Le valutazioni emotive e la risposta della conduttanza cutanea a stimoli visivi, uditivi e aptici

Partecipanti

Cento volontari sani hanno partecipato all’esperimento (media=26,88 anni; SD=9,11; range: da 18 a 71 anni; 61 donne). Tutti i partecipanti, tranne 9, hanno dichiarato di essere destrorsi. Il pre-screening ha permesso solo ai partecipanti con una vista normale (o corretta fino alla normalità), senza storia di disturbi neurologici, psicologici o psichiatrici, e senza problemi tattili o uditivi di prendere parte all’esperimento. I partecipanti sono stati reclutati dall’Università del Sussex, erano ingenui riguardo allo scopo dell’esperimento, sono stati pagati per la loro partecipazione e hanno dato un consenso informato scritto. Lo studio è stato condotto in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki ed è stato approvato dal comitato etico dell’Università del Sussex (Sciences & Technology Cross-Schools Research Ethics Committee, Ref: ER/EG296/1).

Configurazione e procedura di acquisizione

I partecipanti sono stati invitati a sedersi comodamente davanti allo schermo di un computer. Abbiamo posizionato gli elettrodi di registrazione SC (GSR Electrodes, Shimmer®) all’indice e all’anulare della mano sinistra dei partecipanti (come in rif. 35) come mostrato in Fig. 1.

Una quantità variabile di tempo (circa cinque minuti) è stata concessa ai partecipanti per rilassarsi, prepararsi per l’esperimento e familiarizzare con il setup sperimentale. In particolare, in questo lasso di tempo, ai partecipanti è stato prima mostrato dallo sperimentatore come posizionare correttamente la loro mano destra sul dispositivo aptico, e poi è stato chiesto di mettere ripetutamente la loro mano destra su di esso, memorizzando la posizione della mano in modo da poterla replicare durante l’esperimento. Inoltre, i partecipanti sono stati invitati a trovare una posizione comoda per la mano sinistra, che sono stati istruiti a non muovere per tutta la durata dell’esperimento.

All’inizio dell’esperimento, ai partecipanti è stato chiesto nuovamente di rilassarsi per una durata di 60 s, affinché il segnale SC raggiungesse la linea di base. All’inizio dell’esperimento, la registrazione SC è stata attivata e ha continuato a funzionare fino alla fine dell’esperimento. La consegna di ogni stimolo emotivo è stato segnato come trigger emotivo nel registro dei dati per aiutarci a interpretare il significato del segnale SC.

Stimoli emotivi sono stati presentati in un ordine randomizzato. In particolare, la presentazione degli stimoli è stata completamente randomizzata, piuttosto che randomizzata a blocchi, per evitare qualsiasi bias di scala legato alla modalità sensoriale (cioè, i partecipanti che adottano scale diverse a seconda della modalità sensoriale). Prima di ogni stimolo, un conto alla rovescia di tre secondi è apparso al centro dello schermo, seguito dallo stimolo. Quando veniva presentato uno stimolo aptico o uditivo, una frase veniva visualizzata simultaneamente sullo schermo (o “riproduzione audio” o “riproduzione aptica”), informando i partecipanti sulla modalità sensoriale dello stimolo imminente. Dopo ogni stimolo, ai partecipanti è stato chiesto di valutare lo stimolo utilizzando la versione originale del SAM26 (vedi Valutazione dell’autovalutazione, sotto), quindi valutando gli stimoli in base alla loro eccitazione, valenza e dominanza26, con la mano destra. Ogni dimensione del SAM è stata presentata in un ordine randomizzato, una dopo l’altra. Dopo aver risposto all’ultima domanda del SAM, partiva un nuovo conto alla rovescia che segnava l’inizio di una nuova prova. All’inizio di ogni conto alla rovescia, i partecipanti hanno posizionato la loro mano destra comodamente su una scatola nera di plexiglas contenente un dispositivo aptico a mezz’aria (Ultrahaptics®), come avevano precedentemente imparato durante la familiarizzazione. La scatola era aperta sul lato superiore, e un supporto morbido per il polso era attaccato sul bordo vicino al partecipante, in modo che i partecipanti potessero posizionare comodamente la mano destra sopra l’apertura, con il palmo completamente esposto al dispositivo aptico a mezz’aria a una distanza di 20 cm (Fig. 1). Degno di nota, il design della scatola ha permesso ai partecipanti di posizionare facilmente la loro mano sopra il dispositivo in modo standardizzato. Inoltre, lo sperimentatore ha assistito il partecipante durante tutto l’esperimento e ha ripetuto le prove in caso di posizionamento errato della mano.

