Primeiras Abordagens e Metodologia Experimental

As primeiras questões que se levantaram no início do projecto, para além da já referida necessidade da existência de uma plataforma versátil de apoio ao trabalho, prenderam-se com a tripla necessidade conjugada da definição de mecanismos de definição de estado emocional, metodologia de indução e classificação de estados emocionais e correspondência em termos de eficácia e eficiência dos canais biométricos a explorar.

Deste modo, e ainda sem a preocupação da classificação automática em tempo real dos estados emocionais dos utilizadores, procedeu-se, de acordo com o estudo descrito aquando da revisão do estado da arte e de projectos relacionados – ver 2.1, 2.2 e 2.4 – à adopção como mecanismo base de suporte a conteúdos multimédia, para os efeitos relativos aos ensaios relativos às metodologias de indução emocionais bem como à definição primária de estado emocional, à biblioteca International Affective Picture System, doravante referida como IAPS

Library, da Universidade da Florida.

Com efeito, e de acordo com o modelo circumplexo de Russell, mais tarde adoptado como modelo de definição formal computável de estados emocionais e como tal base para o princípio basilar do motor de classificação emocional, procede-se, como consequência imediata, à adopção dos mecanismos primários de definição de estado emocional como a conjugação – à data ainda por definir como – das variáveis valence, arousal e dominance,

dado que estes são os parâmetros de classificação e catalogação das imagens presentes na referida biblioteca.

Com este ponto presente, e sem incorrer na repetição das considerações tecidas aquando dos estudos descritos em 2.1 e 2.2, procede-se à definição de um conjunto de protocolos conducentes às actividades experimentais com o principal intuito, nesta fase, do estudo e teste dos sinais adquiridos a partir das soluções de equipamentos adquiridas, alvo de descrição em parágrafo subsequente.

Resultado da necessidade da condução de sessões experimentais formais em que os sujeitos seriam objecto de experimentação de diversos estados emocionais de forma mais genuína possível mas mantendo a uniformidade protocolar entre todos, concebeu a constituição de sessões de apresentação de conteúdos multimédia, explorando a plataforma de testes já então desenvolvida, realizando a aquisição, monitorização e gravação dos dados biométricos extraídos. Para o efeito, as sessões de apresentação de conteúdos multimédia seriam objecto de predefinição uniforme para todos os sujeitos, realizando apenas distinção quanto ao género, desenhando sessões específicas para indivíduos do sexo masculino e feminino de forma díspar.

Considerando que a IAPS Library contempla a catalogação de mais de mil imagens, tornar-se- ia impraticável, e acima de tudo pouco flexível, a definição manual de tais conjuntos. Deste modo, procedeu-se à definição, em primeiro lugar da estrutura e princípios pelos quais ambas as sessões seriam desenhadas:

• Método de Apresentação: definiu-se que o método de apresentação seria baseado na sequenciação de diapositivos num ecrã de computador sendo a transição das imagens realizada através de um quadro inteiramente negro, iniciando-se a sessão com a apresentação de uma mira branca em fundo negro. De forma complementar os sujeitos seriam objecto de monitorização através dos canais biométricos seleccionados.

• Número de Imagens e Duração da Sessão: considerou-se que o número máximo de imagens a apresentar seria de sessenta, divididas por três segmentos, considerando outros tantos estados emocionais predominantes – alegria, neutral, tristeza. O período de visualização de cada imagem seria definido em seis segundos, perfazendo um total de seis minutos divididos em etapas contínuas de dois minutos.

• Ambiente Contextual: definiu-se que a as sessões teriam lugar em ambiente totalmente controlado, na ausência de ruídos externos, em ambiente de reduzida iluminação com o intuito da redução ao mínimo de estímulos externos. A apresentação das imagens teria lugar num monitor de computador de dezanove polegadas com recurso à aplicação Google Picasa como gestor de apresentação de diapositivos. Todas as sessões experimentais conduzidas são supervisionadas por, pelo menos, um dos responsáveis da investigação.

• Caracterização da Amostra: considerou-se que a dimensão mínima da amostra das actividades experimentais seria de vinte elementos, e atendendo à utilização de equipamentos de electroencefalografia, definiu-se como faixa etária preferencial os sujeitos com idades compreendidas entre dezoito e trinta anos.

