Komponentenzerlegung der Hautleitwertreaktion

Das vorliegende Projekt befasst sich mit der Entwicklung einer Methode zur Analyse von Hautleitwertdaten, wobei speziell die Überlagerung von tonischen und phasischen Aktivierungsanteilen berücksichtigt werden soll. Hautleitwertdaten zeigen ein typisches Muster von teilweise überlappenden phasischen Reaktionen, die sich von einer nur langsam veränderlichen Grundaktivierung abheben. Die phasischen Reaktionen folgen einem charakteristischen Verlauf. Mit Hilfe eines geeigneten Modells der Verlaufsform sollte es möglich sein, Hautleitwertdaten in die zugrunde liegenden phasischen und tonischen Anteile zu zerlegen. Diese Analyse kann als eine Art Datenreduktion verstanden werden, wobei die Aktivierung eines bestimmten Zeitabschnitts anhand weniger Zahlen beschrieben werden kann, nämlich den Startzeiten und Amplituden der vorhandenen phasischen Reaktionen. Der Verlauf einer einzelnen Hautleitwertreaktion kann mit einer Multiexponentialfunktion (z. B. der Bateman-Funktion) beschrieben werden, die sich von einem Multikompartimentmodell ableiten lässt. Eine Zerlegungsmethode der elektrodermalen Aktivierung basierend auf diesen Funktionen soll untersucht werden und im Hinblick auf eine zuverlässige Extraktion von Aktivierungsinformation hin optimiert werden. Die Güte der Methode wird mit Hilfe von Computersimulationen und anhand von Realdaten mit variierender Stimulusintensität und Interstimulusintervall überprüft. Es erfolgt eine Validierung anhand weiterer Maße des ANS und ein Vergleich mit gängigen Analysemethoden. Schließlich soll eine leistungsstarke Software zur Analyse von Hautleitwertdaten für den wissenschaftlichen Einsatz bereitgestellt werden können.

Emotionale Erregung geht im Allgemeinen mit einer Aktivierung der Schweißdrüsen einher, wodurch die elektrischen Eigenschaften der Haut verändert werden. Dieses Phänomen wird als elektrodermale Aktivität (EDA) bezeichnet und dient sowohl in der psychophysiologischen Grundlagenforschung als auch in der klinischen Forschung zur Ableitung von objektiven Erregungsmaßen. Im vorliegenden Projekt wurde die Verlaufsform einzelner elektrodermaler Reaktionen (EDRn) näher untersucht. Hierbei wurde insbesondere die Annahme geprüft, dass eine einzelne EDR sich durch eine biexponentielle Funktion beschrieben werden kann, welche den Diffusionsprozess von Schweiß durch die Haut modelliert. Die Kenntnis der Verlaufsform einzelner EDRn kann genutzt werden, um ein EDA-Signal, das üblicherweise aus einer Vielzahl einander überlagernder EDRn besteht, in seine Einzelkomponenten zu zerlegen. Eine systematische Zerlegung von EDA-Daten mit Hilfe der mathematischen Methode der Entfaltung ergab, dass nicht alle Einzelreaktionen durch biexponentielle Funktionen dargestellt werden können. Um dem weiter nachgehen zu können, wurde die Methode der nichtnegativen Entfaltung entwickelt, welche bei der Signalzerlegung alle Abweichungen von einer Standardform der EDR erfasst. Hierbei konnte bei manchen Einzelreaktionen eine charakteristische Abweichung von der Standardform festgestellt werden. Diese Abweichung konnte auf den Prozess der Öffnung von Schweißporen zurückgeführt werden, der in Fällen hohen hydraulischen Drucks im Schweißduktus auftritt und zum direkten Schweißaustritt auf die Hautoberfläche führt. Eine mathematische Modellierung der Verlaufsformen einzelner EDRn erscheint also nur möglich, wenn neben der Schweißdiffusion auch der Schweißaustritt auf die Hautoberfläche berücksichtigt wird. Die Beachtung beider Teilprozesse erlaubt schließlich eine vollständige Zerlegung des EDA-Signals in alle Teilkomponenten und ermöglicht dabei eine präzisere Erfassung der Form und insbesondere der Amplitude einzelner EDRn. Die Zerlegung von EDA-Daten mit Hilfe nichtnegativer Entfaltung trägt somit nicht nur zur genaueren Datenanalyse bei, sondern auch zum besseren Verständnis der hierbei zugrunde liegenden physiologischen Prozesse.