Versuch Nr. 9 Elektrodermale Aktivität (EDA)

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-3VorbemerkungDer Alltagsbegriff des Angstschweißes kennzeichnet sehr treffend den Zusammenhang zwischeneinem psychischen Zustand und einer Reaktion der Haut des Menschen, denn Schweiß ist ein Ausscheidungsproduktdes Organes Haut beim Menschen. Ein solcher Zusammenhang ist bereits 1880von Tachanoff berichtet worden (SCHANDRY). Außerdem fand er, daß sich diese Veränderungen inder Haut durch elektrische Messungen in Form von Hautpotentialreaktionen nachweisen lassen.Seitdem spielt die Erforschung des Zusammenhanges zwischen elektrodermaler Aktivität (EDA) undVerhalten bzw. psychischen Ereignissen neben dem kardivaskulären System die größte Rolle in derPsychophysiologie. Ein weiteres Anwendungsbeispiel, allerdings mit eher zweifelhaftem Ruf, ist derLügendetektor.Organsystem HautDie Haut als äußere Hülle des menschlichen Körpers bildet die Grenze zwischen Körper und Umwelt,einerseits schützt sie den Körper, andererseits ist sie ein Sinnessystem, das Reize aus der Umweltaufnimmt. Mit dem Schutz des Organismus verbunden sind Adaptationsaufgaben, wie z.B.Temperaturregulation durch Wärmeabgabe und -aufnahme, sowie Wasserabgabe an die Umgebung.Diese Aufgaben sind bereits in der Darstellung aus dem vorigen Jahrhundert (siehe die Einleitung)enthalten. Nachfolgend eine kurze Darstellung des Aufbaus der Haut, Einzelheiten dazu sind beiBIRBAUMER/SCHMIDT, ROHEN und SILBERNAGEL/DESPOPOULOS nachzulesen.- Oberhaut (Epidermis)Die für die Registrierung der EDA wichtigste Schicht ist die Epidermis, sie ist über den gesamtenKörper sehr unterschiedlich stark ausgebildet, am dicksten jedoch im Bereich der Fußsohlen und derHandinnenflächen. Hier sind die elektrodermalen Phänomene auch am stärksten ausgeprägt. Diebeiden obersten Schichten der Epidermis (Abb. 9-1) spielen gemeinsam eine erhebliche Rolle bei derRegulation der Wasserabgabe an die Umgebung. In der untersten Schicht spielen sichStoffwechselvorgänge ab, die gemeinsam mit der Wasserregulation zu den elektrodermalenPhänomenen beitragen.- Lederhaut (Dermis)Die mittlere Hautschicht, die Dermis, spielt nach bisherigen Erkenntnissen für die EDA keine Rolle, dasie eine sehr stabile elektrische Leitfähigkeit besitzt. Durch sie hindurch laufen lediglich dieSchweißdrüsengänge. Sie ist weiter von einem sehr feinen Netz von Kapillaren durchzogen, sowieNervenfasern mit ihren rezeptorischen Endapparaten (Tast- und Temperatursinn).- Unterhaut (Subcutis)Die unterste der drei Hautschichten, die Subcutis, besteht im wesentlichen aus Fettgewebe, dasneben seiner Hauptaufgabe als Kälteschutz auch noch als Energiespeicher dient. In dieser Schichteingebettet sind die eigentlichen Schweißdrüsen, deren Verteilung auf der gesamten Oberflächeallerdings sehr unterschiedlich ist. Das Sekret dieser Drüsen, der Schweiß, wird durch denDrüsengang auf die Hautoberfläche befördert, erreicht oft aber die Oberfläche nicht, da er vorherbereits wieder resorbiert wird. Der sich außen auf der Hautoberfläche befindende Schweiß ist für dieelektrodermalen Phänomene von untergeordneter Bedeutung.

