運(yùn)用互動裝置設(shè)計(jì)于正念之研究與創(chuàng)作

尚萌萌

(北京創(chuàng)聞文化傳播有限公司，北京100036)

運(yùn)用互動裝置設(shè)計(jì)于正念之研究與創(chuàng)作

尚萌萌

(北京創(chuàng)聞文化傳播有限公司，北京100036)

介紹正念與互動裝置的概念，通過闡述互動裝置項(xiàng)目，探索和研究正念和腦電波信號在互動藝術(shù)中的使用.通過在視覺方面的展示討論了正念對于人類生活方式的影響以及促進(jìn)作用.

腦電波;反饋負(fù)波;事件相關(guān)電位;互動裝置;Arduino

近年來，互動藝術(shù)家越來越多地將正念對腦電波的影響通過藝術(shù)作品展示出來，這些作品大多數(shù)是以互動裝置的形式展現(xiàn).這些作品大多數(shù)著重于通過參觀者自身對于腦部活動的控制，從而影響腦電波，進(jìn)而控制舵機(jī)，產(chǎn)生圖像或者點(diǎn)亮LED燈等.本文著重討論在沒有主觀意識的前提下，參觀者對于外部刺激產(chǎn)生的自然反應(yīng).這種反應(yīng)引起的變化會被記錄下來，作為互動裝置的輸入信號.互動裝置的輸出由于參觀者的不同而變化，各不相同.而這種差異在經(jīng)過正念訓(xùn)練和未經(jīng)過訓(xùn)練的參與者間體現(xiàn)的尤為明顯.通過在視覺上直觀的展示這些差異，互動裝置展現(xiàn)給參觀們?nèi)绾螡撘颇帽徽罡淖?

在文章中，參觀者的參與會被用來激活和展現(xiàn)互動裝置的內(nèi)在含義.當(dāng)參觀者參與到裝置中去的時候，他們的腦電波會被記錄并且進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，這些數(shù)字信號將用過互動裝置的輸入信號.通過使用Arduino板進(jìn)行編程和信號處理，互動裝置將會呈現(xiàn)有趣且各異的結(jié)果.

1 正念

1.1 正念的定義

正念通常被定義為“有意識的、接受的、不加以評判感受并注意自己當(dāng)下正在產(chǎn)生的情感、思維和知覺”(Kabat－Zinn，1994).這個定義具體包括三個層面的內(nèi)容:

(1)正念意味著不時地、有意識地察覺及感受當(dāng)下自己的想法、感覺、身體的知覺和周圍的環(huán)境.

(2)正念也包括接受，換句話說，也就是無條件地接受事情本來的樣子，不做主觀地評價或者去考慮過去和將來.

(3)正念盡管意識到某些經(jīng)驗(yàn)是令人愉悅的，有些則不然，仍然能夠平靜地接受它們，保持內(nèi)心的平衡.

1.2 正念與情緒管理

正念強(qiáng)調(diào)“自內(nèi)部和外部刺激產(chǎn)生之初就對其進(jìn)行不帶個人判斷的觀察”(Baer，2003)以及“注意所有的想法及情緒，但這種注意是無判斷性的”(Kabat－Zinn，1994).研究顯示，正念引導(dǎo)人們更多的感受到正面的情緒，同時也能夠?qū)θ绾斡幸庾R的將不明確的情緒信息進(jìn)行處理、規(guī)劃和展現(xiàn)產(chǎn)生作用.(Fredrickson，Cohn，Coffey，Pek，＆Finkel，2008).大量的研究表明正念也許能夠改善情緒調(diào)節(jié).正念可以通過增加個體的積極情緒體驗(yàn)、減少消極情緒體驗(yàn)來提高主觀幸福感和生活質(zhì)量水平(Carmody＆Baer，2008).

