Frontiers in Psychology

Introduction

De term empathie is afgeleid van het Oudgriekse woord “εμπάθεια” (“εν πάθoς,” d.w.z. in hartstocht), dat is gebruikt om het Duitse woord “Einfühlung” te creëren dat “invoelen” betekent. Empathie is gedefinieerd als een veelzijdig proces dat emotionele en cognitieve componenten omvat (Christov-Moore et al., 2014). In deze studie richten we ons vooral op emotionele empathie. In een mens-mens interactief proces, leidt emotionele empathie ertoe dat iemand de gevoelens van een ander kan onderscheiden en weerspiegelt het de afstemming tussen “zelf” en de gevoelens van de “ander” (Kanske, 2018). Als zodanig omhelst emotionele empathie het gelijkaardig delen van de positieve of negatieve emotionele toestand van de ander, die kan worden gegenereerd door directe interpersoonlijke communicatie (Lamm et al., 2017).

Emotionele empathie blijkt een premisse te zijn van de synchronisatie tussen kinderen en hun moeders. Als kinderen 2 tot 3 jaar oud zijn, lijken ze in staat om te anticiperen op de emotionele toestand van anderen (Tramacere en Ferrari, 2016). Ontwikkelingsreferenties suggereren dat kinderen van 6 tot 7 jaar in staat zijn om positieve en negatieve emoties van hun bezielde of levenloze metgezellen in complexe situaties te herkennen en er empathisch op te reageren (Winnicott, 1971). Naarmate kinderen opgroeien in verschillende omgevingen met contrasterende conventies, inclusief emotie, zou het logisch kunnen zijn dat zij verschillende ideeën opbouwen over de betekenis die met die conventies wordt geassocieerd. Er zijn veel opties gebruikt om interpersoonlijke communicatie te onderzoeken. Terwijl men denkt dat contextuele factoren cruciaal zijn voor het ontwerpen van betere interpersoonlijke interactie, beweren theorieën dat kinderen geboren worden met een geïntegreerd gevoel en expressie van hun emotionele zelf in hun relatie met de anderen (Frith en Frith, 2003). In mens-menselijke interactie is emotionele aanpassing tussen metgezellen gebaseerd op synchronisatie en relatie (Lischke et al., 2018). Daarom is aangetoond dat wanneer mensen verbaal en non-verbaal face-to-face interageren, ze hun reacties op natuurlijke wijze synchroniseren (Llobera et al., 2016; Cornejo et al., 2017).

Naast interpersoonlijke interactiestudies bestaan er ook enkele cross-educatieve onderzoeken naar hoe kinderen met robots interageren. Toch zijn deze onderzoeken niet overtuigend. Sommige studies hebben aangegeven dat wanneer robots als metgezellen werden gebruikt, verschillende aspecten van mens-menselijke communicatie direct werden gerepliceerd in mens-robot communicatie (Audrey, 2009). Sommige andere hebben aangetoond dat de manier waarop mensen met robots communiceren onderwijsafhankelijk is (Castellano et al., 2010; Shahid et al., 2014). Op basis van observaties of op basis van zelfrapportagevragenlijsten werden de meeste van de hierboven vermelde studies vaker uitgevoerd bij volwassenen dan bij kinderen die antropomorfe of zoömorfe robots gebruikten (Mitchell en Hamm, 1997). Er werd slechts marginaal aandacht besteed aan de vergelijking tussen mens-mens en mens-robot interactie met behulp van speelgoedrobots (d.w.z. niet-antropomorfe of niet-zoomorfe robots). Bovendien is in de bovengenoemde cross-educatieve studies de vraag naar een synchronisatiemechanisme tussen begeleiders (mens en/of robots) nooit onderzocht. Deze vraag is echter fundamenteel wanneer we mens-robot interactie onderzoeken (Giannopulu, 2016a,b, 2018).