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-5Literatur werden teilweise noch andere Begriffe, wie z.B. GSR für Galvanic Skin Reaction u.a. verwendet.In der Regel sind dies lediglich andere Bezeichnungen für die Parameter aus vorstehenderTabelle. Allgemein wird die Elektrodermale Aktivität (EDA) durch ihre beiden Bestandteile SCL undSCR beschrieben.HautleitfähigkeitUm die elektrische Leitfähigkeit eines Stoffes zu messen, legt man mittels zweier Elektroden einekonstante Spannung an und mißt den Strom, der in diesem Kreis fließt. Die Begriffe Widerstand undLeitwert stehen dabei in reziprokem Zusammenhang. Nach dem Ohmschen Gesetz:U = R x I (Spannung = Widerstand x Strom)G = 1/R (Leitwert = 1/Widerstand)ergibt sich eine direkte Proportionalität zwischen dem gemessenen Strom und dem gesuchtenLeitwert.G = I/U (Leitwert = Strom/Spannung)Über die physiologischen Grundlagen der elektrodermalen Aktivität gibt es bisher noch keine restloseKlärung, die mit Sicherheit an der Veränderung des Hautleitwertes beteiligten Mechanismen sollen imfolgenden kurz dargestellt werden.Die Schweißdrüsen spielen eine zentrale Rolle für den Hautleitwert• Die Hautleitfähigkeit ist am größten an Hautpartien mit größter Dichte von Schweißdrüsen,obgleich hier die schlecht leitende Oberhaut am dicksten ist.• Bei Menschen ohne Schweißdrüsen gibt es keine Hautleitwertreaktionen.• Eine Durchtrennung oder Blockade der Innervationswege der Schweißdrüsen verhindert eineHautleitwertreaktion.Dies schließt aber nicht die mögliche Beteiligung anderer Strukturen bei derHautleitfähigkeitsänderung aus.Da Schweiß eine elektrisch sehr gut leitende Flüssigkeit ist, liegt es nahe, eine erhöhte Leitfähigkeitmit der Benetzung der Hautoberfläche in Verbindung zu bringen. In Versuchen zeigt sich aber, daßeine Leitwertveränderung schon vor dem Schweißaustritt erfolgt. Erwiesen ist, daß eineDurchfeuchtung der Oberhaut eine drastische Zunahme des Hautleitwertes zur Folge hat. Man gehtdavon aus, daß die Schweißdrüsengänge im Bereich der Oberhaut, besonders des Corneums,besonders wasserdurchlässig sind.An der Leitwertveränderung ist noch ein zweiter Mechanismus beteiligt, wieder im Zusammenhang miterhöhter Schweißdrüsenaktivität. Die Schweißdrüsengänge durchziehen die elektrisch sehr gutleitende Dermis und die schlecht leitende Epidermis. Bei Füllung der Gänge mit Schweiß stellen sieeine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden und der Dermis her. Je mehr Schweißdrüsenaktiviert sind, umso mehr Gänge bilden einen Leitweg, umso größer wird der Leitwert, wieder nachdem Ohm'schen Gesetz aus der Physik, das besagt, daß der Leitwert eines Leiters proportional demQuerschnitt ist.Die Innervation der Schweißdrüsen erfolgt auf sympathischem Weg, eine parasympathischeBeteiligung wird mit untergeordneter Bedeutung nicht ganz ausgeschlossen.

