Abstract The general purpose of this study was to develop methodology for assessing counseling interactions. The first main objective of the research was to develop measures for assessing counselors’ responses and client-centeredness (Study I). Specific aims connected to the first objective were to assess the content validity and inter-rater reliability of the Counselor Response Coding System (CRCS) and the content validity, construct validity and inter-rater agreement of the Skilled Verbal Responding Scale (SVRS), which are measures included in the Counselor Response Observation System (CROS). The second main objective was to assess the applicability of heart-rate variability (HRV) to the measurement of emotions during clients’ verbal reports of unpleasant experiences (Studies II and III). The setting was analog with client-centered counseling aims in that the subjects produced verbal reports of their unpleasant experiences. Specific aims connected to the second objective were to examine the differences in subjects’ emotions between viewing and reporting unpleasant experiences and to examine the differences in their emotions between reporting pleasant and unpleasant experiences by measuring HRV. The results supported the content validity and inter-rater agreement of the CRCS and the content validity, construct validity, and inter-rater reliability of the SVRS. Overall, the results from the CROS testing can be considered a good starting point toward its further validation. The results from the HRV experiments were consistent with earlier findings and indicated that the subjects’ sympathetic activity was lower and that their parasympathetic activity higher when they reported unpleasant pictures than it was when they viewed them. This dynamic was not observed with the pleasant pictures. The results suggest that HRV and emotions during reporting should be interpreted in relation to the initial experiences and emotions in the viewing phase. / Tiivistelmä Tutkimuksen yleinen tavoite oli ohjausvuorovaikutuksen arviointimenetelmien kehittäminen. Tutkimuksen ensimmäinen päämäärä oli kehittää ohjaajan responsseja ja ohjaustoiminnan asiakaskeskeisyyttä arvioivia mittareita (Osajulkaisu I). Tarkempina ensimmäiseen päämäärän kytkeytyvinä tavoitteina oli arvioida Ohjausresponssien mittausjärjestelmään (CROS) sisältyvien Ohjausresponssien koodaussysteemin (CRCS) sisällön validiteettia ja interarvioitsijareliabiliteettia sekä Taitavan verbaalisen toiminnan skaalan (SVRS) sisällön validiteettia, rakennevaliditeettia ja interarvioitsijareliabiliteettia. Toisena päämääränä oli arvioida sykevariaatiomittauksen (HRV) soveltuvuutta asiakkaan emootioiden arviointiin puheen aikana (Osajulkaisut II ja III). Asetelma tässä oli analoginen asiakaskeskeisen ohjauksen tavoitteiden kanssa ja HRV -kokeissa koehenkilöt tuottivat verbaalisia kuvauksia emotionaalisesta kokemuksesta. Toiseen päämäärään kytkeytyvät tarkemmat tavoitteet olivat tarkastella eroja koehenkilöiden emotionaalisessa aktiviteetissa epämiellyttävien kuvastimulien katselun ja raportoinnin välillä sekä eroja miellyttävien ja epämiellyttävien kuvastimulien raportoinnin välillä HRV mittauksen avulla. Tulokset tukivat CRCS:n sisällön validiteettia ja interarvioitsija -reliabiliteettia sekä SVRS:n sisällön validiteettia, rakennevaliditeettia sekä interarvioitsija -reliabiliteettia. Kokonaisuudessaan CROS -arvioinnin tulokset ovat hyvä lähtökohta sen kehitystyössä. HRV -kokeiden tulokset olivat yhdenmukaisia aiempien löydösten kanssa ja indikoivat, että koehenkilöiden sympaattinen aktiviteetti oli matalampaa ja parasympaattinen korkeampaa, kun he raportoivat epämiellyttäviä stimuleita verrattuna stimulien katseluun. Tätä dynamiikka ei havaittu miellyttävien stimuleiden kohdalla. HRV -kokeiden tulokset indikoivat, että HRV ja emootiot tulisi tulkita suhteessa alkuperäiseen kokemuksen valenssiin, mikä on raportoinnin kohteena.

