陳 默 王海燕 薛澄岐 邵 將

(東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京 211189)

基于事件相關(guān)電位的產(chǎn)品意象-語義匹配評估

陳 默 王海燕 薛澄岐 邵 將

(東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京 211189)

摘 要:為了揭示視覺形象的感性認(rèn)知規(guī)律，采用低喚醒度的事件相關(guān)電位(event-related potentials，ERP)研究用戶對產(chǎn)品意象認(rèn)知的評價反饋.實驗設(shè)計了以跑車形態(tài)作為啟動刺激，并設(shè)置了由強(qiáng)至弱的4個匹配等級語義形容詞作為檢測刺激，分別為相關(guān)詞、近義模糊詞、遠(yuǎn)相關(guān)模糊詞和無關(guān)詞.實驗結(jié)果表明:無關(guān)詞和模糊詞能夠誘發(fā)出穩(wěn)定的N400成分，并且具有相同的頭皮分布;近義模糊詞在不同喚醒度的評估條件下具有不同的評估結(jié)果.研究表明，從視覺認(rèn)知的神經(jīng)加工機(jī)制出發(fā)，ERP能夠客觀、有效地獲取用戶對產(chǎn)品意象認(rèn)知的內(nèi)隱反饋，這為匹配度進(jìn)行級別量化、建立產(chǎn)品意象的精確映射評估模型提供了量化指標(biāo).

關(guān)鍵詞:產(chǎn)品意象;語義匹配;事件相關(guān)電位;跑車;N400

在感性消費時代，成功的設(shè)計往往是設(shè)計師理念與用戶意象高度匹配下的產(chǎn)物［1］.但由于感知意象過程的復(fù)雜性以及產(chǎn)品形態(tài)本身所蘊(yùn)含意象的豐富性，設(shè)計師要在產(chǎn)品投放市場之前得到目標(biāo)群體對產(chǎn)品形態(tài)的感受反饋非常困難.因此，若在產(chǎn)品設(shè)計過程中，憑借某種手段幫助設(shè)計師準(zhǔn)確獲得用戶的意象反饋，不但能夠提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率，而且能夠提升用戶的使用體驗.

目前，設(shè)計界針對產(chǎn)品形態(tài)的感知意象獲取主要通過心理和生理2種實驗手段，前者利用調(diào)查問卷及里克特量表獲取被試對產(chǎn)品的意象認(rèn)知，并通過感性工學(xué)構(gòu)建基于使用者感性意象的產(chǎn)品設(shè)計法則［2-3］;后者主要是借助傳感器等測量儀器，獲得心跳、面部表情、眼球運動等生理指標(biāo)的變化［4-5］，從而了解用戶對產(chǎn)品形態(tài)的意象反饋.大量文獻(xiàn)證明，利用以上方法進(jìn)行研究不僅具有較高的操作性，而且獲得了顯著的研究成果.但這些方法仍然存在以下弊端:心理學(xué)采用的意象問卷法喚醒度較高，而且容易受到外界因素的干擾，被試回答的真實性有待商榷.此外，隨著產(chǎn)品設(shè)計的多樣化，如復(fù)古車既包含復(fù)古的元素，又具有當(dāng)代時尚的標(biāo)簽，語義差異法的雙向形容詞量表并不符合對產(chǎn)品意象的評估［6］.同時，由于工業(yè)產(chǎn)品不同于電影、音樂等高喚醒度的刺激材料，被試的情緒波動較小，導(dǎo)致相應(yīng)的生理信號缺失.因此，在當(dāng)今日益變化的設(shè)計環(huán)境下很難再用傳統(tǒng)手段準(zhǔn)確地獲取產(chǎn)品意象.

