Кожно-гальваническая реакция: методы и параметры

Стоит человеку услышать неожиданный вопрос или увидеть тревожную картинку, как сопротивление его кожи падает на десятки килоом - задолго до того, как он успеет что-то сказать. Это и есть кожно-гальваническая реакция: изменение электрических свойств кожи, вызванное работой потовых желёз под управлением симпатической нервной системы. В психофизиологии она ценится за то, что даёт почти чистый показатель активации организма и не зависит от воли испытуемого. Ниже разберём физиологию явления, два классических метода регистрации, параметры ответа и типовые ошибки анализа. Числа удобно проверить на калькуляторе сразу после введения.

Что такое кожно-гальваническая реакция

Кожно-гальваническая реакция (КГР) - это регистрируемое изменение электропроводности или электрического потенциала кожи в ответ на значимый стимул. В англоязычной литературе явление называют электродермальной активностью (electrodermal activity), а устаревшее название «психогальванический рефлекс» встречается в старых учебниках.

Историю метода открывают две работы. В 1888 году французский врач Шарль Фере пропустил через кожу слабый постоянный ток и обнаружил, что при эмоциональном возбуждении сопротивление участка падает. Годом позже Иван Романович Тарханов показал, что разность потенциалов между двумя точками кожи меняется и без всякого внешнего тока. Так появились два принципиально разных подхода, которые до сих пор носят имена авторов.

Физиология: почему кожа меняет проводимость

Ключевой исполнительный орган КГР - эккриновые потовые железы ладоней и подошв. Их плотность здесь максимальна (до 400 желёз на квадратный сантиметр), и работают они не столько для терморегуляции, сколько для «эмоционального» потоотделения.

Рассчитать для своей задачи

Цепочка выглядит так: значимый стимул оценивается структурами лимбической системы, прежде всего миндалиной; сигнал идёт к гипоталамусу и далее к боковым рогам грудного отдела спинного мозга; постганглионарные симпатические волокна выделяют ацетилхолин и запускают секрецию пота. Заполненный электролитом проток железы работает как дополнительный проводящий канал, включённый параллельно роговому слою. Чем больше протоков заполнено, тем ниже сопротивление участка кожи.

Отсюда важнейшее свойство метода: потовые железы получают только симпатическую иннервацию, парасимпатических влияний на них нет. Поэтому КГР - редкий вегетативный показатель, который отражает активность одного отдела в чистом виде, тогда как, например, индекс Кердо описывает баланс двух отделов сразу.

Метод Фере и метод Тарханова

Экзосоматический метод Фере предполагает подачу на кожу внешнего тока. Современный стандарт - постоянное напряжение 0,5 В между двумя электродами, при котором измеряется ток, а результат пересчитывается в проводимость. Именно этот вариант применяют в 90% исследований.

Эндосоматический метод Тарханова внешнего тока не использует: прибор регистрирует собственную разность потенциалов кожи в милливольтах. Метод чувствителен к состоянию электродов и труднее поддаётся стандартизации, поэтому сегодня применяется реже, хотя даёт информацию о механизмах, недоступную первому подходу.

Проводимость и сопротивление связаны обратной пропорцией:

$G = \frac{1}{R}, \qquad G\,[\text{мкСм}] = \frac{10^6}{R\,[\text{Ом}]}$

Пример: сопротивление кожи 250 кОм соответствует проводимости

$G = \frac{10^6}{250\,000} = 4\ \text{мкСм}$

Если во время стимула сопротивление упало до 200 кОм, проводимость стала 5 мкСм, а амплитуда реакции равна 1 мкСм. Работать принято именно с проводимостью: она линейно связана с числом активных потовых желёз, а сопротивление - нет.

Тонический уровень и фазические ответы

Запись КГР раскладывают на две составляющие. Тоническая - это медленно меняющийся фоновый уровень проводимости (skin conductance level, SCL), у взрослого человека в покое он лежит в диапазоне 2-20 мкСм и зависит от температуры, гидратации и общего уровня бодрствования.

Рассчитать для своей задачи

Тонический уровень сам по себе информативен: он растёт при переходе от дремоты к бодрствованию, при умственной нагрузке и в первые минуты незнакомой обстановки, а к концу спокойного получаса эксперимента медленно сползает вниз. Из-за этого дрейфа фон перед каждым стимулом берут заново, а не один раз в начале записи.

Фазическая составляющая - короткие всплески проводимости (skin conductance response, SCR) длительностью несколько секунд. Всплески делят на два класса: вызванные, связанные с конкретным стимулом, и спонтанные, возникающие без видимой причины. В покое частота спонтанных ответов составляет 1-3 в минуту, при тревоге и напряжении она поднимается до 20 и более - сама эта частота служит показателем уровня активации.

Параметры реакции: амплитуда, латентность, восстановление

Вызванную реакцию описывают четырьмя числами, и все они нужны, чтобы отличить настоящий ответ от дрейфа записи.

Амплитуда - прирост проводимости от исходного уровня до пика. Минимальным значимым приростом при цифровой регистрации считают 0,05 мкСм; всё, что ниже, относят к шуму. Типичные амплитуды ответа на значимый стимул - от 0,1 до 1 мкСм.