Stimoli

Stimoli uditivi

Gli stimoli uditivi comprendono dieci suoni dal database IADS (vedi Tabella 1), e dieci estratti strumentali da varie composizioni (vedi Tabella 2). I dieci suoni dello IADS sono stati selezionati in base ai loro punteggi SAM su valenza ed eccitazione riportati in lavori precedenti13. I suoni dello IADS sono stati selezionati in modo che due suoni avessero valutazioni di alto arousal e alta valenza, due avessero valutazioni di basso arousal e bassa valenza, due avessero valutazioni di basso arousal e alta valenza, due avessero valutazioni di alto arousal e bassa valenza, e due fossero definiti neutri (valutazioni di basso arousal e media valenza). I dieci suoni strumentali sono stati valutati per la prima volta in questo lavoro, e costituiscono un contributo originale allo stato dell’arte. I brani musicali sono stati considerati una forma “astratta” di stimolazione nel nostro studio. Infatti, i brani strumentali non trasmettono un significato immediato agli ascoltatori, e il contenuto emotivo del brano è invece legato alle caratteristiche della composizione (ad esempio, la tonalità, il tempo, ecc.)16,17. L’inclusione di brani di musica classica nel nostro database è stata motivata dal recente interesse per il legame tra brani musicali e reazioni emotive14-17. Tutti gli stimoli uditivi sono stati presentati ai partecipanti per mezzo di un paio di cuffie (Beat Studio, Monster); il volume degli stimoli uditivi non ha superato il limite di 90 dB (IADS #275, scream). La durata di tutti gli stimoli uditivi IADS selezionati era di 6 s, tranne uno della durata di 5 s (vedi tabella 1). La durata degli stimoli uditivi astratto-classici poteva variare a seconda della frase musicale (vedi Tabella 1).

Stimoli visivi

I venti stimoli visivi comprendono 10 immagini dal database IAPS, e dieci immagini astratte (vedi Tabella 1). Le dieci immagini dello IAPS sono state selezionate in base ai loro punteggi SAM sulla valenza e sull’arousal riportati in lavori precedenti3. In particolare, sono state selezionate due immagini con valutazioni di alto arousal e alta valenza, due con valutazioni di basso arousal e bassa valenza, due con valutazioni di basso arousal e alta valenza, e due con valutazioni di alto arousal e bassa valenza, e due erano immagini definite neutre (valutazioni di basso arousal e media valenza). I dieci quadri astratti sono stati scelti arbitrariamente dal lavoro di artisti famosi, quindi i loro punteggi di arousal, valenza e dominanza sono stati valutati per la prima volta nel presente lavoro. La scelta dell’arte astratta come stimolo emotivo è stata ispirata dal corpo della letteratura sulle emozioni, l’arte e l’estetica8,36. Includendo opere d’arte astratta nel nostro esperimento, testiamo stimoli visivi emozionali che, come per i brani strumentali in ambito acustico, non sono legati a un significato ovvio. I dati qui riportati potrebbero servire per esplorare ulteriormente la connessione tra le reazioni estetiche ed emotive. Tutti gli stimoli visivi sono stati presentati al centro dello schermo di un monitor (26 pollici), posto a circa 40 cm di distanza dai partecipanti, con il centro allineato al livello degli occhi dei partecipanti. Gli stimoli visivi sono stati visualizzati per 15 s.

Stimoli aptici

Dieci stimoli aptici sono stati forniti per mezzo di un dispositivo aptico a mezz’aria sviluppato da Ultrahaptics Ltd (http://ultrahaptics.com/). Questa tecnologia aptica a mezz’aria permette la creazione di sensazioni tattili attraverso onde ultrasoniche focalizzate, con il risultato di sensazioni che possono essere descritte come pioggia secca, sbuffi d’aria37. Il dispositivo aptico comprende un array di trasduttori a ultrasuoni 16×16; ogni trasduttore può essere attivato individualmente, in sequenza, o contemporaneamente ad altri trasduttori, creando così modelli unici che variano in posizione, intensità, frequenza e durata38.I dieci diversi stimoli aptici utilizzati nel presente esperimento sono presentati sotto forma di modelli aptici. Questi modelli sono stati selezionati da una lista di modelli aptici creati e precedentemente convalidati da Obrist e colleghi25. Questi pattern variano in posizione (16 posizioni diverse specificate in una griglia 4×4) sul palmo degli utenti, intensità (tre livelli: basso – medio – alto), frequenza (cinque opzioni, range: 16-256 Hz), e durata (200-600 ms). Si prega di notare che tali modelli sono stati progettati per la mano destra dell’utente, e quindi sono stati consegnati alla mano destra del partecipante, senza considerare la dominanza della mano.

