Die EMG (Elektromyographie) erfasst die Bewegung unserer Muskeln. Sie basiert auf der einfachen Tatsache, dass bei jeder Muskelkontraktion ein elektrischer Impuls entsteht, der sich durch das angrenzende Gewebe und die Knochen ausbreitet und an benachbarten Hautstellen aufgezeichnet werden kann.
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Wie bewegen sich Muskeln?
Der Prozess beginnt natürlich im Gehirn. Die Auslösung von Muskelbewegungen geht vom motorischen Kortex aus, wo neuronale Aktivität (eine Abfolge von Aktionspotenzialen) Signale an das Rückenmark sendet und die Informationen über die Bewegung über Motoneuronen an den entsprechenden Muskel weitergeleitet werden [1]. Dies beginnt mit den oberen Motoneuronen, die das Signal an die unteren Motoneuronen weiterleiten.
Die unteren Motoneuronen sind die eigentlichen Auslöser der Muskelbewegung, da sie den Muskel direkt an der neuromuskulären Verbindung innervieren. Diese Innervation bewirkt die Freisetzung von Kalziumionen im Muskel, was letztlich zu einer mechanischen Veränderung der Muskelspannung führt [1, 2]. Da dieser Prozess mit einer Depolarisation (einer Veränderung des elektrochemischen Gradienten) einhergeht, kann die Stromdifferenz mittels EMG erfasst werden.
Wie funktioniert EMG?
Da die EMG-Aktivität (gemessen in Mikrovolt) linear mit dem Ausmaß der Muskelkontraktion sowie der Anzahl der kontrahierten Muskeln zusammenhängt – oder anders ausgedrückt: Je stärker die Muskelkontraktion und je höher die Anzahl der aktivierten Muskeln, desto größer ist die aufgezeichnete Spannungsamplitude.
Da die EMG-Aktivität auch dann messbar ist, wenn wir keine offensichtlichen Handlungen zeigen oder bestimmte Verhaltensweisen unterdrücken, stellen EMG-Aufzeichnungen eine zusätzliche Informationsquelle für kognitiv-behaviorale Prozesse dar, die bei reiner Beobachtung verborgen blieben.
Frühere Forschungsergebnisse deuten auf eine enge Kopplung zwischen dem EMG der Muskeln und dem EEG des motorischen Kortex hin, was sich in signifikanten Korrelationen bei Signalmerkmalen wie Frequenzleistung und Phase im Beta-Band (12–25 Hz) widerspiegelt [3, 4, 5]. Dies unterstreicht die Bedeutung von EMG-Aufzeichnungen für die Überwachung der Interaktion zwischen kortikalen und motorischen Systemen.
Zwar ist die EMG zweifellos hilfreich, um zu verstehen, wie sich Menschen bewegen, doch kann auch die fEMG (Gesichtselektromyographie, bei der EMG-Signale aus den Gesichtsmuskeln aufgezeichnet werden) Aufschluss über Gesichtsausdrücke geben.
Was ist die Gesichts-Elektromyographie (fEMG)?
Die besondere Stärke von fEMG im Vergleich zur automatisierten oder manuellen Gesichtsausdrucksanalyse (die auf der Auswertung von Videoaufnahmen basiert) liegt in der hohen Empfindlichkeit bei der Erkennung von Signalen. Obwohl die Einrichtung aufwendiger ist als bei Videoaufnahmen, sind die gewonnenen Daten zuverlässiger. Das Verfahren kann sogar die nicht sichtbare Muskelaktivität im Gesicht erfassen und liefert so Informationen über unterdrückte Gesichtsausdrücke oder solche, die die Schwelle für sichtbare Aktivität nicht überschreiten.
Diese Sensibilität ist entscheidend für das Verständnis der (bewusst oder unbewusst) verborgenen Gesichtsausdrücke, die mit einem inneren emotionalen Zustand in Verbindung stehen können [6, 7], und bietet einen Einblick in die impliziten Gefühle einer Person.
Dieser Prozess lässt sich noch wirkungsvoller gestalten, wenn er durch weitere Methoden zur Erfassung des menschlichen Verhaltens ergänzt wird, wie beispielsweise Eye-Tracking oder GSR (galvanische Hautreaktion). So können Sie erkennen, wohin jemand blickt, wie stark seine emotionale Erregung ist und in welche Richtung diese Emotionen gehen.