In het benadrukken van het belang van synchronisatie, is onze visie congruent met de neuroconstructivistische positie. Volgens deze positie komt emotionele ontwikkeling, inclusief emotionele empathie, voort uit dynamische contextuele veranderingen in neurale structuren die leiden tot construatie representaties in meerdere hersengebieden (Marschal et al., 2010). Als zodanig zijn deze representaties niet alleen afhankelijk van de neurale context, maar ook van de fysieke context (Cacioppo et al., 2014). De analogie tussen neurale activiteit tijdens ervaringen heeft de interpretatie van emotionele empathie verder gemotiveerd als een simulatieproces, geassocieerd met een robuuste biomarker: het spiegelneuronen systeem (Rizzolatti en Craighero, 2008). Neurowetenschappelijk bewijs geeft aan dat er suggestieve parallellen zijn tussen de emotionele ervaring van “zelf” en “anderen” (Lamm et al., 2011). Ontwikkelingsgebieden zoals de amygdala, posterior insula, en ventromediale pre-frontale cortex delen emotionele empathie in kinderen van 6 tot 7 jaar oud, zelfs als ze veranderingen in functionaliteit vertonen gedurende een mensenleven (Decety en Michalska, 2010; Steinbeis et al., 2015; Tramacere en Ferrari, 2016). Subcorticale gebieden (d.w.z., middenhersengebieden), ontwikkelen zich in associatie met deze andere gebieden (Fan et al., 2011), wat de mogelijkheid van automatisch en onbewust functioneren benadrukt (Giannopulu en Watanabe, 2015, 2018; Giannopulu et al., 2016, 2018; Giannopulu, 2018). Eigenlijk is gebleken dat emotionele empathie direct geassocieerd is met een autonome activiteit gemedieerd door hartslag (Müller en Lindenberger, 2011). Fysiologische technieken hebben daarom bewijs gerapporteerd van hartslagsynchronisatie tussen volwassen partners (Levenson en Gottman, 1985) en moeder-kind dyads (Feldman et al., 2011). Individuen met een hoog niveau van emotionele empathie vertoonden hoge hartslagfrequenties (Stellar et al., 2015; Lischke et al., 2018) en rapporteerden nauwelijks moeilijkheden bij het herkennen en uiten van hun eigen emotionele gevoelens (Panayiotou en Constantinou, 2017).

In de context van een internationaal en interdisciplinair project over mens-mens en mens-robot interactie met behulp van een verbale en non-verbale communicatie tussen twee actoren, een spreker en een luisteraar, onderzochten we emotionele empathie bij twee groepen kinderen: Franse en Japanse. De spreker was altijd een neurotypisch kind, en de luisteraar was een mens of een speelgoedrobot genaamd “Pekoppa” die reageerde op spraakgeluiden door te knikken (Watanabe, 2011; Giannopulu, 2016a,b; Giannopulu et al., 2016, 2018). Op basis van een wiskundige constructie genereerde de speelgoedrobot automatisch knikkende bewegingen uit spraakinput die de synchronisatie met de spreker bevorderden (Watanabe, 2011). Deze speelgoedrobot, speciaal ontworpen voor mens-robot intercommunicatie, is een universele luisteraar. De mens in het onderzoek was dezelfde in Frankrijk en in Japan, en voerde in beide landen dezelfde procedure uit. Het tot dusver besproken onderzoek steunt impliciet de gevolgtrekking dat het gebruik van een universele synchronisator zoals de speelgoedrobot “Pekoppa” zou leiden tot overeenkomsten in de communicatieve uitwisselingen tussen Franse en Japanse kinderen. In elke groep zouden de kinderen namelijk alle communicatieve tekens onderscheiden in termen van hun begrip van de gegeven empathische toestand achter het gedrag van anderen: mens of robot. Bijgevolg hebben we de hypothese opgesteld dat emotionele empathie, een mechanisme van synchronisatie, zou leiden tot mogelijke gelijkenissen tussen metgezellen (mens-mens en mens-robot) zowel in Frankrijk als in Japan.

