”Stress Monitoring via Wearable Electrodermal Sensors”

Stress is a phenomenon that on some level affects everyone’s lives on a daily basis. The autonomic nervous system controls the varying levels of stress at any given time. The responses of the autonomic nervous system adjust the body to cope with changing external and internal conditions. During high-stress situations the body is forced into a state of heightened alertness, which passes when the stressor is removed. The stressor can be any external or internal event that causes the body to respond. Stress is a very versatile phenomenon that can be both a cause and an indicator of other medical conditions, for example cardiovascular disease. Stress detection can therefore be helpful in identifying these conditions and monitoring the overall emotional state of a person. Electrodermal activity (EDA) is one of the most easily implemented ways to monitor the activity of the autonomic nervous system. EDA describes changes occurring in the various electrical properties of the skin, including skin conductivity and resistance. Increased emotional sweating has been proven to be one possible indication of stress. On the surface of the skin, increased sweating translates to increased skin conductivity, which can be observed through EDA measurements. This makes electrodermal activity a very useful tool in a wide range of applications where it is desirable to observe changes in a person’s stress level. EDA can be recorded by using specialized body sensors placed on specific locations on the body. Most commonly used recording sites are the palms of the hands due to the high sweat gland density on those areas. Measurement is done using at least two electrodes attached to the skin, and recording the electrical conductance between them. This thesis implements a prototype of a wireless EDA measurement system. The feasibility of the prototype is also verified with a small group of test subjects. EDA was recorded from the subjects while they were playing a game of Tetris. The goal was to observe variations in the measured EDA that would indicate changes in the subjects’ stress levels during the game. The analysis of the obtained measurement results confirmed the connection between stress and recorded EDA. During the game, random occurrences of lowered skin resistance were clearly observable, which indicates points in the game where the player felt more anxious. A wireless measurement system has the potential of offering more flexible and comfortable long-term measuring of EDA, and could be utilized in a wide range of applications.

Stressi on ilmiö joka monella tapaa vaikuttaa päivittäin kaikkien ihmisten elämään. Stressin tasoa ihmiskehossa säätelee autonominen hermosto. Autonominen hermosto saa aikaan erilaiset vasteet, joiden tarkoitus on sopeuttaa keho sen ympärillä, sekä sisäisesti tapahtuviin muutoksiin. Erilaiset ärsykkeet saavat kehon siirtymään korkean virittyneisyyden tilaan, jonka tarkoitus on valmistaa keho vastaamaan näihin ärsykkeisiin. Kun ärsyke poistuu, myös kehon vireystila palaa takaisin normaalille tasolle. Stressi on hyvin laaja-alainen ilmiö, joka voi pitkään jatkuessaan aiheuttaa monia sairauksia tai vaihtoehtoisesti olla yksi vakavamman ongelman oireista. Tästä johtuen erilaisten stressitasojen havaitsemisesta voi olla hyötyä esimerkiksi näiden sairauksien aikaisessa tunnistamisessa, sekä ihmisen yleisen vireystason havainnoinnissa. Elektroderminen aktiivisuus (EDA) on yksi helpoimmin toteutettavissa olevista tavoista havaita muutoksia autonomisen hermoston toiminnassa. EDA kuvaa ihon erilaisissa sähköisissä ominaisuuksissa tapahtuvia muutoksia. Näihin ominaisuuksiin kuuluvat esimerkiksi ihon resistiivisyys ja sähkönjohtavuus. Stressistä aiheutuva lisääntynyt hikoilu vaikuttaa ihan sähköisiin ominaisuuksiin lisäämällä sen sähkönjohtavuutta. Esimerkiksi tätä ilmiötä voidaan havainnoida mittaamalla EDAta. EDA dataan liittyvää tutkimusta voidaan siten hyödyntää monissa erilaisissa sovelluksissa, joissa halutaan tarkkailla ihmisten vaihtelevia stressitasoja. EDAta voidaan mitata ihon pintaan kiinnitettävien biosensorien avulla. Yleisimmin mittaukset otetaan kämmenestä tai sormista, mittaamalla sähkönjohtavuutta vähintään kahden eri sensorin välillä. Tässä diplomityössä toteutettiin prototyyppi langattomasta EDAn mittausjärjestelmästä. Laitteiston toimivuutta testattiin tutkimuksessa, jossa vapaaehtoisia koehenkilöitä pyydettiin pelaamaan Tetristä. Tavoitteena oli mitata koehenkilöiden EDA arvoja pelin aikana ja tutkia millä tavalla arvot muuttuisivat pelaajan stressitasojen muuttuessa. Odotetusti mittaustulokset paljastivat yhteyden vaihtuvien tunnetilojen ja EDAn välillä. Pelin aikana oli selvästi havaittavissa hetkiä jolloin ihon resistanssi laski alemmalle tasolle, mikä puolestaan viittasi pelaajan lisääntyneeseen stressiin pelin eri vaiheissa. Vastaavan langattoman mittausjärjestelmän käyttäminen mahdollistaa joustavuuden EDAn mittaamisessa, jopa pidemmällä aikavälillä. Joustavuus ja helpotettu käytettävyys ovat tärkeitä ominaisuuksia biosignaaleja mittaavissa systeemeissä ja ne mahdollistavat järjestelmän käytön monissa erilaisissa sovelluksissa.