1.3 正念與外部刺激

許多證據(jù)表明，通過正念訓(xùn)練的個人當(dāng)外部刺激出現(xiàn)時能夠特別有效的控制他們的情緒(Rimma Teper，2013).例如，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)正念冥想訓(xùn)練能夠提高人體皮膚對熱度和痛感的忍耐度(Ortner et al.，2007).類似的規(guī)律在使用EEG(腦電圖)也被發(fā)現(xiàn)，具體來說就是當(dāng)看到強(qiáng)烈刺激的圖片時，不管暴力與否，正念特性較強(qiáng)的人呈現(xiàn)了較低的晚正電(late positive potential，LPP)(Brown，Goodman，Inzlicht，2013)——一種被認(rèn)為能夠代表對情感刺激產(chǎn)生持續(xù)注意的事件相關(guān)腦點(diǎn)位(Haj－cak，Dunning，F(xiàn)oti，2009).

1.4 反饋負(fù)波(Feedback－related negativity，F(xiàn)RN)

反饋負(fù)波或者是FRN是一種通過腦電圖(EEG)進(jìn)行測量的腦電波信號.事件相關(guān)電位(event related potentials，ERP)的研究發(fā)現(xiàn)，反饋負(fù)波是人腦加工反饋刺激最重要的相關(guān)腦電成分.FRN能夠展現(xiàn)人體對外部反饋的反應(yīng)(Horan et al.，2012).FRN的峰值出現(xiàn)在反饋出現(xiàn)后的250－300ms內(nèi)，最大波峰位于額葉中央?yún)^(qū)域(FC)的電極.源定位分析、fMRI和單細(xì)胞記錄研究結(jié)果也顯示FRN的發(fā)生源很可能位于內(nèi)側(cè)額葉，如扣帶前回.測量的結(jié)果顯示FRN能夠反映出壞的和好的結(jié)果比較的二進(jìn)制分級(Greg Hajcak，2006).壞的成果是腦電波中受失敗，令人厭惡的反饋或者與負(fù)面影響密切相關(guān)的部分影響的負(fù)性值.而好的結(jié)果，是由獎勵反饋或者中腦邊緣多巴胺獎勵系統(tǒng)部分引出的正電波(Ber－nat，Nelson，Steele，Gehring，＆Patrick，2011;Carlson et al.，2011).進(jìn)一步說，最近的研究已經(jīng)更有力地支持FRN反映出腦區(qū)域由獎勵反饋引起的活動(e.g.，ventral striatum，basal ganglia)，這些活動對于得到比失去要敏感的多.

2 互動裝置

互動裝置是一種將直觀的視覺設(shè)計(jì)與技術(shù)完美結(jié)合的藝術(shù)形式，是“虛擬”與“現(xiàn)實(shí)”的結(jié)合.通過吸引參觀者的注意，是他們能夠主動參與到作品中并且能夠幫助完成作品，它能夠提供給參觀者視覺和心理的雙重享受.所以，互動裝置藝術(shù)可以定義為:在由藝術(shù)家營造的特定時間相關(guān)的環(huán)境中，某個提前設(shè)定好參與規(guī)則與信息傳播護(hù)理程序的裝置，通過互動和技術(shù)吸引參觀者主動介入，從而影響作品的呈現(xiàn)過程以及最終呈現(xiàn)的結(jié)果.

與傳統(tǒng)意義上的藝術(shù)作品不同，互動裝置不僅僅是觀賞，它需要參觀者主動參與，才能呈現(xiàn)完整的結(jié)果，從而真正地完成作品.從某個意義上來說，互動裝置是“活”的藝術(shù)作品，它的最終呈現(xiàn)效果并非完全可知.互動藝術(shù)家在對作品進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)作時，只能有一個預(yù)想的大概結(jié)果，而作品的最終呈現(xiàn)，很大程度上由參觀者決定.一件互動裝置作品，實(shí)際上是由藝術(shù)家和參觀者一起完成的，參觀者既是作品的共同創(chuàng)作者也可能成為作品的一部分.而且，互動裝置作品大多是有時間性的，某段時間的作品可能與下一段時間不同，無法完全保存.