Materialen en Methoden

Deelnemers

Twee groepen van 6-jarige kinderen namen deel aan het onderzoek. Twintig kinderen (10 jongens en 10 meisjes) vormden de “Franse groep”; twintig kinderen (10 jongens en 10 meisjes) vormden de “Japanse groep”. De ontwikkelingsleeftijd van de eerste groep varieerde van 6 tot 7 jaar oud (gemiddelde = 6,3 jaar; s.d = 4 maanden). De ontwikkelingsleeftijd van de tweede groep varieerde van 6 tot 7 jaar oud (gemiddelde = 6,4 jaar; s.d = 2,4 maanden). De kinderen kwamen zowel in Parijs als in Gifu uit dezelfde klas. Volgens hun ouders en zichzelf had geen van hen al ervaring met robots. Alle kinderen waren gezond. Volgens hun leerkrachten gingen de kinderen naar gewone scholen en hadden ze geen leerstoornissen, neurologische ontwikkelingsstoornissen of hart- of psychiatrische problemen. Hun schoolprestaties waren standaard op hun scholen. De studie werd goedgekeurd door de lokale ethische commissie in Parijs (Wetenschappelijk Comité voor de bescherming van personen), Frankrijk en Gifu (Medical Review Board of Gifu University Graduate School of Medicine) Japan en was in overeenstemming met de conventie van Helsinki 2.0. Anonimiteit werd gewaarborgd. In beide landen gaven de ouders mondeling en schriftelijk hun toestemming voor de deelname van hun kinderen aan het onderzoek en voor de analyse van de gegevens; zij gaven de auteurs echter geen toestemming om de ruwe gegevens te versturen. Bovendien werd in Parijs en Gifu aan elk kind mondeling toestemming gevraagd voordat de studie begon.

Robot

Een InterActor speelgoedrobot, genaamd “Pekoppa”, werd gebruikt als luisteraar (Watanabe, 2011). Pekoppa is de eenvoudigste uiting van Sakura, een humanoïde robot die reageert op spraakgeluiden door alleen te knikken zoals mensen dat doen. Pekoppa heeft de vorm van een tweebobbige plant en zijn bladeren en stengel geven een knikreactie op basis van spraakinput en ondersteunt het delen van wederzijdse belichaming in de communicatie (zie figuur 1). Het maakt gebruik van een materiaal genaamd BioMetal, gemaakt van een vormgeheugenlegering, dat fungeert als zijn drijvende kracht.

Heart Rate Device

Een Mio Alpha horloge hartslagmeter werd gebruikt om de hartslag te registreren. Het werd systematisch aan de linkerhand van elke deelnemer in Parijs en Gifu geplaatst. De Mio Alpha meet de hartslag on-line met behulp van twee groene LED’s en een foto-elektrische cel. De LED’s zijn geïntegreerd in de achterplaat van het horloge. Zij projecteren licht op de huid, waardoor de foto-elektrische cel het volume van de bloedstroom kan detecteren. De optische sensor geeft een nauwkeurigheid van -01 ± 0,3 spm. Het apparaat is universeel van aard en kan gedurende het hele leven worden gebruikt. De fysiologische grenzen van de hartslag verschillen echter naar gelang van de leeftijd van de individuen. Op de leeftijd van 6 à 7 jaar komt de hartslag overeen met 95 spm (± 30).

Procedure

Voor beide groepen vond het onderzoek plaats in een lokaal waarmee de kinderen vertrouwd waren. Het lokaal bevond zich in een schoolcontext zowel in Parijs als in Gifu. We definieerden drie condities: de eerste werd “rustconditie” genoemd, de tweede “met mens”, d.w.z. kind-volwassene, en de derde “met robot” (d.w.z. kind-robot). De tweede en derde conditie werden verdeeld over de kinderen. De duur van de “rust conditie” was 1 min; de tweede en derde condities duurden elk ongeveer 7 min. Het interval tussen de condities was ongeveer 30 s. Voor elk kind duurde de hele experimentele sessie 15 min (zie figuur 2).