Self-Assessment rating

I giudizi dei partecipanti sulla propria reazione emotiva sono stati registrati utilizzando il Self-Assessment Manikin (SAM) (vedi Fig. 2), una tecnica di valutazione pittorica non verbale che valuta la reazione emotiva lungo tre componenti: Valenza (se l’emozione suscitata è positiva o negativa), Arousal (quanto l’emozione suscitata è “attivante”), e Dominance (se il partecipante si sente “in controllo” dell’emozione), che sono spesso identificati come i principali descrittori di tutte le attivazioni emotive26. Il SAM è stato proposto per la prima volta da Bradley e Lang 24, e riflette l’idea che le emozioni come le conosciamo (cioè, paura, gioia, rabbia, calma, ecc.) possono essere rappresentate su uno spazio bidimensionale che ha Valenza e Emozione come assi ortogonali principali. Nonostante la discussione delle diverse teorie delle emozioni vada oltre lo scopo di questo articolo, vale la pena considerare il vantaggio di utilizzare l’approccio SAM rispetto ad un questionario che riflette un modello categorico delle emozioni (ad esempio, la Ruota delle Emozioni di Ginevra). Infatti, rispetto a un approccio categorico delle emozioni27, questo approccio ci ha permesso di bypassare le implicazioni semantiche e le idiosincrasie che i partecipanti avrebbero potuto avere nel nominare l’emozione che stavano provando39, concentrandosi invece sulla valutazione del proprio stato emotivo. Le scale di valutazione sono state visualizzate sullo schermo del computer. Sotto ogni scala di valutazione veniva presentata una barra orizzontale della stessa lunghezza delle cinque rappresentazioni pittoriche di SAM con un cursore al centro della barra. I partecipanti avevano i cinque diversi manichini come riferimento visivo per ogni dimensione emotiva (cioè, eccitazione, valenza e dominanza). I partecipanti potevano regolare la posizione del cursore sulla barra per mezzo di un mouse manovrato con la mano destra. Le scale di valutazione vanno da 0 a 100, in passi di 1 punto, dove 0 corrisponde al manichino di estrema sinistra e 100 al manichino di estrema destra26. È stata utilizzata una scala analogica visiva continua per garantire una maggiore precisione nell’analisi parametrica dei dati e una maggiore sensibilità ai cambiamenti nella valutazione40. Nessun limite di tempo è stato dato ai partecipanti per rispondere al SAM.

Registrazione della conduttanza cutanea ed estrazione delle caratteristiche

La risposta della conduttanza cutanea (SC) è stata misurata con un dispositivo wireless Shimmer3 GSR+ Unit (Shimmer Sensing, Dublin). Due elettrodi a scatto da 8 mm (tipo: Ag-AgCl) (elettrodi GSR, Shimmer Sensing) con una tensione costante (0,5 V) sono stati attaccati alle falangi intermedie dell’indice e dell’anulare sinistro dei partecipanti. Il dispositivo di registrazione SC era collegato senza fili a un PC per digitalizzare i dati attraverso il software ShimmerCapture. Il parametro di guadagno è stato impostato a 10 mSiemens (μS)/ Volt, la risoluzione A/D era di 12 bit, permettendo di registrare risposte che vanno da 2 a 100 μS.

Ogni registrazione è stata analizzata utilizzando il MATLAB Ledalab toolbox. Come primo passo, i dati sono stati sottocampionati e puliti dagli artefatti (vedi convalida tecnica). L’estrazione delle caratteristiche è stata ottenuta tramite analisi di deconvoluzione continua41 (CDA). CDA divide il segnale SC in una componente fasica e una tonica, rendendo più facile estrarre le caratteristiche relative a determinati eventi (trigger). Le caratteristiche relative agli eventi ottenute con CDA sono mostrate nella tabella 2, che è stata adattata dalla tabella originale presentata a www.ledalab.de. Si prega di notare che, mentre il trigger elicitare le caratteristiche evento-correlate è stato impostato all’inizio dello stimolo, la finestra temporale considerata per calcolare le caratteristiche evento-correlate comprendeva l’intera durata dello stimolo, più 4 s (per una discussione sulla durata di questa finestra temporale si prega di fare riferimento a Note d’uso e limitazioni del database, di seguito). Le caratteristiche standard trough-to-peak (TTP) sono state ottenute anche dal segnale grezzo, così come le misure globali (deflessione media e massima, vedi Tabella 2).

In generale, le caratteristiche relative alla risposta SC sono state collegate in più occasioni a risposte emotive (e in particolare, risposte ad alta eccitazione)31-33. Gli stati emotivi caratterizzati da un elevato arousal sono correlati all’attivazione di una risposta di lotta o di volo. Tale risposta è regolata dal sistema autonomo (e in particolare dal sistema simpatico), che a sua volta attiva il nervo sudomotore, innescando il rilascio di sudore dalle ghiandole sudoripare nella pelle della mano. Un esempio di segnale SC è mostrato in Fig. 3.