Abstract A cardiorespiratory system is highly regulated via the autonomic nervous system (ANS), whose function can be quantified noninvasively by analyzing electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP) and respiration signals. Several conditions and illnesses are linked with imbalance of the ANS. This thesis aimed to develop methods for describing the ANS regulation of a cardiovascular system from short-term cardiorespiratory measurements. More specifically, the role of breathing rate and its effects on traditional frequency domain based cardiovascular indexes describing ANS control is addressed. The main contributions are as follows: 1) an adaptive filtering based method to remove respiratory influences from cardiovascular signals and indexes was developed. The adaptive filter reduced the bias caused by low respiration rate, enabling the usage of spontaneous respiration measurement protocol over controlled respiration. 2) Methods to quantify respiratory sinus arrhythmia (RSA) index from cardiovascular signals were developed as well: two methods utilizes adaptive filtering and either the measured respiration signal or the ECG-derived respiration signal and one method uses independent component analysis. Developed RSA index methods allow varying respiration rates making them physiologically more accurate than traditional high frequency power with fixed respiration rate, often used as RSA index. 3) Tools for studying the power and the frequency of low frequency (LF) oscillations of cardiovascular signals were developed, including a time-frequency representation for analyzing varying data. An experimental study was conducted with patients of continuum of cardiovascular risks. According to results, aging decreased the frequency of LF oscillation, whereas coronary artery disease decreased it further. 4) Two new ECG-derived respiration (EDR) methods utilizing decomposition techniques were developed. The proposed methods yielded statistically significant improvements over previously developed EDR methods. EDR method enables to get respiratory information from ECG, which in its turn reduces needed modalities in ANS quantification. This thesis provides methods to quantify indexes describing the ANS function more accurately by acknowledging the respiration effects. The results of this thesis may be utilized in various application areas, ranging from clinical to physiology research up to commercial health, wellness and sport products. / Tiivistelmä Autonominen hermosto säätelee tarkasti sydän- ja verenkiertoelimistöä sekä hengitystä. Autonomisen hermoston toimintaa voidaan analysoida laskennallisin menetelmin noninvasiivisesti mitatuista elektrokardiogrammi- (EKG, sydänsähkökäyrä), verenpaine- ja hengityssignaaleista. Useita tekijöitä ja sairauksia voidaan yhdistää autonomisen hermoston epätasapainoon. Väitöskirjassa kehitettiin menetelmiä sydän- ja verisuonijärjestelmän autonomisen säätelyn kuvaamiseksi lyhytaikaisista kardiorespiratorisista tallenteista. Erityistä huomiota on kiinnitetty hengityksen vaikutukseen perinteisiin taajuustasosta laskettaviin muuttujiin, jotka kuvaavat autonomisen hermoston toimintaa. Väitöskirjan päätuloksia ja -tuotoksia ovat: 1) uusi adaptiiviseen suodatukseen pohjautuva laskennallinen menetelmä hengitysvaikutuksien poistamiseksi sydän- ja verisuonisignaaleista. Adaptiivinen suodatin vähensi matalan hengitystaajuuden aiheuttamaa vääristymää hermoston toimintaa kuvaavista parametreistä. Uusi menetelmä mahdollistaa kontrolloimattoman eli vapaan hengitystaajuus-protokollan käytön autonomisen hermoston toiminnan mittauksissa. 2) Uusia menetelmiä respiratorisen sinus arrytmian (RSA) määrittämiseksi sydän- ja verisuonisignaaleista. Kehitetyissä menetelmistä kahdessa käytetään adaptiivista suodatusta hyödyntäen joko mitattua hengityssignaalia tai EKG:stä johdettua hengityssignaalia. Kolmas menetelmä pohjautuu itsenäisten komponenttien analyysiin. Kehitetyt menetelmät RSA:n laskemiseksi sallivat hengitystaajuuden vaihtelun mittauksien aikana, mikä tekee ne fysiologisesti tarkemmaksi kuin perinteisesti käytetty korkeataajuinen (HF) komponentti, joka lasketaan taajuustasossa tietyltä kaistalta riippumatta hengitystaajuudesta. 3) Kehitettiin ja sovellettiin menetelmiä EKG:n ja verenpaineen matalataajuisten (LF) heilahtelujen tutkimista varten. Yhdessä tutkimuksessa sovellettiin aika-taajuustason esitystapaa vaihtelevan datan analysoimiksi. Kokeellinen tutkimus tehtiin aineistolla, joka oli jatkumo sydän- ja verisuonitautien riskejä omaavista potilaista jo sairastuneisiin potilaisiin. Ikääntyminen pienensi matalataajuisen heilahtelun taajuutta ja sepelvaltimosairaus pienensi sitä edelleen. 4) Kaksi uutta hajotelmatekniikoita hyödyntävää menetelmää, joilla lasketaan EKG:stä hengitysvirtausignaali-estimaatti (EDR). Kehitettyjen EDR-menetelmien suorituskyky osoittautui tilastollisesti paremmaksi kuin aikaisemmat menetelmät. Koska hengityssignaali ja -taajuus voidaan johtaa suoraan EKG:stä, tarvittavien mittaussensoreiden määrää vähenee. Lisäksi EDR:ää voidaan hyödyttää autonomisen hermoston toimintaa kuvaavien parametrien estimoinnissa. Väitöskirja tarjoaa menetelmiä autonomisen hermoston toiminnan mittaamiseksi huomioiden erityisesti hengityksen vaikutus estimoitaviin parametreihin. Väitöskirjan tuloksia voidaan soveltaa useissa kardiorespiratorisia signaaleja hyödyntävissä sovelluksissa aina kliinisestä työstä fysiologian tutkimukseen ja kaupallisiin hyvinvointi-, terveys- ja urheilusovelluksiin. / Huomautus/Notice Painetussa virheellinen ISBN: 978-952-62-2312-4, oikea 978-952-62-2310-0. Printed version has incorrect ISBN: 978-952-62-2312-4, it should be 978-952-62-2310-0.