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-6Messung der HautleitfähigkeitDie nachfolgende Darstellung der Meßmethode bezieht sich im wesentlichen auf dieStandardisierungsvorschläge von Venables & Christie (1973). Eine Vereinheitlichung der Methode ist,auf Grund der Gerätevielfalt, nur sehr begrenzt möglich.Die Maßeinheit für den Leitwert ist das Siemens (abgekürzt S). Dabei gilt1 S = 1/Ohm,in der englischsprachigen Literatur steht für1 S = 1 mho.Da 1 S einen sehr hohen Leitwert darstellt, der in der Physiologie nicht vorkommt, benutzt manin der Praxis die Größe1 µmho = 10 -6 mho = 1/1000000 mho1 µS = 10 -6 S = 1/1000000 S.Da der Leitwert eines Stoffes oder Gewebes proportional zum Querschnitt ist, der für dieMessung maßgebend ist, in diesem Falle die Elektrodenfläche, wird er zur besserenHandhabung auf diese Fläche (in cm 2 ) bezogen; damit erhält man den spezifischen Leitwert.- Elektroden, AbleitorteUm Polarisationsphänomene zu vermeiden, wird empfohlen, nicht polarisierbare Ag/AgCl-Elektrodenzu verwenden, wie auch bei anderen physiologischen Größen. Die Elektrodenfläche soll etwa 1 cm 2betragen. In der Regel werden wiederverwendbare Elektroden eingesetzt, die mittels Kleberingen aufder Haut fixiert werden. Die Elektrodenpaste zur Sicherung der elektrischen Verbindung zwischenHaut und Elektrode soll isotonisch sein, d.h. die gleiche Elektrolytkonzentration haben wie derSchweiß.Elektrodermale Messungen werden üblicherweise an der Handinnenfläche vorgenommen, wobei dienicht-dominante Hand wegen der meist dünneren Hornhaut bevorzugt wird. Zur Vorbereitung derMessung soll die Haut lediglich mit Alkohol von Fett gereinigt werden, Waschen mit Wasser und Seifeführt zu einem Aufquellen der Haut und damit einer Verringerung der Leitfähigkeit.Beispiele für Ableitorte sind in der folgenden Abbildung dargestellt, die Empfehlungen in der Literaturgehen hier etwas auseinander. C6, C7 und C8 stellen unterschiedliche Dermatome (das sindgleichartig innervierte Hautareale) dar. Die gestrichelten Kreise entsprechen einerElektrodenplazierung nach Walschburger, die schwarzen nach Venables&Christie.

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-7Abb. 9-2: Ableitungsorte für Hautleitwertmessungen (Schandry 1989)Die Hautleitfähigkeit unterliegt, wie andere physiologische Größen auch, sowohl tonischen als auchphasischen Veränderungen. Meßtechnisch stellt dies ein großes Problem dar, denn die langsamenNiveauverschiebungen - tonische Anteile - bewegen sich in der Größenordnung von ca. 2 bis100 µmho/cm 2 , die phasischen Leitwertreaktionen dagegen nur bei ca. 0.01 bis 5 µmho/cm 2 . In derfolgenden Abbildung ist ein solcher Verlauf dargestellt.Abb. 9-3: Beispiel einer Hautleitwertaufzeichnung (Schandry 1989)

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-8In der Praxis werden die beiden Anteile des Signals elektrisch voneinander getrennt. Besteht nicht dieMöglichkeit der getrennten Registrierung, so benutzt man in der Regel die kombinierte Darstellung,siehe Abb. 9-4, wobei die Länge der auf die Kurve aufgesetzten Spitzen die Amplitude des tonischenAnteils des Leitwertes darstellt, das aktuelle Niveau.Abb. 9-4:Gemeinsame Aufzeichnung von Leitwertniveau undLeitwertreaktion auf einer Spur (Schandry 1989)Kennwerte der HautleitfähigkeitsmessungenDie Hautleitwertkurve besteht normalerweise aus einer sich langsam verändernden Grundlinie mitdarauf aufgesetzten kurzzeitigen Leitwerterhöhungen. In der Psychophysiologie von Bedeutung sindsowohl die Amplitude der Grundlinie, als auch die Häufigkeit und die Höhe kurzzeitigerVeränderungen. Der Hautleitwert wird praktisch in zwei Anteile aufgespalten, einen sich eher langsamverändernden tonischen Anteil, der als Maß für eine globale Aktiviertheit steht, und einen nur kurzauftretenden phasischen Teil, der als momentane Reaktion auf einen äußeren Reiz zu betrachten ist.- tonische AnteileDie physiologischen Gründe für Veränderungen des Leitwertniveaus sind die gleichen wie bei allenLeitwerveränderungen, wobei der Füllungszustand der Schweißdrüsengänge vermutlich die Hauptrollespielt. Der Absolutwert des Leitwertniveaus schwankt intra- und interindividuell sehr stark, ebenso derVariationsbereich unter verschiedenen Bedingungen. Hier werden überwiegend Veränderungsmaßebei der Auswertung verwendet, oder auf Minimum und Schwankungsbreite bezogene Relativwerte.Kurzzeitige Hautleitwerterhöhungen, die regelmäßig ohne äußeren Reiz auftreten, werden auch alsSpontanfluktuationen bezeichnet. Der entscheidende Unterschied zu den Hautleitwertreaktionenbesteht in dem spontanen, reizunabhängigen Auftreten. Meist erkennt man Spontanfluktuationen inder Registrierung durch eine stärker negative Veränderung des Hautleitwertes als bei den Reaktionenauf äußere Reize.