Aan het begin van elke sessie presenteerde de experimentator de robot aan het kind en legde uit dat de robot knikt wanneer het kind spreekt. Daarna verstopte de onderzoeker de robot. De sessie verliep als volgt: tijdens de “rustconditie” werd de hartslag van elk kind in stilte gemeten. Aan het einde van die conditie werd het kind ook gevraagd om haar/zijn eigen emotionele gevoel in te schatten op een schaal van 1 (het laagste niveau) tot 5 (het hoogste niveau) (Giannopulu and Sagot, 2010; Giannopulu, 2011, 2013; 2016a; 2016b; Giannopulu and Watanabe, 2014; Giannopulu et al., 2016, 2018). Elk niveau correspondeerde met een specifieke emotionele toestand die als volgt door het gezicht van een kind werd afgebeeld: 1e redelijk, 2e matig goed, 3e goed, 4e zeer goed, 5e uitstekend. Tijdens de “met mens”-conditie werd het kind uitgenodigd om met de experimentator te praten. Daartoe vroeg de experimentator aan het kind “wat heb je sinds vanmorgen op school gedaan”. De experimentator bracht het gesprek op gang en luisterde vervolgens door alleen naar het kind te knikken. Ondertussen werd de hartslag van elk kind gemeten. In de “met robot”-conditie werd de robot ingesteld om te knikken; de experimentator gaf de robot aan het kind en nodigde het kind uit om de robot te gebruiken. Net als eerder vroeg de experimentator het kind om de robot te vertellen “wat hij of zij sinds vanmorgen op school heeft gedaan”. De robot was de luisteraar, het kind was de spreker en de experimentator bleef stil en discreet. De hartslag werd op hetzelfde moment opnieuw geregistreerd. Het onderzoek begon rond 14.00 uur Parijse en Gifu tijd voor alle kinderen. Aan het einde van de sessie werd het kind gevraagd zijn/haar eigen emotie in te schatten op dezelfde hierboven vermelde schaal. Meer in het bijzonder werd elk kind gevraagd zijn/haar eigen emotionele gevoel te rapporteren na contact met de robot (Giannopulu and Watanabe, 2015; Giannopulu, 2016a,b, 2018; Giannopulu et al., 2016, 2018).

Analyse

De hartslag diende als eerste afhankelijke variabele in een 3 (“Rust,” “Menselijke InterActor,” en “Robot InterActor”) × 2 (“Frans” vs. “Japans”) mixed-model ANOVA. Het gerapporteerde emotionele gevoel diende als de tweede afhankelijke variabele met behulp van de Wilcoxon matched-pairs signed-ranks test. We voerden ook een vergelijkende statistiek uit met de t-toets van de student om verschillen in hartslag te onderzoeken en met de chi-kwadraat toets om het gerapporteerde emotionele gevoel te analyseren. De verkregen resultaten waren zeer vergelijkbaar. Wij presenteren hieronder de resultaten van ANOVA en Wilcoxon matched-pairs signed-ranks test. De data-analyse werd uitgevoerd met SPSS Statistics 24.

Resultaten

Eerst presenteren we de resultaten voor de hartslag van beide groepen in drie condities: “rust”, “met mens” en “met robot”. We then examine the emotional feeling reported for each group.

Figure 4 shows that the initial emotional state of French and Japanese children did not differ (Mann–Whitney U = 129.5, p = 0.0623). In the same vein, the final emotional state of both groups did not differ (Mann–Whitney U = 167.5, p = 0.3843). The interaction with the InterActor robot did not have any significant effect in the initial emotional state of French and Japanese children (Wilcoxon two-tailed test p > 0.05, T = 45, n = 20 and Wilcoxon two-tailed test p > 0.05, T = 9, n = 20 respectively).

Discussie en conclusie

Deze studie ging over emotionele empathie als een mechanisme van synchronisatie, waarbij gebruik werd gemaakt van hetzelfde spreker-luisterparadigma en dezelfde mens (d.w.z. experimentator) bij twee groepen kinderen, een Franse en een Japanse. Hieruit bleek dat ondanks een belangrijkere non-verbale emotionele empathische expressie bij Japanse dan Franse kinderen in de rustconditie, een vergelijkbaar mechanisme van synchronisatie de non-verbale communicatieve uitwisseling kenmerkte wanneer beide groepen kinderen interageerden met een mens of een speelgoedrobot. Wanneer Japanse kinderen interactie hadden met de robot, was hun hartslag hoger dan wanneer ze interactie hadden met de mens. Bovendien verschilde de aanvankelijke gemelde emotionele toestand niet tussen Japanse en Franse kinderen. De interactie met de speelgoedrobot had geen invloed op de uiteindelijke emotionele toestand voor beide groepen kinderen.