互動裝置通常是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，并且經(jīng)常使用傳感器.這些傳感器能夠?qū)囟?、動作、距離以及氣象信息等進(jìn)行收集，藝術(shù)家會處理使用這些信息，并且通過編程使這些信息能夠反應(yīng)出參與者的特定行為.在互動藝術(shù)作品中，參與者與裝置進(jìn)行對話，并且共同產(chǎn)生一個完美且獨(dú)特的藝術(shù)作品，以供參與者進(jìn)行欣賞.但是，并非所有的參與者都能看到同樣的結(jié)果.互動裝置本身的互動性，也就意味著每個參觀者對作品都有獨(dú)到的見解，因此得到與其他人完全不同的觀感.

3 與正念相關(guān)的互動裝置的設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目陳述

下面將通過一件與正念相關(guān)的互動裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)一步闡述二者的關(guān)系及應(yīng)用.一件互動裝置將會被設(shè)計(jì)出來展示正念特性強(qiáng)的人與正念特性較弱的人在面對甜食(獎勵刺激)時的不同，而這些不同，通過點(diǎn)亮不同數(shù)量的LED燈來時間.它在視覺上表明了正念訓(xùn)練能夠幫助人們抵御食物的誘惑并且作出健康的生活方式的選擇.

在本項(xiàng)目中，獎勵將會是放置在一個小盒子里的蛋糕.豎條LED燈條會被懸掛在盒子后面2米處.當(dāng)參觀者將用來測量腦電波的頭戴耳機(jī)帶上后，這個盒子會自動從上方打開使得參觀者能夠看到蛋糕.此時參觀者的腦部活動將會被記錄下來，經(jīng)過分析處理從而控制LED的明滅.

圖1

圖1 是裝置的示意圖.由圖1可見，兩個完全相同的盒子會被疊加放置在參觀者面前.上面的盒子能從上方打開，而底下的盒子能從正面打開.蛋糕也被放置在上面的盒子里.一個測量耳機(jī)被放置在上面盒子上方.一塊Arduino板(Arduino 1)會被粘貼在上方盒子的左側(cè)面.由Arduino控制的舵機(jī)將被安裝在上方盒子頂部與下方的連接處，通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)打開關(guān)閉盒子.四個LED燈珠會被安置在盒子的四個角上，以便參觀者能夠看到蛋糕.其他的測量腦電波的裝置以及電腦會被放置在下面的盒子里.

數(shù)條上面安裝著多個LED燈珠的燈條會被連接到一大塊木板上，而這塊木板將會被連到天花板上.第二個Arduino板(Arduino 2)將被粘貼到這塊板上.燈條的長度和每條燈條上LED燈珠的數(shù)目各不相同.

當(dāng)參觀者戴上頭戴測量耳機(jī)時，對他們腦部活動的測量將開始，測量的信號會被傳送到Arduino 1.通過對Arduino 1進(jìn)行編程，它在接到信號200ms后會驅(qū)動舵機(jī)轉(zhuǎn)動從而使得上方盒子的蓋打開，同時它會打開盒子里的4個LED燈珠.也就是說，當(dāng)參觀者戴上測量耳機(jī)200ms后，蛋糕會呈現(xiàn)在他們面前.一個簡單的機(jī)械系統(tǒng)將會和舵機(jī)一起轉(zhuǎn)動蓋子打開上方的盒子.在蛋糕呈現(xiàn)前的200ms，有兩個作用，一是消除剛開始測量的干擾和誤差得到個人基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，二是給予Arduino 1時間進(jìn)行信號處理和系統(tǒng)控制.

在呈現(xiàn)蛋糕后的200ms到300ms之間，F(xiàn)RN達(dá)到波峰.當(dāng)參觀者FRN振幅達(dá)到最大值時，Arduino 1會將這個最高振幅的數(shù)值通過無線傳輸給Arduino 2.這兩個Arduino板間的無線傳輸，通過XBee模塊或者藍(lán)牙模塊來實(shí)現(xiàn).當(dāng)Arduino 2收到某個數(shù)值后，它會點(diǎn)亮懸掛的相應(yīng)的LED.所有的LED燈珠形成了一個大型的無規(guī)律排列的矩陣，這個矩陣會被作為一個整體進(jìn)行控制和編程.