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-9Abb. 9-5: Spontanfluktuationen (Schandry 1989)Die Anzahl solcher Spontanfluktuationen ist ein psychophysiologisches Erregungs- bzw.Aktivierungsmaß. Je mehr Spontanfluktuationen auftreten, desto höher ist die Erregung, wobei diemittlere Amplitude offensichtlich bei erhöhter Aktiviertheit vergrößert ist.Ausgewertet wird hier lediglich die Zahl der Spontanfluktuationen pro Zeit, nicht gezählt werden dürfenalle Fluktuationen auf äußere Reize hin und solche, die eine Folge von unregelmäßiger Atmung sind(z.B. Husten, Räuspern, tiefes Atemholen). Als mittlerer Ruhewert gelten etwa 3-7 Fluktuationen proMinute. Der Absolutwert ist nur bedingt zu verwenden, der intraindividuelle Vergleich zwischen Ruheund Experimentalbedingung ist hier vorzuziehen.- phasische AnteileAls Reaktion auf einzelne Reize treten kurzzeitige Änderungen des Hautleitwertes (SCR) auf. DieForm des Reaktionsverlaufes ist nicht einheitlich, jedoch immer eine Leitwerterhöhung (monophasischeReaktion). In der nachfolgenden Abbildung ist ein solcher Verlauf einer SCR schematischdargestellt. Die zu seiner Beschreibung notwendigen Zeit- und Amplitudenmaße sind darineingetragen.

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-10Abb. 9-6:Hautleitwertreaktion (SCR)H = Höhe der Reaktion (Amplitude)L = LatenzzeitA = AnstiegszeitG = GipfelzeitE = ErholungszeitDer zur Beschreibung der SCR gebräuchlichste Parameter ist die Amplitude. Daneben werden häufigdie Latenz- und die Erholungszeit ausgewertet. Die Auswertung erfolgt mit entsprechendenSchablonen direkt aus den Kurven. Schwierigkeiten entstehen bei der Definition der Basislinie für dieAmplitudenbestimmung, wenn zwei SCR unmittelbar aufeinander folgen, oder die SCR aus einerSpontanfluktuation hervorgeht. Hier bedarf es meist einiger Übung und Erfahrung, bzw. genauerAbsprachen zwischen auswertenden Personen zwecks "Normierung".Der Vergleich von Amplitudenmaßen als absolute Meßwerte ist praktisch nicht möglich, da derHautleitwert sowohl interindividuell als auch intraindividuell sehr stark schwankt. Während einerExperimentalsitzung können solche Maße sehr wohl benutzt werden, müssen aber vor einemVergleich mit Ergebnissen aus anderen Untersuchungen immer transformiert werden. Die Art derTransformation hängt von der jeweiligen Fragestellung ab.Die Bedeutung der einzelnen Parameter, tonischer wie phasischer Anteile, kann hier nur kurzangedeutet werden, die Aussagen der entsprechenden Literatur sind immer sehr speziell auf einzelneExperimental-Settings bezogen. Von den phasischen Maßen scheint die Amplitude immer dann amdeutlichsten zu differenzieren, wenn es sich um Intensitäts- und Habituationseffekte handelt. Im

