La evaluación psicofisiológica con imagen térmica infrarroja en los procesos psicológicos

RESUMEN

La evaluación psicofisiológica tradicional utiliza instrumentos de medición que, si bien no son invasivos (no dañan tejido celular), pueden resultar obstrusivos, es decir, interferir con alguna conducta o implante médico en un participante de estudio. Recientemente se han desarrollado tecnologías no invasivas ni obstruyentes para evaluar la actividad autonómica. Una de estas herramientas es la imagen térmica infrarroja, útil para el monitoreo clínico y registro psicofisiológico que detecta los cambios de temperatura asociados a procesos cognitivos, afectivos y/o conductuales. El presente artículo de innovación tecnológica presenta los usos, la naturaleza, el funcionamiento y la utilidad en la aplicación de distintos protocolos de evaluación psicofisiológica afectiva en diversos grupos como participantes sanos, mujeres sobrevivientes de cáncer de mama y pacientes con dolor crónico. Se promueve el uso de la imagen infrarroja térmica para la evaluación de distintos procesos psicológicos, como la conducta facial (voluntaria e involuntaria), la medición de estrés cognitivo y social. Se sugiere como un biomarcador para valorar los alcances de las intervenciones psicológicas en el campo de la salud, interacciones sociales, cognición y emoción..

ABSTRACT

The traditional psychophysiological assessment uses measurement instruments that, while not invasive (they do not damage cellular tissues) may be obstructive, that is, interfere with some Behavior or medical implant in a study participant. Recently non-invasive or obstructive technologies have been developed to evaluate the autonomic activity. One of these tools is infrared thermal imaging, useful for clinical monitoring and psychophysiological recording that detects temperature changes associated with cognitive, affective and/or behavioral processes. The present article of technological innovation presents the uses, nature, functioning, and utility in the application of different protocols of affective psychophysiological evaluation in groups diverse of healthy subjects, women survivors of breast cancer and patients with chronic pain. The use of the thermal infrared image is promoted for the evaluation of different psychological processes, such as facial behavior (voluntary and involuntary), measurement of cognitive and social stress. It is suggested as a biomarker to assess the scope of psychological interventions in the field of health, social interactions, cognition and emotion.

INTRODUCCIÓN

La regulación de la temperatura corporal depende de las interacciones entre el sistema nervioso central, en particular, el hipotálamo, y el sistema nervioso periférico. La actividad autonómica térmica ha sido objeto de análisis de diversos estudios de investigación psicofisiológica clínica y básica. Uno de los factores que modifican la temperatura corporal, mediante los termorreceptores de la piel (temperatura periférica), es la conducta (Rustemeyer, Radtke & Bremerich, 2007). Asimismo, la temperatura periférica se ha utilizado para evaluar procesos afectivos y cognitivos (Ioannou, Gallese & Merla, 2014).

Diversos modelos de organización autonómica en emociones han evaluado la dirección de los cambios de temperatura de acuerdo con diferentes paradigmas. En un artículo de revisión, Kreibig (2010) describe los cambios de temperatura en los dedos de las manos asociados a distintas emociones, tanto positivas como negativas. La revisión de Ioannou et al. (2014) menciona la dirección de los cambios de temperatura en las distintas partes del rostro en cada condición experimental afectiva. De manera general, las situaciones afectivas negativas producen decrementos de temperatura, y los eventos positivos generan un incremento de temperatura.

Estudios más recientes han evaluado los cambios de temperatura periférica en el rostro ante diversas situaciones emocionales experimentales (dolor, estrés, activación sexual, ansiedad, culpa y alegría, entre otros). Diversas investigaciones en humanos (Gómez et al., 2015) y en animales (Ioannou et al., 2014; Kano, Hirata, Deschner, Behringer & Call, 2016; Kuraoka & Nakamura, 2011) han reportado cambios de temperatura en distintas áreas del rostro (regiones de interés observables, RIO) en monos Rhesus de acuerdo con situaciones desagradables, particularmente en la nariz. Cuando una situación emocional se percibe negativa, la nariz tiende a enfriarse por un proceso de vasoconstricción de la actividad nerviosa autonómica simpática. De manera opuesta, cuando el sujeto experimenta serenidad se asocia con una predominancia parasimpática, la cual genera un proceso de vasodilatación y con ello un incremento de temperatura nasal (Rodríguez, Domínguez, Cortés, Cruz, Morales & Leija, 2017).