圖2是本項(xiàng)目的時間線:

圖2

3.2 研究方法

3.2.1 FRN的獲得

在這個項(xiàng)目中，將使用腦電圖設(shè)備，以便得到FRN.因?yàn)槟壳暗玫侥X電圖的裝置較多而且各有利弊，本文將重點(diǎn)討論三個有代表性的方法，這些方法有以下特點(diǎn);

(1)腦電圖設(shè)備應(yīng)該是便攜且價格相對合理.

(2)因?yàn)楸疚闹许?xiàng)目的開展和研究依賴于對最高FRN振幅的記錄和分析，而通過前面的研究可以直到FRN波峰出現(xiàn)于額前葉(PFC)部分，所以項(xiàng)目中所用的設(shè)備需要能夠記錄俄前葉區(qū)域附近的腦部活動.

(3)項(xiàng)目中盒子的開啟及LED燈的明滅都是通過Arduino板的控制來實(shí)現(xiàn)的，因此所用的設(shè)備要能夠向Arduino板傳送數(shù)據(jù).

上面提到的三種解決方法如下:

方法1:NeuroSky MindSet+Arduino(NeuroSky MindWave+Arduino)

在這個方法中將使用Arduino板，NeuroSky MindSet和藍(lán)牙模塊.MindSet是美國NeuroSky公司基于其最新的(Brain Computer Interface，簡稱BCI)技術(shù)研發(fā)的一款“意念耳機(jī)”，它原本的設(shè)計(jì)用途是通過對佩戴者腦電波信號的實(shí)時采集和分析處理，讓使用者能夠通過意念控制電腦中的人物和場景，在本項(xiàng)目中將只用來得到相應(yīng)的腦電波信號.MindSet有自己的MAC地址，使得Arduino能夠通過藍(lán)牙模塊與其進(jìn)行交流.

Mindset、Arduino和藍(lán)牙模塊都能夠在網(wǎng)上通過合理的價格購得，打開即用，比較方便.關(guān)于在Arduino開發(fā)環(huán)境下通過藍(lán)牙無線交流的數(shù)據(jù)庫和代碼示例很多，而且NeuroShy也提供了連接Mindset和Arduino的方法指南，其中也包括代碼.這個方法可行性高且價格合理，但是有如下的缺點(diǎn):由于Mindset的制作成本及主要用途，F(xiàn)RN可能無法從其他EEG活動中被區(qū)別出來.因?yàn)镸indset沒有提供關(guān)于數(shù)據(jù)收集區(qū)域的具體信息，使得FRN的分離更加困難.即便是FRN信號能夠被成功區(qū)別，也有可能因?yàn)樾盘柼鯚o法使用.

方法2:NeuroSky ThinkGear模塊+Arduino

NeuroSky ThinkGear ASIC模塊(AM)是由NeuroSky公司開發(fā)的模塊，能夠檢測出人腦的微弱信號并且將這些模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，從而傳輸給Arduino.這個方法最大的優(yōu)點(diǎn)是ThinkGear模塊能夠被放置在PFC區(qū)域附近以便得到想要的FRN振幅.這個模塊也有相應(yīng)的Arduino數(shù)據(jù)庫和代碼示例.因此這個方法得到的數(shù)據(jù)跟準(zhǔn)確，價格最低廉且使用更靈活.但是，使用者需要自己手工將ThinkGear模塊與Arduino板焊接在一起，使用者也需要自己制作出將ThinkGear模塊放置在合適位置的測量耳機(jī).在這個過程中可能會發(fā)生錯誤產(chǎn)生誤差，需要使用者有較高的專業(yè)技術(shù).

