麻省理工學院研究人員開發更便捷人機交互系統幫助嚴重運動障礙者更快、更準確地打字

2007年5月22日在法國上映了一部劇情片《潛水鐘與蝴蝶》， 該片以法國時尚雜志Elle主編 Jean-Dominique Bauby的同名回憶錄為藍本，講述了其在開車途中突發中風并導致其身患閉鎖綜合征，在身體機能遭到嚴重損壞后，僅通過眼皮與世界交流的故事。

這場事故發生在1995年，從此Bauby成為了一個植物人。他全身癱瘓， 不能活動身體、不能吞咽、不能說話，為了避免沒有作用的右眼遭受感染，醫生像縫襪子一樣縫合了他的右眼，因此他全身唯一能動的只剩下左眼。

“除了我的眼皮，還有兩樣東西沒有癱瘓： 我的想象和我的記憶?！?盡管全身癱瘓，Bauby的意識卻是清醒的，他的左眼成為他與世界能產生聯系的唯一工具。

這部130頁的回憶錄就是Bauby用他的左眼在聽寫系統的輔助下寫出來的。在該系統中，他的言語治療師背誦字母表，當其說出正確的字母時，Bauby就會眨眼。

自從Bauby的故事發生以來，該技術已經取得了長足的進步。許多因閉鎖綜合征、腦癱、肌萎縮側索硬化癥或其他疾病而導致嚴重運動障礙的人可以使用計算機界面進行交流，他們通過哈氣或眨眼的方式以激活單個開關（類似于按下按鈕）在屏幕網格中選擇字母或單詞。

但是這些技術非常死板，與Bauby語言治療師的方法類似，這種技術一次僅能夠突出顯示某個選項，而無法實現需要以網格形式排列多個選項的復雜任務，例如繪圖、瀏覽網頁或游戲等。

為此，來自麻省理工學院的研究人員正在開發一個更靈活的系統，他們在計算機屏幕上的每個選項旁邊都放置了單獨的選擇指示器。也就是說，任何一個可以點擊的選項旁邊都會配備一個選擇指示器，因此用戶不再需要在網格中循環進行選擇。

在Nomon界面中，每個選項旁邊都有一個小型模擬時鐘。當用戶鎖定一個選項時，需要在時鐘的指針經過紅色“中午”線時單擊其開關，每次點擊后，系統都會改變時鐘的相位以選中最可能的下一個目標。用戶可以反復點擊，直到他們的目標被選中。

與使用行列掃描系統相比，該項研究的參與者能夠使用Nomon更快地打字，并且除了打字，在圖片選擇任務上的表現也更好。

“能夠開發有潛力真正幫助人們的軟件真是太酷了，太令人興奮了。能夠像我們習慣的那樣找到這些信號并將它們轉化為通信是一個非常有趣的問題，”該研究的作者、麻省理工學院電氣工程和計算機科學系、信息和決策系統實驗室以及數據、系統和社會研究所副教授Tamara Broderick說道。

為了收集更多有代表性的數據，該研究的主要作者Nicholas Bonaker設計了一種基于網絡攝像頭的開關，它比簡單地單擊一個鍵更難使用。非運動障礙者必須將身體靠在屏幕的一側，然后再回到另一側才能完成點擊選擇動作。

然而，經過實證研究，這種速度更加緩慢的選擇方式卻更接近運動障礙者的反應時間。

并且，據研究結果顯示，非運動障礙者使用Nomon的打字速度提高了15%，而運動障礙用戶的打字速度甚至比前者更快。在輸入不熟悉的單詞時，用戶的整體速度提高了20%，并且出錯的次數減少了一半。在最后一次試驗中，他們使用Nomon完成圖片選擇任務的速度比行列掃描系統提高了36%。

在此之后， 研究人員在這個名為Nomon的系統上整合了概率推理來學習用戶如何做出選擇，然后調整界面以提高他們的速度和準確性。

憑借其概率推理，Nomon整合了它所知道的關于用戶可能單擊的位置的所有信息，以使該過程更快、更容易、更準確。這種概率推理使Nomon功能強大，但也需要比行列掃描系統更高的點擊負載。對于嚴重的運動障礙用戶來說，多次點擊可能是一項艱巨的任務。

Broderick希望通過將凝視跟蹤整合到Nomon中來減少點擊負載，這將為系統提供更可靠的信息，即系統根據用戶正在查看的屏幕部分推測下一步可能會選擇什么。研究人員還希望找到一種更好的方法來自動調整時鐘速度，以幫助用戶更加準確和高效。

這項研究已經得到了殘障人士先進技術賽斯泰勒紀念基金、Peter J. Eloranta夏季本科生研究獎學金、麻省理工學院智力探索和國家科學基金會的部分支持。