近年來，最新的研究方法是以貼近人類認(rèn)知本源屬性的視角對心理活動背后的神經(jīng)加工機(jī)制進(jìn)行探索.如語言學(xué)家運用事件相關(guān)電位(event-related potentials，ERP)與腦功能成像技術(shù)(fMRI，PET，MEG)研究人類語言認(rèn)知加工過程的內(nèi)在規(guī)律，極大地促進(jìn)了語言學(xué)的發(fā)展，并提出內(nèi)源性成分N400(400 ms負(fù)波).N400是與語境歧義處理相關(guān)的高級認(rèn)知電位［7］，該成分能夠敏感地檢測詞在語義上的關(guān)系.目前，國內(nèi)外針對N400主要是通過控制不同的條件，對備受爭議的N400加工機(jī)制以及神經(jīng)發(fā)生源［8-9］進(jìn)行研究.此外，隨著N400研究范式的成熟，其他領(lǐng)域的學(xué)者也同樣發(fā)現(xiàn)了N400并進(jìn)行應(yīng)用.如在行為學(xué)中，N400存在于不一致或者難以理解的行為中［10］;在設(shè)計學(xué)領(lǐng)域，N400存在于風(fēng)格搭配迥異的桌椅組合中［11］;在管理學(xué)領(lǐng)域，不符合邏輯的決策行為也會產(chǎn)生N400［12］.以上研究進(jìn)展證實了 N400成分的穩(wěn)定性與敏感性.

本文在相關(guān)學(xué)科研究工作的基礎(chǔ)上，通過ERP技術(shù)記錄大腦對刺激信息的反應(yīng)，以了解認(rèn)知過程中大腦的相關(guān)神經(jīng)電生理改變.該改變是自發(fā)的且不受被試主觀意志所控制，因此與以往針對產(chǎn)品意象的自我報告等方法相比有本質(zhì)上的突破.并借助N400的波幅、潛伏期與行為學(xué)數(shù)據(jù)，考察多個語義詞下，傳統(tǒng)的外顯評估技術(shù)難以涉及的用戶內(nèi)隱認(rèn)知過程與意象匹配關(guān)系，為設(shè)計師獲取用戶的意象反饋提供客觀的生理測量手段.

1 產(chǎn)品意象認(rèn)知實驗研究與假設(shè)

1.1 實驗方法

目前由于消費需求的多樣化，產(chǎn)品形態(tài)與語義表征之間往往存在著一對多的映射關(guān)系.跑車作為代表性的現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品之一更是不例外，雖然豐富的形態(tài)設(shè)計滿足了用戶的感性選擇卻增加了設(shè)計師獲取用戶意象的難度，同時跑車能夠引起被試較大的腦區(qū)活躍度，產(chǎn)生較大的腦電信號［13］.基于此，本研究以跑車為案例進(jìn)行研究.

根據(jù)對語義形容詞和目標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)生的意象在感知層面上匹配程度的評估，依據(jù)匹配度的高低將其分為語義相關(guān)詞、語義模糊詞(近義模糊詞、遠(yuǎn)相關(guān)模糊詞)以及無關(guān)詞(見表1).并通過預(yù)實驗的問卷調(diào)查篩選出符合用戶感知的4種水平語義形容詞“酷炫”、“自由”、“典雅”與“質(zhì)樸”，作為實驗中的語義檢測材料.

表1 語義詞不同匹配等級及相關(guān)性描述

1.2 研究假設(shè)

產(chǎn)品意象一方面具有將刺激物抽象化的特性，另一方面需要根據(jù)自己的背景知識進(jìn)行認(rèn)知判斷，因此本研究相對于以往N400面向圖片命名、分類的研究，具有一定的延伸性.實驗作如下假設(shè):①在獲取產(chǎn)品意象的漢語語境中，語義無關(guān)詞與相關(guān)詞相比將會產(chǎn)生更大的N400波幅;②語義無關(guān)詞、相關(guān)詞、模糊詞三者的神經(jīng)發(fā)生源是不同的.