• Canais Biométricos: Atendendo aos equipamentos adquiridos à data, os sujeitos das actividades experimentais são objecto de monitorização ao nível da electroencefalografia, através do Neurobit Lite, da sua resposta galvânica da pele, através do ThoughtStream GSR, e do seu ritmo cardíaco, através do Oxicard da QRS. De salientar que os dados, muito embora passíveis de monitorização em tempo-real,

apenas são acedidos pelo responsável da sessão experimental e nunca, durante a sessão, pelo sujeito.

Deste modo, foi desenhada e desenvolvida uma aplicação informática auxiliar com o intuito da definição e produção semi-automática de conteúdos multimédia para as sessões experimentais protocolarmente definidas, intitulada de IAPS Wizard.

Tal como é visível através da Ilustração 12, a aplicação tem por parâmetros principais iniciais o género dos sujeitos da sessão experimental – mormente devido à diferente classificação dos conteúdos quanto à variável arousal nas suas representações de cariz sexual – as localizações físicas onde se encontram os conteúdos originais e onde devem ser colocadas as suas cópias ordenadas. Seguidamente, procede-se à especificação dos parâmetros específicos relacionados com o número de estados que a sessão deve seguir, bem como se se procede à limitação no número de imagens total da sessão ou, se ao invés, o volume é controlado pelas especificações da caracterização emocional da sessão.

De forma sequencial, para cada um dos estados da sessão experimental, procede-se à sua completa parametrização sendo possível, para cada uma das variáveis de controlo – valence,

arousal e dominance – a definição dos seus valores selecção através da especificação do

intervalo de variação admissível bem como do valor máximo do desvio padrão da sua classificação. Este filtro pode ser aplicado a qualquer conjugação de variáveis, podendo o autor da experiência activar um, dois ou os três filtros individuais.

Com o intuito de controlar o fluxo e ordenamento da apresentação das imagens, é permitido a definição da sequenciação dos conteúdos de forma ascendente ou descendente por um dos critérios já alvos de referência prévia.

A título de exemplificação prática, o caso apresentado através da Ilustração 12, representa uma definição de uma sessão experimental com apenas um estado, direccionado para indivíduos do sexo masculino, limitada a sessenta imagens. O estado número um, é denominado de Tristeza, sendo filtrados os conteúdos unicamente pelo seu valor de valence, sendo admitidos todas as imagens cujos valores auxilem entre dois ponto quarenta e cinco e seis ponto sessenta e seis sendo que o valor do desvio padrão da sua classificação pode assumir um máximo de nove. Os conteúdos deverão ser apresentados ordenados pelo seu valor de valence seguindo um processo descentente.

Os mecanismos desenhados e implementados para a condução das tarefas subjacentes às funcionalidades descritas, por não constituírem uma contribuição científica por si mas sim serem instrumentais em todo o processo, não são objecto de referência no corpo do presente documento, tendo sido remetidas para apêndice em ponto apropriado para o efeito.

A definição desta aplicação permitiu atingir um grau de flexibilidade e adaptabilidade da definição de sessões experimentais que se revestiu de uma importância significativa, em especial, na fase inicial do estudo da adequabilidade e caracterização dos canais biométricos a utilizar.

Neste contexto, e tirando partido da plataforma de desenvolvimento, bem como dos equipamentos à data adquiridos para aquisição de dados oriundos da electroencefalografia, ritmo cardíaco e resposta galvânica da pele, conjuga-se a utilização da apresentação de estímulos visuais totalmente baseados na IAPS Library, desenhando as sessões experimentais com recurso ao IAPS Wizard. Ao longo dos próximos parágrafos são descritas as principais actividades experimentais conduzidas bem como os seus objectivos.

Deste modo, nesta fase inicial, foram realizadas diversas sessões experimentais, todas obedecendo aos mesmos princípios, previamente expostos, tendo sido seleccionados vinte e oito voluntários de entre estudantes da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sendo dezassete do sexo masculino e onze do sexo feminino, seguindo a faixa etária desejada entre os dezoito e os trinta anos, tendo-se estabelecido um critério de exclusão de candidatos através do preenchimento de questionário de forma prévia à sessão experimental. Para além do critério etário[147][146][148][149][150] foi salvaguardada a existência de pré-condições relacionadas com doenças mentais, deformações cranianas bem como a prevenção do consumo de bebidas alcoólicas nas últimas doze horas[144].