De acuerdo con Gómez et al. (2015) y Sillero, Fernández, Arnaiz & Bouzas (2016), los protocolos de evaluación termográfica en humanos dependen de factores ambientales (como la temperatura y humedad de la habitación), factores técnicos (como las propiedades de la cámara térmica, la selección de las RIO, validez y confiabilidad de las mediciones, el protocolo de investigación y tipo de análisis estadístico) y factores individuales (como la edad, el sexo, valores antropométricos, ciclo circadiano, historia médica, tasa metabólica, emociones, terapia clínica y actividad física).

El uso de una cámara de imagen infrarroja térmica ha sido reportado en las revistas más importantes de investigación experimental como Nature; por ejemplo, en la evaluación de la actividad autonómica asociada a estrés (Tyler et al., 2015). El costo de estos equipos de registro de imagen infrarroja térmica oscila, de acuerdo con las características de la imagen térmica (en función de la cantidad de pixeles), entre los 1,200 y los 75,000 dólares estadounidenses. Para la investigación psicológica en México se oferta como una opción atractiva si se realiza interdisciplinariamente con los grupos de investigación que utilizan estos equipos tecnológicos. Uno de ellos es el de Visión Artificial de la Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ), campus San Juan de Río, encabezado por el doctor Luis Morales Hernández y el doctorante Irving Cruz Albarrán. Este grupo de investigación maneja diferentes equipos de imagen infrarroja térmica. Los estudios psicológicos que se muestran en el presente artículo son un ejemplo de su colaboración interdisciplinaria.

El presente manuscrito propone la evaluación psicofisiológica con imagen infrarroja térmica aplicada a diversos protocolos de investigación psicológica, como la expresión facial (voluntaria e involuntaria), la respuesta afectiva del paciente con dolor crónico, y la evaluación térmica de estrés cognitivo-afectivo.[1] Se enfatiza el uso de esta herramienta de medición para valorar los cambios psicofisiológicos que subyacen a procesos psicológicos; sin embargo, no es objeto mostrar al lector los resultados cuantitativos de cada una las investigaciones reseñadas sobre los patrones de temperatura encontrados en las distintas poblaciones de estudio (los cuales están sometidos en revistas especializadas en termología y psicofisiología), pero sí el abanico de posibilidades para su aplicación en la investigación psicológica en México

[1] . De acuerdo con cada proyecto de investigación, los autores de este artículo del Grupo Mente-Cuerpo de la Facultad de Psicología de la UNAM trabajaron en conjuntamente con el grupo de investigación del doctor Morales, de la UAQ; el servicio de Oncología encabezado por la doctora Patricia Cortés Esteban, y la Clínica del Dolor, con el doctor Rafael Hernández Santos, ambos servicios del Centro Médico Nacional 20 de Noviembre, ISSSTE; y el servicio de Psicología, con la doctora Patricia Zamudio Silva, del Hospital Regional Ignacio Zaragoza, ISSSTE. Psicología.

NATURALEZA DE LA INNOVACIÓN

Medición de la Temperatura Periférica

En el campo de registro psicofisiológico existen dos vertientes principales de evaluación: las medidas centrales (que corresponden a la actividad del sistema nervioso central) y las medidas periféricas (utilizadas para la evaluación del sistema nervioso periférico: somático y autonómico). La temperatura periférica se inserta en la actividad autonómica. Se ha utilizado como un indicador del estado de salud de un paciente, el tono afectivo y el balance autonómico. La termografía ha sido correlacionada con la actividad electroencefalográfica y se ha llegado a conclusiones integrales entre los procesos cognitivos y las respuestas autonómicas. Su medición ha evolucionado desde los termómetros de mercurio, cristal termolíquido, termisores electrónicos, hasta la imagen infrarroja térmica.

Los termómetros convencionales se han utilizado en una amplia variedad de problemas psicofisiológicos asociados a la actividad autonómica simpática (como el dolor, el estrés y migrañas, entre otras).