2 實驗

2.1 被試

招募24名具有設(shè)計學(xué)背景的研究生作為被試，他們非常熟悉各種工業(yè)產(chǎn)品的意象語義，年齡22～28，男女比例1∶1.母語均為漢語，視力正常或校正后視力正常，無精神疾病，為自愿參加，實驗后有一定報酬作為獎勵.

2.2 實驗材料

本研究采取“啟動-目標(biāo)”的實驗范式，啟動材料是網(wǎng)絡(luò)上收集的30種不同形態(tài)的前側(cè)45°跑車圖片，為排除不相關(guān)因素的影響，所有圖片均經(jīng)過Photoshop去色以及統(tǒng)一尺寸處理，放置在屏幕中央的區(qū)域內(nèi)(4.0 cm ×11.5 cm)，背景色均為白色，呈現(xiàn)在17英寸(43 cm)的顯示屏中，測試距離為70 cm.由心理學(xué)軟件E-prime實現(xiàn)程序的編寫及行為數(shù)據(jù)的采集，該軟件包含E-Studio，E-Run等6項功能.

2.3 實驗程序

每次測試首先在屏幕中央呈現(xiàn)引導(dǎo)被試注意的十字叉(500 ms)，然后隨機(jī)呈現(xiàn)跑車圖片2 000 ms，當(dāng)其消失后，呈現(xiàn)1 000 ms的白屏，以消除被試視覺殘留，隨后呈現(xiàn)檢測詞，若該詞符合對刺激圖片的描述被試按“A”鍵，不符合按“L”鍵.做出反應(yīng)后自動進(jìn)行下一個序列呈現(xiàn)，一組實驗完成后，被試可獲得短暫的休息，然后進(jìn)入下一組實驗.4組實驗共需花費被試約20 min，呈現(xiàn)流程如圖1所示.

圖1 實驗流程圖

2.4 EEG記錄和數(shù)據(jù)分析

本實驗使用Neuro Scan腦電記錄系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析，64導(dǎo)電極帽(Agcl)記錄靶字誘發(fā)的腦電，電極的阻抗維持在5 kΩ以下.濾波器設(shè)定為從0.5～100 Hz，采樣率為1 kHz，以雙耳乳突為參考，完成連續(xù)記錄.完成連續(xù)EEG記錄后離線處理數(shù)據(jù)，對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，選擇靶字呈現(xiàn)前200 ms和呈現(xiàn)后800 ms作為分析時程，總時程為1 000 ms.自動校正眼電偽跡，并排除超出±80 μV的偽跡.

由總波形圖可知，在200～600 ms時波幅以及前額和頂部腦區(qū)激活度最大，最終選取了該時間窗口的19個電極點:F7，F(xiàn)5，F(xiàn)3，F(xiàn)1，F(xiàn)Z，F(xiàn)2，F(xiàn)4，F(xiàn)6，F(xiàn)8，C5，C3，C1，CZ，C2，C4，C6，P5，PZ，P6，并運用SPSS進(jìn)行重復(fù)測量方差分析.其中，電極點F代表額(frontal)，C代表中央(central)，P代表頂(parietal).

3 實驗結(jié)果

3.1 行為數(shù)據(jù)

表2顯示了4種語義詞與跑車不同搭配下的反應(yīng)時與正確率的實驗結(jié)果.由表可知，跑車與“酷炫”、“質(zhì)樸”2個意象詞的搭配正確率都非常高，而且離散度較小(標(biāo)準(zhǔn)差SD=0.35)，表明被試一致認(rèn)可這2個語義詞能夠從正負(fù)詞性對跑車進(jìn)行描述.“自由”一詞也具有較高的正確率(M=80.5%，M為正確率的平均值)，但是內(nèi)部差異較明顯(SD=0.74)，表明被試盡管認(rèn)可“自由”這個形容詞能對跑車意象進(jìn)行表征，但不是很確定.“典雅”的正確率最低，離散度最高(M=42.2%，SD=0.90)，表明大部分被試認(rèn)為該詞不適合表征跑車意象.

