情感过山车：用虚拟现实探索情绪

为了明白人类情感体验时大脑中发生了什么，目前研究人员主要使用高度简化的实验室方案。这些情绪通常与日常生活中所经历的没有什么相似之处。Max Planck人类认知和大脑科学研究所的科学家们现在已经使用虚拟现实来尽可能真实地唤起情绪，并且能够从大脑信号中计算出情绪的强度。

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最近位于莱比锡的Max Planck人类认知和脑科学研究所(MPI CBS)的一项研究中，参与者经历了过山车般的体验。然而，不是在现实生活中，而是在虚拟现实(VR)眼镜的帮助下。这项研究的目的是找出参与者在经历情绪激动的情况时大脑中发生了什么。

 1   VR—情绪研究补救方法

为了明白人脑是如何处理情绪的，迄今为止，一直在使用高度简化的实验。研究人员会向参与者展示情感场景的照片，并记录他们的大脑活动。这些研究是在受控的实验室条件下进行的，因此可以很容易对比结果。然而，模拟的情景通常不会引起特别的情绪激动，并且与我们日常的经历相去甚远。这是因为情绪是通过过去的经历和我们与之互动的各种外部影响相互作用而不断产生的，所以创造尽可能真实的情境尤为重要。只有这样，我们才能假设同时测得的大脑活动接近实验室以外的现实生活中发生的情况。VR眼镜在这里提供了一种补救方法。通过它们，参与者可以动态地、互动地沉浸在贴近现实的情境中，情感也以一种更自然的方式被唤起。

实验装置示意图。(A)参与者在沉浸式虚拟现实中体验(两个过山车相隔一段时间)，同时记录脑电图；(B)然后，他们通过观看自己的回放，用刻度盘连续地对情绪唤醒水平进行评级。整个过程完成了两次，有和没有头部运动 | Hofmann et al.

 2   阿尔法振荡

目前的研究结果表明，一个人情绪唤醒的程度可以从一种特定形式且有节奏的大脑活动中看出，即所谓的阿尔法振荡。因此，在测量的脑电信号中，这种振荡的强度越低，唤醒的程度就越高。这项基础研究的作者之一Simon M.Hofmann说：“这些发现证实了早期经典实验的研究结果，并证明这些信号也是在更接近日常生活的条件下发生的。”另一位研究人员Felix Klotzsche解释说：“通过阿尔法振荡，我们能够预测一个人的在情感上对某种情况的强烈感受。我们的模型了解到哪些大脑区域对这个预测特别重要。粗略地说，这里测量到的阿尔法活动越少，这个人就越兴奋。”

“在未来，有可能将这些发现和方法应用于基础研究以外的实际应用，”作者Alberto Mariola补充道。例如，VR眼镜正越来越多地被用于心理治疗。有关患者情绪状态的神经生理信息可能会导致治疗的改善。治疗师可以直接洞察患者面对某种情况时的情绪感受，而不必当面询问。

科学家们在脑电图的帮助下研究了这些关系，这使得他们能够记录参与者在虚拟过山车过程中的脑电波，以确定在坐过山车的过程中大脑发生了什么。此外，受试者随后被要求使用视频对他们在VR体验过程中的兴奋程度进行评分。通过这种方式，研究人员想要找出乘坐过程中的主观感觉是否与大脑活动的测量数据相关。由于人们喜欢坐过山车的程度不同，所以这种情况是积极的还是消极的都无关紧要，重要的是这种感觉的强度。

体验的情绪唤醒评分(有头部运动)。彩色线条：美味参与者；黑线：参与者的平均值；垂直线(浅灰色)：三个阶段(太空过山车、休息线、安第斯山脉飞车)的开始；垂直线(深灰色)：手工标记的显著事件(以供说明)。最下面一行：VR体验的示例截图 | Hofmann et al.

在评估中，研究人员使用了三种不同的机器学习模型，从脑电图数据中尽可能准确地预测主观感觉。作者由此表明，借助这些方法，脑电信号和情绪之间的联系也可以在自然条件下得到证实。

长短期记忆(LSTM)递归神经网络(RNN)示意图 | Hofmann et al.

由SSD、SPoC和CSP分解产生的空间模式 | Hofmann et al.

内容来源:

https://www.cbs.mpg.de/1876657/20211216-01?c=2482

Article：Decoding subjective emotional arousal from EEG during an immersive virtual

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