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Erste Schritte mit EMG-Sensoren
- Verwenden Sie Oberflächenelektroden
- Das Oberflächen-EMG ist eine vollkommen nicht-invasive Technologie, bei der EMG-Elektroden einfach mit Klebepads auf der Haut angebracht werden können.
- Da diese Elektroden nicht-invasiv sind, eignet sich das EMG ideal zur Überwachung physiologischer Prozesse, ohne etablierte Abläufe und Bewegungsmuster zu beeinträchtigen.
- Um qualitativ hochwertige Daten zu erhalten, denken Sie daran, die Messstellen stets zu reinigen und Make-up mit Alkoholtupfern zu entfernen.
- Bringen Sie die EMG-Elektroden an den gewünschten Muskelgruppen an
- Zugegebenermaßen erfordert dies gewisse anatomische Kenntnisse. Nur wenn man weiß, welche Muskeln bei einer bestimmten Bewegung beteiligt sind, kann man aussagekräftige und zuverlässige Signale erhalten.
- EMG-Messungen im Gesicht werden beispielsweise dadurch erschwert, dass das Gesicht aus 43 Muskeln besteht. Die meisten davon werden vom siebten Hirnnerv (dem „Gesichtsnerv“) gesteuert, der von der Großhirnrinde zu fünf Hauptästen (Temporal-, Zygomatikus-, Buccal-, Mandibular- und Cervicalast) verläuft.
- Jeder Ast versorgt Muskeln in verschiedenen Gesichtsbereichen mit Nerven, was komplexe Gesichtsbewegungen und -verzerrungen ermöglicht.
- Wählen Sie eine geeignete Referenzseite aus:
- EMG-Daten werden als Spannungsdifferenz zwischen der Aufnahmestelle und der Referenzstelle erfasst; daher ist die Wahl einer geeigneten Referenzstelle ebenso wichtig wie die Wahl der eigentlichen Aufnahmestelle.
- Wir empfehlen, die EMG-Referenzkanäle an knöchernen Körperteilen wie dem Ellenbogen, der Hüfte oder den Schlüsselbeinen anzubringen.
- Verwenden Sie kurze Elektrodenkabel/Leitungen
- Um elektrische Störungen durch umgebende Stromquellen so gering wie möglich zu halten, sollten die Kabel, die die Aufzeichnungselektroden mit dem Verstärker bzw. dem Aufzeichnungsgerät verbinden, so kurz wie möglich gehalten werden.
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Literaturverzeichnis
[1] Winter, D. A. (1984). Biomechanik der menschlichen Bewegung mit Anwendungen auf die Untersuchung der menschlichen Fortbewegung. Crit Rev Biomed Eng. 9:287–314.
[2] Picard N, Strick PL. (1996) Motorische Areale der medialen Wand: eine Übersicht über ihre Lage und funktionelle Aktivierung. Cereb. Cortex. 6:342–353. doi: 10.1093/cercor/6.3.342.
[3] Hashimoto Y., Ushiba J., Kimura A., Liu M. & Tomita Y. (2010). Korrelation zwischen der EEG-EMG-Kohärenz während isometrischer Kontraktion und ihrer imaginären Ausführung. Acta Neurobiol. Exp. 70, 76–85.
[4] Churchland MM, Cunningham JP, Kaufman MT, Ryu SI, Shenoy KV. (2010). Kortikale Vorbereitungsaktivität: Darstellung von Bewegung oder erstes Rädchen in einer dynamischen Maschine? Neuron 68: 387–400.
[5] Churchland MM, Santhanam G, Shenoy KV. (2006). Die vorbereitende Aktivität im prämotorischen und motorischen Kortex spiegelt die Geschwindigkeit der bevorstehenden Greifbewegung wider. J Neurophysiol 96: 3130–3146.
[6] Y. G. Yang und S. Yang (2011). Untersuchung zur Emotionserkennung auf der Grundlage von Oberflächen-Elektromyographie und einer verbesserten Support-Vektor-Maschine mit der Methode der kleinsten Quadrate, Journal of Computers, Band 6, Nr. 8, S. 1707–1714.
[7] Tan, J.W., Walter, S., Scheck, A., Hrabal, D., Hoffmann, H., Kessler, H. & Traue, H. (2011). Aktivitäten der Gesichts-Elektromyographie (fEMG) als Reaktion auf affektive visuelle Stimulation. In: Affective Computational Intelligence (WACI), 2011 IEEE Workshop on, 1–5.[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]
