芝加哥大学探索用电子肌肉刺激给VR带来更真实自然的交互体验

(映维网 2019年08月12日)如果说被试在尝试一款基于电子肌肉刺激的交互式设备时会经常听到什么，那可能是笑声。即便先前已经体验过这项技术，对于一款用于控制自己身体的机器，你都会感觉不自然和奇怪。某种因素影响了用户的代理感，亦即控制一个人的行为的感觉，而这可能会干扰技术改善学习效果和提高虚拟现实真实感的潜力。

在探索人机界面的过程中，芝加哥大学助理教授Pedro Lopes对在使用这种设备时是否能够测量，控制，甚至恢复代理感非常感兴趣。在最近的两篇论文中，洛佩斯及其同事对代理感进行了一系列的实验。

Lopes说道：“我们首先提出了这样一个问题：电肌肉刺激是不是就是这样不自然，或者我们能做些什么来令它更像是来自于你本人的控制。我认为我们只是刚刚开始回答这个问题，但有很多方法可以看待它，因为这是一个哲学问题。”

关于代理感的研究始于芝加哥大学博士后研究员Jun Nishida在2018年的一次简单演示：电肌肉刺激可以帮助人们接住另一个人丢出的记号笔吗?

答案是肯定的，并且如预期一样，大多数被试将这一行为归因于机器，而非本人的反应。但一小部分被试不同意这种说法，他们认为这种名为EMS的刺激措施没有开启，因为他们无需帮助就能抓住记号笔。

这种异常值启发了一项实验。Lopes，Nishida，以及索尼计算机科学实验室(Sony Computer Science Laboratories)的Shunichi Kasahara调整了EMS触发用户执行特定任务的时间，例如响应于刺激并按下按钮或击球。他们发现在某个时间窗口里，用户将很难区分本人行为和EMS生成行为。

Lopes解释说：“如果我们非常早期就这样做，被试就会觉得非常虚假，因为你做了一些完全超人的事情：你能够更快地击球，或者你很快就抓住记号笔。但如果我们在比你正常时前一点点提供刺激，你甚至可能不会发现这是肌肉刺激。你会觉得是自己本人的行为。”

在实验中，研究人员要求被试口头回答他们是否认为这是本人行为或EMS设备辅助行为。在最近一份论文中，Lopes直接从监测测量了被试大脑电活动来判断其是否感到一种代理感。

在虚拟现实环境中，被试需要触碰一个虚拟盒子。当手指接触虚拟盒子时，被试将接受视觉反馈，或者指尖将出现振动，或者外加肌肉刺激。但在某个实验子集中，系统将提供“错误的”反馈，亦即用户在触摸盒子前就接受了反馈。当这种不匹配发生时，研究人员发现被试的大脑电活动出现了显著变化：一种虚拟现实体验变得不那么逼真的神经信号。

Lopes指出：“你的大脑能够很好地判断自己是否临在于那里。它可以动态衡量你在这些虚拟世界中的感受。”

Lopes同时与伦敦大学学院和柏林自由大学的神经科学家进行合作，他们希望通过EMS和fMRI来搜索区分自生行为和外生行为的大脑区域。这个问题反映了触觉的选择性：你对一些感觉可能非常敏感(比如用手指摸索口袋中的硬币时)，而对其他感觉则几乎察觉不到(如手臂进出口袋时)。

Lopes帮助设计了这样一个系统：fMRI扫描仪的被试需要自发或在EMS帮助下弯曲中指，接受触觉刺激，模拟触摸硬表面。这种设置允许研究人员梳理大脑的运动和感觉系统，并搜索调整这些反应的大脑区域。数据指向了一个后岛叶皮质的区域。在自生运动期间对，这个区域对触摸作出强烈反应，但在EMS刺激期间则不然。

Lopes说道：“这表明实际上有一种与触摸相关的机制正在检查代理感并调节这些输入。”

对这个大脑区域及其电活动的研究可以指导工程师设计下一代的EMS设备。监控用户的大脑活动可以帮助开发者确定用户对虚拟现实体验真实性的感知，这样他们就能相应地调整软件。更广泛地说，保持用户的代理感可以提高针对身体动作的训练，例如改善网球击打或乐器演奏。