Die elektrodermale Aktivität (EDA) ist einer der idealen Indikatoren für das Verständnis des sympathischen Nervensystems. Die Erkennung und Untersuchung der Reaktionen des menschlichen Körpers auf bestimmte äußere Faktoren und deren medizinische Anwendung ist ein zu erforschendes Forschungsgebiet. Dank dieser Daten und der Entwicklung von Algorithmen ist es möglich, Stresssituationen zu erkennen oder Krankheiten wie Epilepsie zu überwachen. Im Hinblick auf die künftige Entwicklung dieser Technologie werden bereits Forschungsarbeiten durchgeführt, um ihre mögliche Anwendung bei der Bewertung des Selbstmordrisikos oder bei der Früherkennung von Depressionssymptomen zu untersuchen.
Derzeit werden Fragebögen und Skalen, einschließlich Selbsteinschätzungsskalen, zur Bewertung des Suizidrisikos verwendet. Parallel dazu werden auch Suizidrisikofaktoren (d. h. frühere Suizidversuche, Suizidabsicht, somatische Erkrankungen usw.) berücksichtigt. Ihre Anwendung bietet jedoch keine hinreichende Gewähr für eine genaue Unterscheidung des Schweregrads des Selbstmordrisikos jedes Einzelnen.
Wie wir bereits in früheren Veröffentlichungen erwähnt haben, stellt die Einbeziehung von Biopotentialsensoren in Handgelenk-Wearables einen Paradigmenwechsel in diesem Bereich dar. Die Geräte sind in der Lage, kontinuierlich alle Arten von Daten zu speichern und zu übermitteln, die dann durch künstliche Intelligenz analysiert werden können. Die Erfassung von EDA-, EKG-, Atemfrequenz- oder Temperaturvariablen durch diese Geräte ist von großem klinischen Nutzen. Viele Unternehmen, wie z. B. Samsung, haben bereits damit begonnen, EDA-Messgeräte in ihre Geräte einzubauen.
Studie zur elektrodermalen Aktivität (EDA)
Die Bedeutung der EDA für das Studium der Psychiatrie begann 1972 an Bedeutung zu gewinnen, und im Laufe der Jahre hat ihr Wert aufgrund der einfachen und noch genaueren Messung dieser Variable an Bedeutung gewonnen. Zusätzlich zur EDA werden das Elektrokardiogramm (EKG) und die Atemfrequenz überwacht, um Indikatoren für die emotionale Reaktivität zu finden, die mit Suizidfaktoren in Zusammenhang stehen könnten.
Die Organe sind mit dem sympathischen Nervensystem verbunden, das dafür zuständig ist, den Körper auf Stresssituationen vorzubereiten, und mit dem parasympathischen Nervensystem, das für die Verlangsamung der Körper- und Stoffwechselaktivität verantwortlich ist, um den Körper auf Zeiten der Ruhe und des Friedens vorzubereiten. Die Haut bildet hier eine Ausnahme, da die Schweißdrüsen und Blutgefäße ausschließlich vom Sympathikus innerviert werden. Das elektrodermale Aktivitätssignal (EDA) ist eine elektrische Manifestation der sympathischen Innervation der Schweißdrüsen [1].
Die EDA kann mit Hilfe von Hautleitwertdaten gemessen werden, da der Hautleitwert direkt proportional zur Schweißsekretion ist [2]. Dies macht die Hautleitwerte zu einem idealen Maß für die Aktivierung des sympathischen Nervensystems.
Ideale normale Gewöhnung und elektrodermale Hyporreaktivität in Bezug auf die Präsentation wiederholt identischer nicht-signifikanter Reize. Quelle: [19]
Drastische Veränderungen oder Spitzen im EDA-Signal, die mit einer Reaktion auf einen Reiz verbunden sind, werden als Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR) bezeichnet.
EDA und SCR werden in denselben Einheiten gemessen, in der Regel Mikrosiemens (µS). Das Spektrum des EDA-Signals liegt im Bereich von 0,045-0,15 Hz, kann aber bei intensiver körperlicher Betätigung bis auf 0,37 Hz ansteigen [3][4]. Die Parameter des SCR sind [5]:
- Latenzzeit, d. h. der SCR-Peak erscheint zwischen 1 und 5s nach dem auslösenden Reiz [6].
