8.7 界面设计的脑电测评方法

这是一篇关于8.7 界面设计的脑电测评方法的思维导图，主要内容包括：8.7.2相关脑电指标和实验范式，8.7.1脑电技术简介。

8.7 界面设计的脑电测评方法

• 8.7.1脑电技术简介
  • 1)1929年，Hans Berger成功测量到脑部电活动，脑电图(EEG， electroencephalography)技 术开始兴起，直到 2）1965年Sutton记录到与执行认知任务相关的EEG，并将相同刺激事件相关 的EEG信号在时间上同步锁定起来，叠加平均后观察到了一系列电位，这些电位反应了信息 认知加工过程的脑内信息，记为事件相关电位(event —related potential，ERP)
  • 因此，从脑电中 提取心理活动的信息，从而揭示心理活动的脑机制历来是心理学研究的重要方向，脑电方法历 来是心理学的重要研究方法。
  • ERP
    • 定义
      • 即是当外加 一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤销刺激时，在脑区引起的 电位变化。
    • 特点
      • ERP技术具有高时间分辨率的特点，弥补了血液动力学时间维度上的不足，成为认知神 经科学领域中PET与fMRI等脑电技术的重要辅助技术，ERP
      • ERP能够实现脑电信号和实验任务 操作的同步锁时，其波幅、潜伏期、电位和电流的空间频率等指标可提供大届工作过程的信息， 可直接反映神经的电活动，建立操作任务和脑电信号、脑区的映射和对应。
      • ERP技术在人机 交互数字界面中的运用，旨在寻求一种归溯于人类内源性规律的研究方法。
    • 优点
      • 行为反应是多个认知过程的综合输出，根据反应时 和正确率等指标很难确定和全面解释特定认知过程，ERP可实现刺激与反应的连续测量，最 终确定受特定实验操作影响的是哪个阶段。
      • 。同时，ERP可实现在没有行为反应的情况下对刺 激的实时测量，实时信息处理的内隐监测能力成为ERP技术的最大优点之一。
    • 特点
      • ERP成分的功能意义和行为数据的功能意义相比，并不是十分清晰和易于解释，需要 一系列的假设和推理，而行为测量的结果则更加直接易于理解。
      • ERP电压非常小，需要多个 被试大量试次才可以精确测得，ERP实验中每个条件下单个被试需要50-100个试次，而行 为实验中每个被试只需20-30个试次就可测得反应时和正确率的差异。
    • PETJMRI等常用脑电生理测量手段相比
• 8.7.2相关脑电指标和实验范式
  • 重点关注脑电指标
    • 数字界面早期选 择性注意引起的偏好性感觉编码P1/N1成分
    • 数字界面的视觉注意、视觉刺激辨认、记忆等重 要认知功能相关的N2成分；遇到错误中断操作产生的P300成分
    • 数字界面整体风格特征识 别的语义歧义波N400；
    • 在任务操作错误时的错误相关负波ERN
    • 单击按键决策反应时的运动 相关电位
    • 视听跨通道认知过程中的失匹配负波VMMN；系统报警提示和响应时间段引起的 其他相关脑电成分。
  • 相关脑电指标和实验范式
    • 实验范式需从数字界面的信息元素视觉认知和具体实验任务两个角度来选取在数字界 面信息元素的视觉认知脑机制研究中，数字界面本身作为实验刺激材料较为复杂，需将图标、 导航栏、布局、色彩等界面信息元素单独抽离出来开展实验，针对信息元素，可采用以下实验范 式：
    • 信息元素实验范式
      • （1）视觉Oddball实验范式，通过将数字界面的特定信息元素设定为靶刺激和标准刺激， 诱发产生P300.MMN等与刺激概率有关的ERP成分，分析信息元素不同出现概率时脑区 ERP成分的变化规律。
      • （2） Go-Nogo实验范式，考察信息元素在等刺激概率下，引起的N2， MMN，P3等脑电成分的变化规律。
      • （3） One-back实验范式，可实现视觉比较和辨别同一信 息要素的不同设计方案之间的脑区反应和变化，从信息量认知负荷角度选取元素的设计方案。
    • 数字界面认知机制实验范式
      • 视运动知觉启动实验范式，
        • 尤其针对不同动态交互效果（如2D交互和3D交互效果）呈现时的大脑兴奋度和脑区激活 程度的研究。
      • 空间注意提示实验范式
        • 尤其针对导航栏的激活和非激 活态的选择性注意的脑机制研究。
      • 工作记忆实验范式
        • 行数字界面交互任务而获取信息，对其进行操作加工，可获取 数字界面认知机理中的记忆研究的脑机制过程，可选取双任务范式，样本延迟匹配任务范式， n-back任务范式或联系刷新范式来进行研究。
      • 学习一再认”实验范式
        • 可对数字界面认知阶段记忆效果进行测验，通过设定SOA 或ISI的时间，可检验被试的学习效果，以期获得认知负荷最小的界面作为最优界面，届时可 选取相继记忆效应范式，重复效应与新旧效应范式和内隐记忆效应范式，来研究数字界面认知 阶段记忆效果的脑机制。
      • 设计适合项目研究的实验范式
  • 数字界面的脑电评价方法
    • 1）数字界面整体评估方法
      • 直接观察法
        • 主要通过直接观 察数字界面，获取偏好性感觉编码成分P1/N1成分来评估。
      • 任务试验分析法
        • 操作错误时的脑电成分ERN（误操作）；
        • 遇到困难，中断进一步操作时 的脑电波（认知负荷）；
        • 单击按钮的决策反应（反馈负波）；跨通道反应脑电波（视觉/听觉）；
        • 系统 报警提示引起的脑电成分（威胁性信息）；系统响应时间产生的脑电波（响应时间）。
    • 2）数字界面局部评估方法
      • 数字界面局部评估是对数字界面进行解构后，抽离出数字界面元素，在经过图像处理后，通过脑电设备完成对界面颜色、图标设计、按钮设计和屏幕布局的脑电评估
      • 评估屏幕布局设计
        • 评估屏幕布局设计时应使各功能区重点突出、功能 明显，遵循以下原则：平衡原则(对称于均衡)；预期原则（符合用户心理预期）；经济原则（容易开发成本低）；顺序原则（按功能重要性排序）；规则化原则。对屏幕布局的评估主要通过视觉搜索任务和 视觉选择性注意任务来完成。
      • 按钮
        • 按钮分类较多，同时涉及到交互和操作，按钮交互的脑电 评估可参照界面整体评估中的单击按钮的决策反应，按钮显示 效果和风格评估可参照颜色、图标的评估方法进行。