La imagen infrarroja térmica, a diferencias de los equipos de registro térmico, supone tres ventajas técnicas para el registro psicofisiológico: 1) no requiere contacto con la piel del sujeto de estudio, permitiendo evaluar procesos psicológicos cognitivos, afectivos y/o conductuales; 2) el área de evaluación es considerablemente mayor al de los termómetros convencionales que sólo miden un punto en particular; un termograma permite analizar y comparar los cambios de temperatura durante un proceso psicológico (conducta, cognición o emoción) en las RIO de interés para el investigador, así como sus interacciones entre sí; por ejemplo, la relación entre la temperatura de los dedos de las manos y la nariz (figura 1), o la relación inversa entre la temperatura del músculo corrugador y la nariz durante un proceso estrés-relajación (Rodríguez-Medina et al., 2017), y 3) como ventaja adicional de equipo de registro psicofisiológico, la termografía presenta un costo-beneficio de portabilidad y reducción de presupuestos económicos para un grupo de investigación si se comparan con equipos comerciales de biofeedback con sensibilidad y especificidad similar; para abatir el costo, sólo se requiere diseñar, programar y/o adaptar el software de la cámara termográfica para valorar la sensibilidad, de acuerdo con la cantidad de pixeles que posea la imagen térmica.

Figura 1. Diferentes regiones de interés observables (RIO), mano izquierda, mano derecha y nariz.

CARACTERÍSTICAS DE LA INNOVACIÓN

Evaluación psicofisiológica térmica con diferentes cámaras

Para evaluar la temperatura y sus efectos clínicos o de investigación sobre una RIO existen dos maneras de hacerlo: 1) de forma visual-categórica, mediante el uso de la paleta de colores que se encuentra a un costado de la imagen térmica (cada color corresponde a una temperatura, indicando los valores máximos y mínimos de temperatura de cada termograma) y 2) de manera cuantitativa, donde cada pixel en una imagen térmica representa un valor de temperatura; de acuerdo al nivel de resolución de la cámara, se puede hacer una valoración confiable de la temperatura de una RIO.

Para hacer una valoración clínica rápida, como herramienta de gabinete en cualquier consultorio de hospital, clínica o centro de salud, basta con una cámara con una resolución de 80 x 160 pixeles. El costo del equipo aproximado es de 1,200 euros sin el software de sensibilidad para evaluación clínica. Para estudios de investigación conviene utilizar un equipo de mayor resolución, como uno de 320 x 240 pixeles, cuyo valor aproximado en el mercado es de 3,600 euros, y también requiere la programación de un software con sensibilidad y especificidad (Figura 2). Sin el software específico adaptado a las variaciones de temperatura del cuerpo humano, las cámaras térmicas tienen una sensibilidad de cambio que oscila entre 0.06 y 0.15 °C.

Figura 2. Diferentes cámaras de infrarrojo térmico: Flir A320 y Flir E4.

Cualidades y condiciones generales de registro de infrarrojo térmico

Para propósitos de evaluación clínica, una resolución de 80 x 160 pixeles es suficiente para el monitoreo de una RIO en un paciente. Su utilidad clínica es superior a la de un termómetro electrónico cuya sensibilidad sólo se registra en la superficie de contacto, y es similar a la de equipos de registro psicofisiológico como los de biofeedback de coherencia de la variabilidad de la frecuencia cardiaca. Sin embargo, una de las características de la imagen infrarroja térmica es que no son invasivos ni obstrusivos con la piel del paciente, es decir, no es necesario adherir ningún sensor al cuerpo del sujeto. Esto permite, además, un cuidado del equipo de infrarrojo térmico menor respecto al manejo de la instrumentación de los equipos de registro psicofisiológico convencionales que utilizan cables, optimizando el tiempo de medición tanto para la evaluación con el sujeto como para el guardado de los instrumentos.

Otra cualidad del equipo de imagen infrarroja térmica es su portabilidad, debido a que la cámara se puede transportar con facilidad al lugar de evaluación. Tiene un peso aproximado de 500 g, y se puede colocar en un tripié a una distancia de un metro del sujeto.