- Amplitude; damit eine Änderung des EDA-Signals als SCR gilt, muss die Amplitude mindestens 0,05µS oder 0,04µS betragen.
- Erholungszeit.
Abbildung 1: Links der ideale SCR mit typischen Parametern. Quelle [20]. Rechts wird das EDA-Signal in tonische und phasische Komponenten zerlegt. Quelle [15].
Der Hautleitwert (Skin Conductance Level, SCL) bezieht sich auf den mittleren Leitwert, der aus der tonischen Komponente des EDA-Signals gewonnen wird, und ist ein Maß für die langsamen und gleichmäßigen Veränderungen des EDA-Signals während der Messzeit. Unspezifische Hautleitfähigkeitsreaktionen (NSSCRs) sind die Anzahl der SCRs über einen bestimmten Zeitraum, die nicht mit einem bestimmten Ereignis verbunden sind, sondern spontane Schwankungen darstellen [5].
Klinische Anwendungen
Die Beziehung des EDA-Signals zum sympathischen Nervensystem macht seine Analyse nicht nur für die Medizin, sondern auch für die Psychologie sehr nützlich. Eine umfassende Übersicht über die Anwendungen der EDA-Messung findet sich in [1]. Nachfolgend sind einige Beispiele aufgeführt, bei denen Wearables zur Datenerfassung verwendet wurden:
- Ein Maß für den Stress einer Person. Zum Beispiel: am Arbeitsplatz [43], im Vorfeld von Operationen [7], bei älteren Menschen [8] oder bei Menschen mit Demenz [9].
- Überwachung von Menschen mit Epilepsie [9], einschließlich der Analyse der Anfallsschwere [9][10][11].
- Identifizierung und Klassifizierung mit Emotionen [12][13].
- Erkennung des Drogenkonsums in Echtzeit [14].
- Bewertung der Risikowahrnehmung der Arbeitnehmer [15].
Von Intelligent Data vorgeschlagene Lösung
Im Bereich der Wearables arbeitet Intelligent Data bereits an der Entwicklung einer innovativen Lösung für den Markt. Wir entwickeln Geräte, die für den Einsatz im Gesundheitswesen geeignet sind und über eingebaute Messgeräte für die elektrodermale Aktivität (EDA) verfügen. Zusammen mit anderen Messgeräten für Vitalparameter wie EDA, EKG, Atemfrequenz oder Temperatur wollen wir Geräte entwickeln, die in der Lage sind, Routinen zu erkennen und ihre Arbeit im Gesundheitswesen zu erleichtern.
Parallel dazu arbeiten wir an der Entwicklung von Algorithmen zur Berechnung möglicher Gesundheitsrisiken für Patienten:
- Gesundheitliche Entwicklungen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Verschlechterung des Gesundheitszustands und/oder der Verschlechterung des Gesundheitszustands älterer und/oder chronisch kranker Menschen.
- Vorhersage und Prävention von Infektionen.
Zu unseren aktuellen Lösungen zählen wir ID LebenslaufID Vita, eine Smartwatch mit den neuesten Entwicklungen und einer Software, die vollständig an die Bedürfnisse der Telebetreuung in Wohnheimen, Krankenhäusern oder anderen Einrichtungen angepasst ist. Die EDA-Messung ist eine optionale Funktion auf Anfrage des Geräts.
Beziehung zu Depressionsscreening und Suizidprävention
Derzeit wird eine Reihe von Studien zum Thema Selbstmord und Depression durchgeführt, die sich auf Daten stützen, die über die EDA gewonnen wurden. Besonders hervorzuheben ist eine Studie, die zwischen Dezember 2015 und Oktober 2016 am Samsung Medical Center in Korea durchgeführt wurde. An der Studie nahmen 30 Patienten mit einer schweren depressiven Störung (MDD) und 37 gesunde Patienten teil. Alle Teilnehmer wurden von spezialisierten Psychiatern nach den Kriterien des Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-IV (DSM-IV) diagnostiziert.
In dieser Studie wurde anhand von Experimenten der Nachweis erbracht, dass EDA-Signale als Biomarker für schwere depressive Störungen verwendet werden können. Patienten mit MDD und gesunde Patienten wurden mit einem auf Entscheidungsbäumen basierenden Algorithmus mit 74 % Zuverlässigkeit klassifiziert.