Латентность - задержка от предъявления стимула до начала подъёма. Физиологическое окно составляет 1-4 секунды: подъём, начавшийся раньше или позже, приписывать этому стимулу нельзя. Задержка объясняется временем проведения по симпатическим волокнам и заполнением протоков желёз.

Время подъёма до пика обычно занимает 1-3 секунды.

Время полувосстановления $t_{1/2}$ - интервал от пика до момента, когда амплитуда упала вдвое. Спад описывается экспонентой, которую удобно записать через половинное время:

$A(t) = A_0 \cdot 2^{-t / t_{1/2}}$

Для ладонных отведений $t_{1/2}$ составляет 2-10 секунд и отражает скорость реабсорбции пота. Пример: пик реакции 0,6 мкСм над фоном, время полувосстановления 4 секунды. Тогда через 8 секунд после пика над фоном останется

$A = 0{,}6 \cdot 2^{-8/4} = 0{,}15\ \text{мкСм}$

то есть четверть исходной амплитуды. Если следующий стимул предъявить раньше, чем реакция успела вернуться к фону, ответы наложатся друг на друга, и амплитуду второго придётся считать не от фонового уровня, а от точки старта подъёма. Именно поэтому межстимульный интервал в экспериментах с КГР редко делают короче 10-20 секунд.

Абсолютные значения у разных людей различаются в разы, поэтому в исследованиях применяют нормировку по индивидуальному максимуму (range correction):

$SCR_{\text{норм}} = \frac{SCR}{SCR_{\max}}$

где $SCR_{\max}$ - наибольшая реакция данного испытуемого за весь эксперимент. Без такой нормировки сравнение групп превращается в сравнение толщины рогового слоя.

Где применяют кожно-гальваническую реакцию

Рассчитать для своей задачи

Самое известное применение - полиграф, где КГР работает одним из каналов наряду с дыханием, фотоплетизмограммой и давлением. Прибор фиксирует не ложь, а величину активации при ответе на вопрос, поэтому интерпретация всегда сравнительная: реакцию на проверочный вопрос сопоставляют с реакцией на контрольный.

В экспериментальной психологии КГР - классический индикатор ориентировочного рефлекса. В работах Евгения Соколова показано, что реакция на повторяющийся стимул угасает, а при малейшем изменении параметров стимула восстанавливается: так измеряют «нервную модель стимула». Метод используют в исследованиях эмоций, стресса, тревожных расстройств, в нейромаркетинге, в психофизиологии обучения. Отдельная область - неврология, где симпатический кожный вызванный потенциал применяют для оценки вегетативных нейропатий. Носимые браслеты с датчиком электродермальной активности вывели метод из лаборатории в полевые исследования сна и эмоциональной нагрузки.

Частые ошибки

• Путают сопротивление и проводимость. Рост проводимости означает падение сопротивления; график в килоомах выглядит зеркально перевёрнутым, и знак реакции легко потерять.
• Считают КГР детектором лжи. Реакция отражает уровень активации, а не истинность высказывания: испуг невиновного человека даёт такой же всплеск.
• Игнорируют латентное окно. Всплеск через 8 секунд после стимула - почти наверняка спонтанный ответ, а не реакция на него.
• Не отделяют артефакты. Глубокий вдох, кашель, движение пальцами и разговор дают подъёмы, неотличимые по форме от настоящей реакции; поэтому дыхание пишут параллельным каналом.
• Сравнивают абсолютные мкСм у разных людей. Без нормировки по индивидуальному максимуму различия отражают свойства кожи, а не психику.

FAQ

Чем КГР отличается от ЭДА и GSR? Это названия одного явления в разных традициях: КГР принята в отечественной литературе, GSR (galvanic skin response) - устаревший англоязычный термин, ЭДА (электродермальная активность) - современный зонтичный термин, включающий и уровень, и фазические ответы.

Можно ли по кожно-гальванической реакции определить конкретную эмоцию? Нет. КГР надёжно отражает измерение возбуждения (arousal), но не знак эмоции: гнев, страх и восторг одинаковой интенсивности дают сопоставимые всплески. Для различения знака нужны другие каналы, например мимическая электромиография.

Почему у части испытуемых реакция не регистрируется? Около 10% людей относят к электродермальным нереспондерам: у них вызванные ответы почти отсутствуют. Причины бывают физиологическими (низкая реактивность, приём холинолитиков) и техническими: сухие электроды, отведение не с ладонной поверхности, слишком высокий порог амплитуды в настройках прибора.

Коротко

Кожно-гальваническая реакция - изменение проводимости кожи, вызванное симпатической активацией эккриновых потовых желёз. Регистрируют её экзосоматически по Фере (напряжение 0,5 В, результат в микросименсах) или эндосоматически по Тарханову (собственный потенциал кожи в милливольтах). Запись раскладывают на тонический уровень 2-20 мкСм и фазические всплески, а сам ответ описывают амплитудой (значимая - от 0,05 мкСм), латентностью в окне 1-4 с, временем подъёма 1-3 с и временем полувосстановления 2-10 с. Метод даёт чистый показатель уровня активации, но ничего не говорит о её причине и знаке эмоции.