Para realizar un registro de infrarrojo térmico es necesario mantener la temperatura constante de 22 °C ± 2 de la sala de registro; el sujeto no debe haber ingerido estimulantes o depresores entre 6 y 2 horas previas al registro, y 3 horas sin alimentos. Además, es necesario que el sujeto permanezca en reposo cuando menos 10 minutos antes de iniciar el registro de la línea base o medición pretest, con el objetivo de asegurar que los cambios de temperatura se deban a la manipulación del experimentador. Lo que se pretende evaluar son los cambios fásicos de temperatura debidos a los procesos psicológicos que el sujeto experimenta, o las condiciones que interfieren en la actividad autonómica. Para una revisión completa de las condiciones de registro véase Fernández-Cuevas et al. (2015), Gómez et al. (2015) y Sillero et al. (2016).

RANGO DE APLICACIÓN DE LA INNOVACIÓN

Protocolos de evaluación psicofisiológica con infrarrojo térmico

Existen numerosas investigaciones del uso de la imagen térmica infrarroja como herramienta de evaluación psicofisiológica de procesos psicológicos, como la carga mental[1] (Gómez et al., 2015), la supresión de estrés psicofisiológico[2] (Tyler et al., 2015), la relajación[3] en un paciente con dolor crónico (Rodríguez-Medina et al., 2017), el estrés agudo[4] (Herborn et al., 2015), el tono psicofisiológico afectivo[5] (Cardone & Merla, 2014), regulación de las emociones interpersonales[6] (Güney, Sattel, Cardone & Merla, 2015), las tareas cognitivas (Pinti, Cardone & Merla, 2015), y la evaluación emocional (en adultos) de la respuesta a infantes (Esposito et al., 2014), entre otros estudios.

[1] Se define como la cantidad de esfuerzo mental en la memoria de trabajo.

[2] Durante una respuesta de estrés se contraen vasos sanguíneos, inhibiendo su flujo y reduciendo la temperatura.

[3] La respuesta de relajación promueve un reflejo parasimpático vasodilatador.

[4] Referido como una respuesta de estrés durante una tarea de laboratorio (física o psicológica).

[5] La temperatura periférica (rostro, manos, pies) en sincronía con otros indicadores de estrés-relajación; por ejemplo, una temperatura elevada con una frecuencia cardiaca o presión arterial normal.

[6] Las relaciones afectivas agradables producen una sensación de “calidez”, aumentando la temperatura periférica; caso opuesto si una persona se encuentra en una situación desagradable.

Investigación psicofisiológica con imagen térmica infrarrojo térmico en México

En México los registros de termografía en el campo de la salud sólo se habían restringido a estudios en oncología o medicina interna. A partir de junio de 2015 se han realizado estudios psicofisiológicos pioneros en México con imagenología infrarroja térmica con el propósito de trasladar los estudios de laboratorio al campo de la psicología de la salud. Las líneas de investigación se han centrado en los cambios autonómicos térmicos asociados a la conducta facial (expresión facial emocional voluntaria e involuntaria) en sujetos médicamente sanos, mujeres sobrevivientes cáncer de mama y pacientes con dolor crónico; estrés cognitivo, mediante el paradigma de facilitación emocional; estrés social, con el uso del Trier Social Stress Test. En la figura 3 se muestran los protocolos (de manera general) y algunos de los resultados de la actividad autonómica térmica de cada proyecto.[1] Similar a Ioannou et al. (2014), se han identificado algunos patrones de temperatura en rostro (nariz, frente, barbilla y mejillas) y en manos de acuerdo con el estado afectivo; sin embargo, los cambios autonómicos térmicos están más pronunciados en personas cuya respuesta inflamatoria (actividad inmunológica) es menor respecto a los cambios térmicos observados en participantes con un alto nivel de actividad inflamatoria (pacientes con dolor crónico, estrés crónico).

Figura 3. Protocolos de evaluación psicofisiológica térmica.

[1] Para cada protocolo de evaluación psicofisiológica se considera N ≥ 20 participantes.

FUNCIONAMIENTO DE LA INNOVACIÓN

Evaluación categórica del termograma con imagen infrarroja térmica

De acuerdo con los objetivos del clínico o investigador, puede hacer una lectura visual de los datos de temperatura en las diferentes RIO que desee examinar mediante el uso de la paleta de colores que el termograma provee. Esta evaluación permite el monitoreo en tiempo real de la temperatura de un paciente o un sujeto en condiciones experimentales.