方法3:NeuroScan SynAmps 2+Arduino

NeuroScan SynAmps 2被神經(jīng)學(xué)家廣泛的使用.通過與電極帽一起使用，SynAmps 2能夠精確的記錄腦電波活動包括最高FRN振幅.但是NeuroScan SynAmps 2與Arduino交流目前沒有相關(guān)的資料，對于互動藝術(shù)家來說這個設(shè)備太過專業(yè)價格也過高.

3.2.2 點(diǎn)亮LED燈

當(dāng)參觀者戴上測量耳機(jī)后，對他們腦部活動的記錄開始.獎勵將會在200ms后呈現(xiàn).而在這最初的200ms中收集到的數(shù)據(jù)將會被用來做基準(zhǔn).由以往的研究可知，F(xiàn)RN在額前葉(PFC)區(qū)域能夠達(dá)到峰值.因?yàn)樵诒狙芯恐?，只有最高的FRN振幅被使用，因此只有從額前葉區(qū)域收集到的數(shù)據(jù)會被分析以便下一步使用.FRN的峰值出現(xiàn)在獎勵呈現(xiàn)的大約250ms后，所以時窗設(shè)定200ms到300ms中間，以便能夠準(zhǔn)確的收集到峰值信號.

50個正念特性強(qiáng)的人(通常是經(jīng)過正念訓(xùn)練的人)以及50個正念特性較弱并且嗜吃甜食的人將被分為兩組進(jìn)行測試.每組看到與項(xiàng)目中相同的蛋糕是得到的最高FRN振幅將會被記錄.去掉5個最高值及5個最低值，得到的平均數(shù)即是這組的平均值.正念特性強(qiáng)的人的平均值將作為最低值，而正念特性弱的人的平均值作為最高值得到一個項(xiàng)目中最高振幅值的范圍.大多數(shù)參觀者的最高FRN振幅應(yīng)該在此范圍內(nèi).

當(dāng)項(xiàng)目中參觀者的最高FRN振幅達(dá)到上述范圍的最小值時，85%的LED亮起，而當(dāng)這個數(shù)值達(dá)到范圍最大值使，25%的燈亮起.

通過與上述范圍中的最高和最低值對比，參觀者的最高FRN振幅將會被轉(zhuǎn)換為一個比例值，這個比例值將會通過無線模塊被傳輸給Arduino 2，相應(yīng)數(shù)量的LED的會被點(diǎn)亮.

作為一個藝術(shù)作品，項(xiàng)目中將測量方法和數(shù)據(jù)使用盡量簡化，得到的結(jié)果并不精確，只能用于藝術(shù)展示.

4 結(jié)語

隨著互動裝置藝術(shù)的發(fā)展，藝術(shù)家們將創(chuàng)作的靈感投向了越來越寬的范圍.文章談?wù)摿藢⒄罴茨X電波信號，作為輸入信號來創(chuàng)作作品的理論根據(jù).通過一個例子說明了可能有效的創(chuàng)作方法.相信通過藝術(shù)家們的努力，人類自身活動的信號將會越來越多的被用于藝術(shù)創(chuàng)作，給參觀者帶來驚喜.

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A Research on How the Mindfulness Improves People＇s Lifestyles

SHANG Meng－meng
(Beijing Cheer V International Culture Transmitting Co.Ltd，Beijing，100036，China)

The research will discuss how the mindfulness improvespeople＇s lifestyle in a visual way.Previous research mostly focuses on intentionally controlling the brain activity to change the speed of a motor，and to light up LEDs，etc.In this research，the audiences＇subconsciousreactions to the external stimuli be will be recorded and used as the input of the interactive installation.The outcomes of the installation show the audience how they are imperceptiblychanged by mindfulness.

EEG;FRN;ERP;interactive installation;Arduino

TN92

A

1672－2590(2015)06－0057－06

2015－10－27

尚萌萌(1986－)，女，山東泰安人，北京創(chuàng)聞文化傳播有限公司經(jīng)理助理.