigkeit bei der parametrischen Datenanalyse und eine größere Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen bei der Bewertung zu erreichen40. Den Teilnehmern wurde kein Zeitlimit für die Beantwortung des SAM gesetzt.

Hautleitfähigkeitsaufzeichnung und Merkmalsextraktion

Die Hautleitfähigkeitsreaktion (SC) wurde mit einem drahtlosen Shimmer3 GSR+ Unit Gerät (Shimmer Sensing, Dublin) gemessen. Zwei 8-mm-Finger-TYPE-Elektroden (z. B. Ag-AgCl-Elektroden, Shimmer Sensing) mit konstanter Spannung (0,5 V) wurden an den Zwischengliedern des linken Zeige- und Ringfingers der Teilnehmer angebracht. Das SC-Aufzeichnungsgerät wurde drahtlos mit einem PC verbunden, um die Daten mit Hilfe der ShimmerCapture-Software zu digitalisieren. Der Verstärkungsparameter war auf 10 mSiemens (μS)/Volt eingestellt, die A/D-Auflösung betrug 12 Bit, was die Aufzeichnung von Reaktionen im Bereich von 2 bis 100 μS ermöglichte.

Jede Aufzeichnung wurde mit der MATLAB Ledalab Toolbox analysiert. In einem ersten Schritt wurden die Daten heruntergetastet und von Artefakten bereinigt (siehe Technische Validierung). Die Merkmalsextraktion erfolgte mittels kontinuierlicher Dekonvolutionsanalyse41 (CDA). CDA unterteilt das SC-Signal in eine phasische und eine tonische Komponente, was die Extraktion von Merkmalen im Zusammenhang mit bestimmten Ereignissen (Triggern) erleichtert. Die mit CDA gewonnenen ereignisbezogenen Merkmale sind in Tabelle 2 dargestellt, die aus der unter www.ledalab.de vorgestellten Originaltabelle übernommen wurde. Bitte beachten Sie, dass der Auslöser, der die ereignisbezogenen Merkmale hervorruft, zu Beginn des Stimulus gesetzt wurde, während das Zeitfenster, das zur Berechnung der ereignisbezogenen Merkmale herangezogen wurde, die gesamte Dauer des Stimulus plus 4 s umfasste (eine Diskussion über die Dauer dieses Zeitfensters finden Sie unter Nutzungshinweise und Einschränkungen der Datenbank weiter unten). Aus dem Rohsignal wurden auch standardmäßige Trough-to-Peak (TTP)-Merkmale sowie globale Maße (Mittelwert und maximale Auslenkung, siehe Tabelle 2) gewonnen.

Im Allgemeinen wurden Merkmale, die mit der SC-Reaktion zusammenhängen, mehrfach mit emotionalen Reaktionen (und insbesondere mit hocherregten Reaktionen) in Verbindung gebracht31-33. Emotionale Zustände, die durch hohe Erregung gekennzeichnet sind, korrelieren mit der Aktivierung einer Kampf- oder Fluchtreaktion. Diese Reaktion wird durch das autonome System (und insbesondere durch den Sympathikus) reguliert, der wiederum den Nervus sudomotorius aktiviert, der die Freisetzung von Schweiß aus den Schweißdrüsen auf der Haut der Hand auslöst. Ein Beispiel für ein SC-Signal ist in Abb. 3 dargestellt.