控制感官刺激的新型数字界面,如何改变多感官整合研究的可能性?

新的数字工具让研究人员能更精确地控制视觉、触觉、嗅觉和味觉,并能在实验室之外研究多感官整合。

直接答案

新型数字界面之所以改变研究人员能研究什么,是因为它们让过去难以操控的感官刺激——触觉、嗅觉、味觉和三维视觉,而不只是视觉和听觉——变得可以精确呈现和控制,并且能在传统实验室之外进行。它们还让研究人员能在临床环境中用手机应用测量多感官整合,其效果与经过验证的实验室设备相当;同时,这些工具也为研究日常生活中自然发生的多感官事件打开了大门,而不必只依赖严格编排的实验室试验[2][1]。

5篇文献引用

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为什么控制感官是这类研究中最难的部分

多感官整合是指大脑把来自不同感官的信号组合成一个连贯的世界体验。要研究它,研究人员需要同时呈现来自两个或更多感官的刺激,并精确控制每个信号到达的时间,因为信号的时间关系和配对方式正是这一现象的核心。长期以来,该领域受限于刺激能被呈现和控制到什么程度,尤其是当研究超出视听事件、走出实验室之后[2]。

数字界面直接解决了这一瓶颈。体积显示让视觉内容摆脱平面二维屏幕的限制;触觉设备无需物理接触就能产生触觉刺激;嗅觉界面能配合虚拟环境中的事件释放气味;味觉界面则可以通过悬浮刺激产生味觉感知[2]。这些技术各自把原本难以操控的感官变成了研究人员可以安排和变化的条件,从而让新型实验成为可能。

在人们真实所处的环境中测量整合

一个具体例子是名为CatchU的手机应用,它旨在把视觉—躯体感觉整合的测量——即大脑如何把看到的东西与皮肤上感觉到的刺激结合起来——带入临床环境。在一项针对50名老年人(平均年龄约76岁)的研究中,参与者分别使用该应用和一台经过验证的实验室设备(三刺激器)完成对视觉、躯体感觉及联合刺激的简单反应时任务[1]。

该应用在平均反应时和反应时分布形态上都捕捉到了多感官整合,产生的整合幅度与实验室设备相似,并且与实验室设备相比没有系统性偏差。实际上,它的反应变异性比三刺激器记录到的还要小[1]。实际意义在于,数字界面可以支持与实验室仪器相同的推断;这一点很重要,因为感官整合受损与步态缓慢、平衡差和跌倒有关——这些结果研究人员希望在临床上测量,而不只是在实验室里测量[1]。

在真实环境中以及感官受到干扰的人群中研究整合

由于这些工具便携且可编程,它们使研究人员能够研究日常生活中自然发生的事件,而不只是人为设计的实验室呈现[2]。这改变了研究人员能提出的问题:不只是两个信号在受控条件下是否会被组合,还包括在普通体验中杂乱、重叠的感官流里,整合是如何运作的。

数字控制还使干预成为可能,而不仅仅是观察。有一个框架把虚拟现实与皮肤电刺激——向皮肤施加小幅电脉冲——结合起来,向下肢截肢者提供配对的视觉和触觉信号。该设置使视觉—触觉刺激即使在空间上不匹配时也能被整合,并且这种刺激与更快的感官处理、更高的具身感以及幻肢畸形的减轻相关[5]。这表明数字界面可用于探查感官输入被打乱者的整合情况,不过所描述的益处只是该研究中的发现,并非已经确立的疗法。

新工具本身不能解决什么

更好的刺激控制本身并不能解释整合在大脑中如何展开。使用事件相关电位——一种与刺激时间锁定的脑电活动记录——的研究发现,多感官整合没有影响前运动区的运动准备,而前额叶皮层的认知准备却增强了,并与反应准确性相关[3]。这提示整合不仅涉及感知,还延伸到预期;作者从大脑在感知输入不确定时更看重预测的角度讨论了这种可能性[3]。

也并非每个数字应用都是研究工具。一项关于沉浸式数字景观中多感官交互设计的研究描述了在艺术治疗情境中使用视觉、听觉和触觉的联合刺激,并关注参数界面的标准化[4]。这项工作面向治疗实施,而不是测量整合,因此它说明了数字感官控制的用途之广,却没有告诉我们整合本身如何运作。目前最明确的证据是,数字界面可以匹配实验室测量,并将其向外延伸——延伸到诊所、日常环境以及感官身体发生改变的人群——而机制性问题仍依赖脑记录等方法[1][2][3]。

本文引用的文献

1

在临床环境中测量多感官整合:将成熟的实验室方法与新型数字健康应用进行比较

在一项针对50名老年人的研究中,一款数字健康iPhone应用(CatchU)捕捉到的视觉—躯体感觉整合在幅度上与经过验证的实验室设备相似,没有系统性偏差,且反应变异性更小。

2

技术进步视角下的多感官整合:综述

体积显示、非接触式触觉以及嗅觉和味觉界面等新技术,为在传统实验室环境之外控制和呈现感官刺激、开展多感官整合研究提供了新途径。

3

预期性多感官整合对感觉—运动表现的影响

多感官整合没有影响前运动区的运动准备,但增强了前额叶皮层的认知准备,且后者与反应准确性相关。

4

数字沉浸景观中的多感官交互设计及其艺术治疗机制

一种利用沉浸式数字技术的多感官交互设计,为艺术治疗提供视觉、听觉和触觉的联合刺激,并关注参数界面的标准化。

5

多感官刺激减轻幻肢畸形并能实现最优整合

一个结合虚拟现实与皮肤电刺激的框架,使下肢截肢者即使在刺激空间不匹配时也能实现最优的视觉—触觉整合,并与更快的感官处理、更高的具身感和幻肢畸形减轻相关。