Onze resultaten zijn consistent met recente bevindingen die een significante onderlinge afhankelijkheid rapporteerden tussen emotionele empathie en synchronisatie bij volwassenen (Levenson en Gottman, 1985; Stellar et al., 2015; Lischke et al., 2018) en bij moeder-kind dyades (Feldman et al., 2011). Maar deze bevindingen komen ook overeen met onze hypothese dat emotionele empathie, wat een mechanisme van synchronisatie is, leidt tot potentiële overeenkomsten tussen twee verschillende groepen kinderen: Fransen en Japanners. Dit blijkt tot uiting te komen in de aanpassing van een bepaalde automatische fysiologische toestand: de hartslag. Fysiologisch gezien wordt de hartslag automatisch gecontroleerd door zowel het sympathische zenuwstelsel (SNS) als het parasympathische zenuwstelsel (PNS) van het autonome zenuwstelsel (ANS) en vormt het een maat voor het autonome functioneren (d.w.z. het onbewuste functioneren) (Porges, 2007). Het PNS wordt geactiveerd tijdens rust om homeostase te handhaven; het SNS wordt geactiveerd tijdens perioden van waargenomen verandering door het verhogen, de hartslag en het mobiliseren van emotioneel functioneren (Suurland et al., 2016). Beide fysiologische systemen handelen op complementaire manieren om te reageren en zich aan te passen aan interne en externe veranderingen; namelijk, beide systemen zijn gebaseerd op synchronisatie. Merk op dat het SNS wordt aangestuurd door het ruggenmerg, het PNS wordt aangestuurd door het ruggenmerg en de hersenen. Ogenschijnlijk was in de rusttoestand de hartslag van Japanse kinderen hoger dan de hartslag van Franse kinderen. Deze automatische activiteit zou de betrokkenheid van de kinderen ondersteunen en zou wijzen op een bepaalde emotionele toestand. Wanneer Japanse kinderen contact hadden met de mens of de speelgoedrobot, was hun hartslag gelijk aan die van Franse kinderen.

In tegenstelling tot gegevens die beweren dat autonome functies in het cardiovasculaire systeem grotendeels afhankelijk zijn van genetische factoren (Tanaka et al., 1994), geeft de huidige studie aan dat deze functies eerder lijken te berusten op intercommunicatie die in onze situatie mogelijk is via een mens of een speelgoedrobot. In wezen vertoonden beide groepen kinderen in alle condities potentieel vergelijkbare hartslagprofielen, met uitzondering van een hogere hartslag in interactie met de robot dan in interactie met de mens voor de Japanse kinderen. Een soortgelijk profiel werd waargenomen voor de Franse kinderen, ook al zijn de gegevens statistisch niet significant. Merk op dat de hartslag van de Japanse kinderen zeer vergelijkbaar was tijdens de “rust” en de “menselijke” condities waarbij de mens de belangrijkste passieve of actieve “actor” was. Merk ook op dat de mens, en de speelgoedrobot, dezelfde waren in Frankrijk en in Japan. In beide groepen was de hartslag quasi-identiek wanneer beide groepen kinderen interacteerden met de robot.

Het delen en transformeren van de emotionele toestanden van kinderen zou voortkomen uit hun begrip van de emotionele ervaring die de ander typeert (Giannopulu et al., 2016, 2018; Giannopulu, 2018). Op basis van interpersoonlijke synchronisatie is dit de essentie van de spreker-luisteraar conditie (Tatsukawa et al., 2016). In deze context voeren beide gesprekspartners een communicatiescenario uit waarbij ze verschillende verbale en non-verbale emotionele reacties uitproberen. Verbale reactie vereist de uitwerking van samenhangende zinnen; non-verbale reactie neemt de vorm aan van hoofdknikken en/of verschillende soorten gezichtsuitdrukkingen (Giannopulu, 2016a,b, 2018; Giannopulu et al., 2016, 2018; Giannopulu and Watanabe, 2018). Nauw verbonden met de toestand van de spreker, geven deze reacties aan dat alles (of een deel) wordt geïntegreerd (Clark, 1996; Bavelas et al., 2002). Succesvolle communicatie vereist dat zowel spreker als luisteraar de betekenis van elkaars emotionele uiting accuraat interpreteren (via verbale en non-verbale emotionele processen). Het lijkt erop dat de expressieve non-verbale emotionele aard van een menselijke handeling (d.w.z. de hartslag geassocieerd met het autonome zenuwstelsel) op zijn minst een indicatie geeft van de emotionele uiting van de ander. Dit kan worden beschouwd als een emotioneel resonantieproces, of een soort onbewust synchronisatiemechanisme dat tussen Japanse en Franse kinderen vergelijkbaar lijkt te zijn. Aangezien de gerapporteerde emotionele toestand in beide populaties analoog is, lijkt het erop dat verbale emotionele expressie ook geassocieerd zou zijn met dit mechanisme. Dit laatste resultaat zou consistent zijn met theorieën waarin emotionele basisconcepten zoals “willen”, “voelen” of “aanvoelen” gebruikelijk zijn in alle educatieve contexten (Wierzbicka, 1992).