表2 不同條件下行為數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(樣本為24個)

另外，由反應(yīng)時數(shù)據(jù)可看出，“酷炫”(M=818.408，SD=94.97)與“質(zhì)樸”(M=868.069，SD=73.89)這2個極為匹配與極不匹配的詞組反應(yīng)時間明顯為最短，“自由”(M=1 306.738，SD=161.43)的 反 應(yīng) 時 稍 短 于 “典 雅 ”(M=1 518.589，SD=191.85)，而“典雅”相較于“酷炫”則花費將近2倍的時間，說明該詞消耗了被試大量的認(rèn)知資源，帶來一定的困擾.重復(fù)測量方差分析顯示，反應(yīng)時組間主效應(yīng)顯著 (F=8.372，p=0.000 ＜ 0.001)，交互效應(yīng)不顯著(p=0.683 ＞0.05).

3.2 腦電數(shù)據(jù)

表3顯示了 N400在“跑-酷”、“跑-自”、“跑-典”和“跑-質(zhì)”4種條件下的平均波幅，分別為0.417，1.428，1.898，2.463 μV，其中 C1 在潛伏期367 ms 附近分別達(dá)到峰值-2.461，-1.343，0.387，1.783 μV.FZ 在潛伏期 385 ms 附近分別達(dá)到峰值-0.916，-0.184，0.522，1.908 μV，如圖2所示.

圖2 4種條件下的N400波幅(200～600 ms)

表3 N400在4種條件下來自19個電極的平均波幅 μV

由重復(fù)測量方差分析得出:條件的主效應(yīng)(F=6.493，p=0.000 ＜0.001)及條件與前后位置的交互效應(yīng)均顯著(F=2.181，p=0.009 ＜0.05)，表明不同的詞組搭配導(dǎo)致了不同的腦區(qū)活動.圖3顯示了4種條件下的N400波幅.對“跑-質(zhì)”與“跑-酷”2組再次進(jìn)行ANONA分析可知，主效應(yīng)(F=3.835，p=0.008 ＜0.05)、交互效應(yīng)(F=3.835，p=0.017＜0.05)都顯著，說明在前額和中央?yún)^(qū)域，前者比后者有更大的波幅;同樣對“跑-典”與“跑-酷”進(jìn)行分析，前者的N400波幅依然大于后者，主效應(yīng)(F=2.746，p=0.037 ＜0.05)與交互效應(yīng)(F=3.722，p=0.010 ＜0.05)皆顯著;但是，對“跑-自”與“跑-酷”2組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，電極的交互效應(yīng)(F=2.329，p=0.067 ＞0.05)不顯著，這一結(jié)果差異在討論中將進(jìn)行詳細(xì)分析.

3.3 腦地形圖分析

根據(jù)3種腦地形圖分布，可知由“典雅”與“質(zhì)樸”2個語義詞啟動的頭皮負(fù)電位差異最大.隨著時間的推移，“典雅”該組實驗的激活區(qū)由額葉(見圖3(a))逐漸移向中頂部(見圖3(b))，并在中央頂部(見圖3(c))達(dá)到最大的激活度;由“質(zhì)樸”誘發(fā)的腦激活區(qū)主要出現(xiàn)在前部額葉(見圖4)，并沒有增大腦區(qū)的趨勢，但是波幅明顯要比“典雅”所誘發(fā)的波幅大.從腦電數(shù)據(jù)的分析以及腦地形圖的描繪中可知，“跑-質(zhì)”與“跑-典”相對于“跑-酷”都產(chǎn)生了較大的N400波幅.下面利用差異波分析“跑-質(zhì)”與“跑-典”兩者的神經(jīng)發(fā)生源，進(jìn)一步檢驗這2個條件下的N400是否分布于不同的腦區(qū).

