Affective Umbrella – A Wearable System to Visualize Heart and Electrodermal Activity, towards Emotion Regulation through Somaesthetic Appreciation

In this paper, we introduce Affective Umbrella, a novel system to record, analyze and visualize physiological data in real time via an umbrella handle. We implement a biofeedback loop design in the system that triggers visualization changes to reflect and regulate emotions through somaesthetic appreciation. We report the methodology, processes, and results of data reliability and visual feedback impact on emotions. We evaluated the system using a real-life user study (n=21) in rainy weather at night. The statistical results demonstrate the potential of applying the visualization of biofeedback to regulate emotional arousal with a significantly higher (p=.0022) score, a lower (p=.0277) dominance than baseline from self-reported SAM Scale, and physiological arousal, which was shown to be significantly increased (p<.0001) with biofeedback in terms of pNN50 and a significant difference in terms of RMSSD. There was no significant difference in terms of emotional valence changes from SAM scale. Furthermore, we compared the difference between two biofeedback patterns (mirror and inversion). The mirror effect was with a significantly higher emotional arousal than the inversion effect (p=.0277) from SAM results and was with a significantly lower RMSSD performance than the inversion effect (p<.0001). This work demonstrates the potential for capturing physiological data using an umbrella handle and using this data to influence a user’s emotional state via lighting effects

Методе за оцену електричне активности глатких мишића

Recording of the smooth stomach muscles' electrical activity can be performed by means of Electrogastrography (EGG), a non-invasive technique for acquisition that can provide valuable information regarding the functionality of the gut. While this method had been introduced for over nine decades, it still did not reach its full potential. The main reason for this is the lack of standardization that subsequently led to the limited reproducibility and comparability between different investigations. Additionally, variability between many proposed recording approaches could make EGG unappealing for broader application. The aim was to provide an evaluation of a simplified recording protocol that could be obtained by using only one bipolar channel for a relatively short duration (20 minutes) in a static environment with limited subject movements. Insights into the most suitable surface electrode placement for EGG recording was also presented. Subsequently, different processing methods, including Fractional Order Calculus and Video-based approach for the cancelation of motion artifacts – one of the main pitfalls in the EGG technique, was examined. For EGG, it is common to apply long-term protocols in a static environment. Our second goal was to introduce and investigate the opposite approach – short-term recording in a dynamic environment. Research in the field of EGG-based assessment of gut activity in relation to motion sickness symptoms induced by Virtual Reality and Driving Simulation was performed. Furthermore, three novel features for the description of EGG signal (Root Mean Square, Median Frequency, and Crest Factor) were proposed and its applicability for the assessment of gastric response during virtual and simulated experiences was evaluated. In conclusion, in a static environment, the EGG protocol can be simplified, and its duration can be reduced. In contrast, in a dynamic environment, it is possible to acquire a reliable EGG signal with appropriate recommendations stated in this Doctoral dissertation. With the application of novel processing techniques and features, EGG could be a useful tool for the assessment of cybersickness and simulator sickness.Снимање електричне активности глатких мишића желуца може се реализовати употребом електрогастрографије (ЕГГ), неинвазивне методе која пружа значајне информације везане за функционисање органа за варење. Упркост чињеници да је откривена пре више од девет деценија, ова техника још увек није остварила свој пун потенцијал. Основни разлог за то је недостатак стандардизације који условљава ограничења у смислу поновљивости и упоредивости између различитих истраживања. Додатно, варијабилност која је присутна у примени различитих препоручених поступака снимања, може смањити интерес за употребу ЕГГ-а код широког опсега потенцијалних корисника. Наш циљ је био да пружимо евалуацију поједностављене методе мерења тј. протокола који укључује само један канал током релативно кратког временског периода (20 минута) у статичким условима са ограниченим кретањем субјекта тј. у мировању. Такође, приказали смо наше ставове у вези најприкладније позиције површинских електрода за ЕГГ снимање. Презентовали смо и резултате испитивања метода, на бази обраде видео снимка као и фракционог диференцијалног рачуна, за отклањање артефаката помераја – једног од највећих изазова са којима је суочена ЕГГ метода. За ЕГГ је уобичајено да се користе дуготрајни протоколи у статичким условима. Наш други циљ био је да представимо и оценимо употребљивост супротног приступа – краткотрајних снимања у динамичким условима. Реализовали смо истраживање на пољу оцене активности желуца током појаве симптома мучнине изазване виртуелном реалношћу и симулацијом вожње. За потребе методе за оцену електричне активности желуца, предложили смо три нова параметра за квантификацију ЕГГ сигнала (ефективну вредност амплитуде, медијану и крест фактор) и извршили процену њихове прикладности за оцену гастроинтестиналног тракта током коришћења виртуелне реалности и симулатора вожње. Закључак је да ЕГГ протокол у статичким условима може бити упрошћен и његово трајање може бити редуковано, док је у динамичким условима могуће снимити одговарајући ЕГГ сигнал, али уз праћење препорука наведених у овој тези. Употребом нових техника за процесирање сигнала и прорачун одговарајућих параметара, ЕГГ може бити корисна техника за оцену мучнине изазване коришћењем симулатора и производа виртуелне реалност

Considering Gut Biofeedback for Emotion Regulation

International audienceRecent research in the enteric nervous system, sometimes called the second brain, has revealed potential of the digestive system in predicting emotion. Even though people regularly experience changes in their gastrointestinal (GI) tract which influence their mood and behavior multiple times per day, robust measurements and wearable devices are not quite developed for such phenomena. However, other manifestations of the autonomic nervous system such as electrodermal activity, heart rate, and facial muscle movement have been extensively used as measures of emotions or in biofeedback applications, while neglecting the gut. We expose electrogastrography (EGG), i.e., recordings of the myoelectric activity of the GI tract, as a possible measure for inferring human emotions. In this paper, we also wish to bring into light some fundamental questions about emotions, which are often taken for granted in the field of Human Computer Interaction, but are still a great debate in the fields of cognitive neuroscience and psychology