基于fNIRS技术的新装置: 可监测谷歌眼镜用户大脑活动
戳蓝色字关注IntelligentThings
fNIRS传感器，像放置在前额的头巾一样，通过LED发出近红外光，从16个大脑区域进行取样。当测试对象进行认知工作时，研究人员使用这项技术监测大脑的氧合作用。
(图片来源于：德雷塞尔大学)
引言
高性能移动计算设备，例如智能手表，智能手环，智能手机为代表的各种智能硬件，以及眼镜，头盔，一体机为代表的虚拟现实（VR）和增强现实（VR）设备，改善了人们的生活质量，也提高了生产力。这些设备，可以减少使用者的“脑力负荷”，增强他们的“情景感知”。但是，前面提及的这两项指标，却很难进行测量评估。然而，德雷塞尔大学的研究人员，开发出了一种便携式系统，利用无线的功能性近红外光谱（fNIRS）技术，对于测量智能设备使用者的大脑活动，进行无创的测量。
“脑力负荷”和“情景感知”
“脑力负荷”，和大脑在进行特定任务时，有限的信息处理能力相关。当任务的需求，超过大脑的处理能力，“脑力负荷”进一步的增加，而大脑表现就会衰退，甚至出错。“情景感知”，是指大脑进行复杂任务时，感知关键信息，理解其含义。“情景感知”和“脑力负荷”一样，依赖于人类的工作记忆和注意力。
fNIRS技术测量用户大脑活动
对于例如谷歌眼镜这样的增强现实显示设备，以及苹果手机这样的智能设备，它们用户的“脑力负荷”和“情景感知”进行测量，是一个难题。因为，这种测量可能是有创伤的，而且基本上都需要借助实验装置进行。所以，开发一种客观的，健壮的，无创的，便携式的系统进行测量，变得很迫切。
fNIRS，安全，高度便携，用户友好，并且相对便宜，可以用于测量人脑前额叶皮层的氧合作用水平。前额皮层，正是大脑负责复杂任务例如决策，认知表现和人格发展的区域。fNIRS的应用领域和前景广阔，已经应用于，例如培训航空管制员和无人机操作者，帮助残疾学生学习，以及研究不同人群对于广告的反应。
目前为止，大多数涉及fNIRS的研究，都在室内进行。然而，德雷克塞尔大学一组生物医学工程师，和乔治梅森大学的研究人员合作，开发的fNIRS无线便携式系统，可以在户外进行测量。
测试设备
佩戴增强现实穿戴显示设备参与者，在前额穿戴无线fNIRS传感器，谷歌眼镜和蓝牙耳机（左），无线fNIRS传感器结点（右上）和光源和探测器的位置示意图（右下）。
(图片来源于：德雷塞尔大学)
测试任务
被测对象，分别使用谷歌眼镜和iPhone的谷歌地图的进行导航任务，他们按照视觉地图的指示行走。
（图片来源于：2015 DigitalGlobe）
同时，受测者在进行按照导航行走的主要任务时，还必须进行两种次要任务：听取音频和回答问题。
研究发现
总的来说，谷歌眼镜对比iPhone，具有更高的“情景感知”和更少的“脑力负荷” 。然而，研究人员也发现用户穿戴谷歌眼镜，注意力更多集中于显示，所以很容易忽略周围的情况，也就是进入了“认知隧道”。“认知隧道”，是一种现象，观察者对于设备太多重视，而不是整个环境。例如，在驾驶的时候，驾驶员太多于注意速度计，而不是道路情况。
对于可穿戴的增强现实设备来说，例如Google Glass，Occulus Rift 以及 Microsoft Hololens，它们具有人体工学的功效，无需“手持”，从而解放双手。从认知工效学的角度来讲，这些设备降低了人们在工作记忆中存储的信息数，有效减 轻了“脑力负荷”。从“情景感知”的角度来讲，设备有可能提高其性能，因为它可以释放使用者工作记忆容量；也有可能降低其性能，因为设备会分散使用者注意力。
研究人员，希望通过对于用户“脑力负荷”和“情景感知”的研究，理解各种智能硬件和虚拟现实（VR）以及增强现实（AR）设备，对于人类大脑活动的影响，从而改善他们的用户友好度和性能，设计出更佳的产品。
参考资料
【1】Ryan McKendrick, Raja Parasuraman, Rabia Murtza, Alice Formwalt, Wendy Baccus, Martin Paczynski, Hasan Ayaz. Into the Wild: Neuroergonomic Differentiation of Hand-Held and Augmented Reality Wearable Displays during Outdoor Navigation with Functional Near Infrared Spectroscopy. Frontiers in Human Neuroscience, 2016; 10 DOI: 10.3389/fnhum.2016.00216
【2】"Drexel Researchers Bring fNIRS ‘Into the Wild’ to See How Our Brains React to Google Glass ", http://drexel.edu/now/archive/2016/August/fNIRS-Google-Glass-Maps/, August 10, 2016
如果大家有什么关于物联网，智能硬件，创新方向的技术或者产品问题想了解，请写评论告诉IntelligentThings，我会定期参看大家的问题，并选择一些来回答。