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-11übrigen gibt es eine hohe Korrelation zwischen den phasischen Maßen. Bei den tonischen Maßenspielt die Zahl der Spontanfluktuationen die größere Rolle.VersuchsdurchführungDie Versuchsperson sitzt in bequemer Haltung so an einem Tisch, daß der linke Unterarm locker undentspannt auf der Tischplatte liegt. Die Plazierung der Elektroden erfolgt nach Abb. 9-2(Thenar/Hypothenar).Für die Messung des Hautleitwertes werden wiederverwendbare AgAgCl-Elektroden benutzt. DieFixierung der Elektroden auf der Haut erfolgt über spezielle Kleberinge, die ein Verrutschenverhindern, nicht aber vor Kabelzug schützen. Der elektrische Kontakt zwischen Haut und Elektrodewird über eine Leitpaste hergestellt, die möglichst blasenfrei und bündig in den Hohlraum gefüllt wird.Die Vorbereitung und das Anlegen der Elektroden soll mit sehr viel Sorgfalt erfolgen, da hierdurch derelektrische Übergangswiderstand möglichst klein gehalten werden kann, der sonst bei derRegistrierung eine erhebliche Störquelle sein kann.!! Wichtig !!Zur Sicherheit des Probanden und zur Unterdrückung von Störpotentialen ist ein Potentialausgleichzwischen Proband und Gerät herzustellen. Eine großflächige Plattenelektrode am Handgelenk wird mitder Gerätemasse verbunden!Das EDA-Modul des Schreibers soll vor Inbetriebnahme folgende Grundstellung haben:• Meßbereich 3 µS• Schalter SCL SCL• Schalter SCR x 1Zur besseren Darstellung werden SCL und SCR auf zwei getrennten Spuren des Schreibersregistriert, nicht gemeinsam, wie in Abb. 9-4 dargestellt. Bei der Einstellung der Meßverstärker,besonders der Empfindlichkeit, sollte immer mit größter Vorsicht vorgegangen werden, umZerstörungen durch Übersteuerung zu vermeiden.1. SpontanfluktuationenIn einer möglichst reizarmen Situation werden SCL und SCR registriert. Die hierbeiauftretenden Reaktionen haben in aller Regel keinen äußeren Reiz als Auslöser, sie werdenals Spontanfluktuationen bezeichnet. Die Häufigkeit ihres Auftretens wird als Maß für An- bzw.Entspannung angesehen.Die Untersuchungssituation sollte nicht durch weitere Personen beobachtet werden, ebensomüssen alle Störgeräusche, z.B. Telefonklingeln, laute Nebengeräusche, Gespräche, etc. vomzeitlichen Auftreten her registriert werden. Ausgewertet wird die Zahl der Spontanfluktuationenpro Zeit und die Veränderung des Leitwertniveaus (SCL).2. Reaktionen auf ReizeDie Versuchsperson wird mit optischen und akustischen Reizen konfrontiert, z.B. mittelsDTG(Versuch Nr. 6), wobei mehrere Fragen untersucht werden können:

Elektrodermale Aktivität (EDA) 9-12• Unterschiede in der Reaktionsstärke auf opt. und akust. Reize• Änderung der Reaktion bei zeitlich konstanten bzw. randomisierten Zeitabständenzwischen den Reizen• Habituation• VigilanzAusgewertet wird hier die Amplitude der Reaktion (SCR).3. LügendetektorDie wohl bekannteste Anwendung einer EDA-Registrierung ist der Lügendetektor, bei demallerdings neben EDA auch noch andere physiologische Parameter registriert werde. Fürdieses Experiment soll eine - für die Versuchsperson unbekannte - Reihe von Fragenzusammengestellt werden. Die Fragen werden laut vorgelesen und von der Vpn lautbeantwortet, wovon ein Teil jedoch bewußt falsch beantwortet werden soll.Ausgewertet werden hier wieder die Amplituden der Reaktionen (SCR) und nach falsch bzw.richtig beantworteten Fragen getrennt.Weitere Experimentalanordnungen sind hier denkbar, die dier dargestellten sollen lediglich dasGrundprinzip elektrodermaler Reaktionen zeigen.LiteraturBoucsein, W.: Elektrodermale Aktivität, Springer (1980) BerlinSchandry, R.: Lehrbuch Psychophysiologie, Psychologie Verlags Union, 2.Aufl. (1989) München-WeinheimVenables, P.H.; I. Christie: Electrodermal Activity in I. Martin & P.H. Venables(Eds) Techniques inpsychophysiology, Wiley, Chichester