Estas sessões experimentais consistiam na apresentação de diversos estímulos visuais, totalmente baseados nas imagens contidas na IAPS Library, sendo as sessões desenhadas a partir do IAPS Wizard, consistindo na apresentação sequencial de sessenta imagens divididas em três etapas claramente distintas tendo-se utilizado o critério de valence para a definição dos estados de alegria, neutral e tristeza. Procedeu-se igualmente ao desenho de sessões distintas atendendo ao género dos voluntários, sendo que o espaço afectivo das sessões experimentais é o traduzido através da Ilustração 13.

É perceptível que a primeira etapa da sessão relacionada com a alegria assume valores de

valence bastante elevados, sendo que esta variável decresce ao longo do processo.

De notar a particularidade de existirem fortes intersecções ao nível da variável arousal, pois a intenção primária da condução das sessões foi, precisamente, proceder ao isolamento e fixamento do impacto da variável valence ao nível da resposta fisiológica dos sujeitos e com esse facto explorar possíveis aproximações quanto aos mecanismos de classificação automática de estados emocionais.

Todos os voluntários tiveram acesso, imediatamente antes do início da sessão experimental, a um documento contemplando um texto introdutório descritivo dos principais procedimentos da actividade experimental, sem, contudo se proceder a qualquer divulgação do seu propósito nem, tão pouco, realizar qualquer tipo de referência acerca do conteúdo multimédia a ser apresentado. Todos os sujeitos foram instruídos no sentido de evitarem movimentos corporais bem como movimentos oculares exploratórios sendo que a sua participação deveria ser caracterizada por elevados níveis de concentração relativamente ao conteúdo apresentado, potenciando, desta forma, os seus níveis de sugestionamento. Neste sentido, os voluntários

foram encorajados a imaginarem situações pessoais com que se identificassem e que se correlacionassem com o carácter da actividade experimental.

Relativamente à localização dos eléctrodos do EEG, trata-se de um tema amplamente discutido, mormente devido à dificuldade das acções relacionadas com a tentativa de cartografar a actividade cerebral humana. No entanto, a problemática da identificação de uma área específica passível da detecção de oscilações da actividade eléctrica foi parcialmente ultrapassada pela publicação de diversos estudos[145][146][147]. Estes trabalhos indicam a extrema vantagem da utilização de equipamentos multicanal – tipicamente sessenta e quatro – na tarefa de recolha de dados de forma precisa. No entanto, e tendo em consideração as naturais limitações do equipamento à disposição – um eléctrodo activo com adição de dois eléctrodos de referência – e o âmbito do estudo inicial de duas emoções opostas – distinção entre alegria e tristeza – a área craniana mais apropriada trata-se do meridiano entre a zona Central e Frontal.

A recolha dos restantes sinais biométricos foi realizada com recurso aos equipamentos previamente identificados, sendo a recolha da resposta galvânica da pele efectuada com recurso ao ThoughtStream com dois eléctrodos de contacto seco colocados nas palmas das mãos dos voluntários, com o auxílio de uma banda elástica. O ritmo cardíaco, em conjunto com a saturação de oxigenação do sangue, foi alvo de aquisição com recurso ao equipamento Oxicard, sendo utilizado um sensor de perfusão, colocado no outro indicador do sujeito. A arquitectura de todo o sistema seguiu o desenho da plataforma originalmente proposto, sendo, naturalmente, o seu âmbito mais restrito, não se tendo, nesta fase, procedido à selecção e apresentação dinâmica de conteúdos. O diagrama de arquitectura encontra-se apresentado através da Ilustração 21, uma vez que esta é partilhada com o protótipo funcional relativo à classificação automática de estados emocionais, descrito no ponto seguinte. No obstante esta descrição diferida, importa salientar, desde já, que o processo de aquisição dos sinais biométricos reutilizou as aplicações definidas aquando do projecto de Controlo de Rato por

Electromiografia, tendo sido desenvolvido, de raiz, o driver correspondente ao controlo de

dados referente ao equipamento de monitorização da resposta galvânica da pele. Ilustração 13 - Espaço Afectivo das Sessões

Os resultados alcançados a partir da abordagem referida, alvo de apresentação na secção 5.2 e análise crítica em 6.2[141][142], permitiram a definição do primeiro protótipo vertical baseado na IAPS Library que se detalha no ponto 4.2.3, ao passo que os métodos adoptados para a análise dos dados recolhidos são objecto de descrição de seguida.