Die Studie war speziell darauf ausgerichtet, die Machbarkeit einer EDA-basierten Klassifizierung von MDD-Patienten zu testen. Um die Unterscheidungsfähigkeit zu erhöhen, wurde zunächst die EDA gemessen, während die Probanden Entspannungs- und Stressinduktionsaufgaben durchführten. Zweitens wurden neben der Extraktion von EDA-Merkmalen für jede Phase auch differentielle Merkmale berechnet, die Unterschiede in der EDA zwischen zwei verschiedenen Phasen darstellen. Die mit SVM-RFE durchgeführte Merkmalsselektion ergab, dass differentielle Indikatoren der EDA und Indikatoren, die während der Stress- und Entspannungsaufgaben gemessen wurden, sehr nützlich für die Unterscheidung waren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hier vorgeschlagene Methode des maschinellen Lernens, die mehrere Veränderungen in der EDA berücksichtigt, ein großes Potenzial als objektiver Marker für MDD bietet, der letztendlich die Diagnose und Behandlung von Patienten verbessern kann.
EDOR-Test
Eine der wichtigsten Studien zur Wirksamkeit von EDA bei der Untersuchung ihrer Beziehung zu Depression und Selbstmordrisiko ist der EDOR-Test. Mit dem EDOR-Test wird die Orientierungsreaktion gemessen. Dieses Verfahren wurde im Laufe der Jahre von Lars Håkan Thorell während seines Studiums an der Universität Linköping entwickelt und modifiziert. Auf dieser Grundlage hat das Unternehmen Emotra im Jahr 2014 ein standardisiertes EDOR-System entwickelt. Eine diagnostische Methode zur Untersuchung von Patienten mit Depressionen und zur Messung ihrer elektrischen Reaktivität. Um schließlich die Wirksamkeit dieses Instruments bei der Identifizierung von Personen mit einem besonderen Suizidrisiko zu bewerten, hat Emotra europäische multizentrische klinische Studien über den Zusammenhang zwischen EDA und Suizidalität bei Patienten mit affektiven Störungen initiiert. Bislang haben mehr als 1573 Personen an diesen Studien teilgenommen.
EDOR-Test. Quelle: [19]
Beim EDOR-Test werden zwei Finger auf Goldelektroden gelegt und ein Gleichstrom von 0,5 V normgerecht durch die Epidermis geleitet. Parallel dazu wird während des Tests von Zeit zu Zeit ein mäßig lauter Ton über Kopfhörer eingespielt. Die elektrodermalen Reaktionen auf die Stimuli stellen eine Erhöhung der Leitfähigkeit dar, die auf die erhöhte Anzahl gefüllter Schweißkanäle zurückzuführen ist, die als Leiter durch die elektrisch sehr widerstandsfähige Epidermis wirken. Mit dem EDOR-Test wird die Gewöhnungsrate bei wiederholten neutralen Hörreizen untersucht. EDOR ist ein Akronym, das aus der Kombination der Begriffe "ElectroDermal" (ED) und "Orienting Response" (OR) entstanden ist. Sie dient dazu, ein extrem hyperaktives und extrem hyperreaktives EDA-System zu identifizieren. Die im Test gemessenen EDA-Reaktionen sind unwillkürlich und können nicht absichtlich aktiviert werden, was eine Verfälschung des Testergebnisses unmöglich macht, was ein weiterer Vorteil dieser Methode ist.
Schlussfolgerungen
Kurz gesagt, die Untersuchung der elektrodermalen Aktivitätsindikatoren (EDA) ist ein Bereich, der aufgrund seines potenziellen Nutzens ständig untersucht wird. Die Informationen, die von Wearables und anderen Messsystemen geliefert werden, stellen eine neue Detailstufe für die klinische Untersuchung der Gewohnheiten und Routinen von Menschen dar. Dank dieser Daten und anderer Biomarker ist es möglich, neue Indikatoren zu erhalten, die es erlauben, das Risiko eines epileptischen Anfalls präventiv zu erkennen oder die Zunahme oder Abnahme des Selbstmordrisikos bei Patienten zu bewerten.