Para realizar un examen más detallado que la inspección, se puede optar por una evaluación categórica por medio de la conversión de cada termograma a un formato de imagen BMP 256, que indica que cada pixel de la imagen térmica se transforma en un rango de 256 colores que distingue el ojo humano. Éstos pueden agruparse en 10 intervalos (convirtiendo la imagen a una escala de grises, se pueden visualizar con claridad) y asignarse valores de acuerdo con el color que representa un nivel de temperatura (figura 4).

Figura 4. Evaluación categórica. Conversión de un termograma a una imagen de BMP 256.

Evaluación intervalar del termograma con imagen infrarroja térmica

Para realizar la evaluación intervalar de la imagen térmica es necesario un software adaptado para la medición de la temperatura en el cuerpo humano. En uno de los proyectos del Ingeniería en Mecatrónica (Benítez, Cruz & Morales, 2016) de la UAQ, se desarrolló un software capaz de registrar la temperatura de un termograma en el orden de cienmilésimas de grados centígrados. Cada termograma se compone de entre 300,000-400,000 pixeles. Cada pixel representa un dato de temperatura. Para tener una idea del número de pixeles de una RIO (por ejemplo, la nariz), contiene entre 1,500 a 1,800 datos de temperatura por cada termograma. En las figuras 5 y 6 se resume el funcionamiento general del software.

Figura 5. Pasos para medir la temperatura periférica en una RIO en un punto en particular.

Figura 6. Pasos para medir la temperatura periférica en una RIO en un área en particular.

CONCLUSIONES

La evaluación de los cambios autonómicos asociados a distintas actividades psicológicas se ha documentado en diversas investigaciones (Kreibig, 2010). Los estudios psicológicos exploratorios México que se presentaron siguen esta misma ruta bidireccional entre las bases biológicas de la actividad autonónimica-inmunologica y su utilidad clínica en pacientes con enfermedades crónicas no transmisibles, y evaluar las interacciones entre el sistema nervioso autónomo y la actividad inflamatoria, como en el caso pacientes con dolor crónico oncológico y no oncológico.

La termografía aplicada a la evaluación psicofisiológica de procesos psicológicos (cognitivos, afectivos, conductuales, sociales) constituye una opción viable para la investigación psicológica de economías emergentes como la de México. Su rango de aplicación es amplio, y se sugiere su incorporación en diversos contextos como en el campo de la Psicología Clínica y de la Salud, para trastornos afectivos (Herborn et al., 2015) , psicofisiológicos (como el dolor crónico) (Güney et al., 2015; Rodríguez-Medina et al., 2017) y de regulación emocional; en materia de Psicología Social Experimental, para evaluar las interacciones socioafectivas (Esposito et al., 2014); en Psicología Educativa para valorar procesos cognitivos del aprendizaje y su carga afectiva asociada (Pinti et al., 2015); en el terreno de la Psicología Fisiológica, para la evaluación de la influencia de un fármaco o sustancia en temperatura de animales o humanos bajo condiciones experimentales (Tyler et al., 2015).

Debido a su amplia utilidad en la investigación básica, aplicada y clínica, se sugiere continuar explorando las fortalezas de esta herramienta tecnológica y, en su caso, documentar las limitaciones en diversos protocolos de evaluación psicológica. Desde esta perspectiva, se propone la colaboración interdisciplinaria en proyectos de investigación clínica (Ingeniería en Mecatrónica, Medicina y Biomedicina, entre otras), mediante el uso de biomarcadores que muestren un nivel de evidencia para la evaluación de procedimientos psicológicos. Dentro de sus limitaciones se encuentra el costo elevado de los equipos importados de infrarrojo térmico. Para suplir esa complicación, actualmente se desarrollan prototipos de cámara infrarroja térmica portátiles con resolución 80 x 120 pixeles y 160 x 240 pixeles gracias a la colaboración interdisciplinaria. Otra limitación importante para el estudio de los cambios autonómicos es la necesidad de que el participante no haya ingerido alimentos o cualquier tipo de estimulante (cafeína, tabaco) entre 24, 12 o 2 horas previas al estudio, de acuerdo con el objetivo del mismo. Este punto destaca en el contexto hospitalario donde la adherencia de los pacientes es fundamental para hacer el registro adecuado. No obstante, por ser una tecnología no invasiva, el paciente no se siente incómodo, haciendo amigable el monitoreo psicofisiológico para él y para el clínico.

REFERENCIAS

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