Gezien de huidige bevindingen lijkt het erop dat zowel in Franse als Japanse populaties emotionele empathie de implicatie zou vereisen van een automatische onbewuste identificatie zonder enige intermediaire cognitieve empathie (Gallese, 2003; Asada, 2014). Dergelijke identificatie is actief bij mensen en bij speelgoedrobots. Recente gegevens zijn in overeenstemming: emotioneel empathische kinderen vertonen onbewuste non-verbale uitdrukkingen (Giannopulu en Watanabe, 2018; Giannopulu et al., 2018). Neuro-imaging bewijs ondersteunt ook een dergelijk proces dat suggereert dat het spiegelneuronensysteem niet alleen betrokken is bij de intersubjectiviteit van acties, maar ook bij de emotionele empathie die iemand in staat stelt zich verwant te voelen met anderen (d.w.z. intersubjectieve synchronisatie) (Carr et al., 2003). Een dergelijk neuraal mechanisme stelt iemand in wezen in staat zowel de gevoelens van anderen te begrijpen als zijn of haar eigen gevoelens te uiten (Gallese, 2003). Aan dit proces ligt een gedeelde representatie van de emotionele empathische toestand ten grondslag. In die zin zou emotionele empathie beschouwd kunnen worden als een brede onbewuste idiosyncrasie die de geest een specifieke vorm van communicatie biedt: een manier van automatische simulatie van emotionele ervaringen die analoog is tussen Franse en Japanse kinderen. Daarom zijn onze bevindingen in overeenstemming met de veronderstelling dat de hersenen van kinderen op een onbewust niveau de gevoelens van anderen nabootsen. Dit zou waardevol kunnen zijn voor beide groepen neurotypische kinderen die in onze studie zijn geanalyseerd. Gezien het bovenstaande kan emotionele empathie worden beschouwd als een synchronisatiemechanisme dat mens-mens en mens-robot interacties ondersteunt en toekomstig emotioneel gedrag voorspelt.

Limitaties

Een belangrijke beperking van onze studie is de afwezigheid van ecologische validiteit. Zelfs als onze experimentele aanpak onmisbaar is om waardevolle relaties tussen emotionele empathie, synchronisatie en hartslag vast te stellen, zouden we willen voorstellen dat toekomstige studies dergelijke relaties in meer naturalistische contexten onderzoeken. Een andere beperking van de studie is het ontbreken van corticale activiteit en de relatie daarvan met de perifere activiteit tijdens het synchronisatieproces. Een mogelijkheid voor toekomstig onderzoek zou kunnen zijn om te onderzoeken of centrale hersenactiviteit samenhangt met perifere activiteit wanneer synchronisatie optreedt in mens-mens interactie en in kind-robot interactie. Ten slotte zijn we het ermee eens dat we in onze studie geen klinische populatie hebben opgenomen. Toekomstige studies zouden ten minste één klinische groep (ASS of hoofdletsel) moeten onderzoeken in vergelijking met een typische.

Bijdragen van auteurs

IG ontwikkelde de methode, voerde het experiment uit, verzamelde de gegevens, analyseerde en stelde het manuscript op. TW is de maker van de robot. IG, KT, en TW bespraken het paper.

Funding

De studie behoort tot een internationaal project over speelgoedrobots kind interacties gesponsord door de Frans-Japanse Stichting van Parijs (FJF16P29).

Conflict of Interest Statement

De auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd in de afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

De recensent EF en behandelend redacteur verklaarden hun gedeelde affiliatie.

Acknowledgments

We zijn dank verschuldigd aan alle deelnemers en hun ouders, de Pedagogisch Inspecteur, de Educatief Adviseur, de Directeur en het team van de hoofdbasisschool van het eerste district van Parijs, Frankrijk en Gifu, Japan.