圖3 “跑-典”條件下不同時間段腦地形圖

圖4 “跑-質(zhì)”條件下不同時間段腦地形圖

ANONA分析表明，類別與左右位置(前額中央、中央、后部中央)分布不具有明顯的交互效應(yīng)(F=31.884，p=0.208，p＞0.05)，表明由“典雅”與“質(zhì)樸”2個語義詞所誘發(fā)的N400效應(yīng)在前面腦區(qū)具有一致的地形分布，主要集中在中央?yún)^(qū)域，如圖4所示.說明被試對語義無關(guān)詞與模糊詞的加工，有相同的神經(jīng)元群參與了認(rèn)知加工過程.

4 討論

本文運用低喚醒度的工業(yè)產(chǎn)品圖片作為啟動刺激，由意象形容詞作為檢測的條件下，觀察被試在由產(chǎn)品形成的內(nèi)隱語境情況下是否能夠激起相關(guān)的N400效應(yīng).實驗結(jié)果表明，在低匹配度條件下的模糊詞與不相關(guān)詞均能產(chǎn)生N400成分.通過該實驗不僅證明了N400成分反映的是與語言加工處理相關(guān)的認(rèn)知機(jī)制，而且捕捉到了與產(chǎn)品感性相關(guān)的腦電認(rèn)知規(guī)律.因此，N400效應(yīng)不僅可以作為語言學(xué)家純粹的語言認(rèn)知研究，在設(shè)計領(lǐng)域中也可以作為設(shè)計師收集用戶意象反饋的獲取手段.

4.1 產(chǎn)品意象的語義詞匹配評估

時間設(shè)置參照文獻(xiàn)［11-12］，在練習(xí)實驗中將啟動刺激呈現(xiàn)時間設(shè)置為1 500 ms，但被試在實驗后反映時間壓力較大.考慮本研究對象形態(tài)的復(fù)雜性，正式實驗中將呈現(xiàn)以及消除視覺殘留2項時間均相應(yīng)增加500 ms.

基于被試的行為數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)語義詞為非常匹配與非常不匹配時，用戶的評估處理較為高效，而當(dāng)語義詞處于不明確狀態(tài)時，用戶較難做出決策判斷，反應(yīng)時間顯著延長，正確率降低.這一點與Lin等［11］針對產(chǎn)品(以圖形呈現(xiàn))的靶刺激的ERPs研究具有不一致性，經(jīng)分析可知當(dāng)產(chǎn)品意象以不同形式進(jìn)行外顯表征時(語義詞、概念草圖、產(chǎn)品)，會激起被試不同的認(rèn)知加工機(jī)制，Stenberg等［14］同樣證實了不同的表征方式具有不同的優(yōu)先效應(yīng).

4.2 N400

當(dāng)語義詞處于不相關(guān)及模糊狀態(tài)時，“典雅”和“質(zhì)樸”均產(chǎn)生了N400，證實了產(chǎn)品所營造的意象同樣能夠使被試形成內(nèi)隱的語境并產(chǎn)生語義期待，與前人研究結(jié)果一致［7］.

預(yù)實驗與行為實驗的結(jié)果均反映“自由”一詞用來表征跑車的意象具有一定的認(rèn)知模糊性，但通過腦電數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，該詞具有與“酷炫”一致的認(rèn)知結(jié)果，產(chǎn)生這種差異的原因可能是被試在一定程度上仍然受到大眾媒體對跑車的宣傳影響，根據(jù)Fazio等［15］的研究可知，熟悉度對態(tài)度行為有顯著影響.其中態(tài)度可接近理論表明，個體對某事物的態(tài)度越是強(qiáng)烈，那么他從記憶中提取該事物的相關(guān)信息就越簡單.因此當(dāng)匹配詞在媒體上出現(xiàn)頻率較高時，被試花費較少的時間和精力就可以更好地對其進(jìn)行理解，從而有利于檢測詞語的提取和激活;當(dāng)語義詞出現(xiàn)頻率較低時，被試熟悉度降低，需要從記憶中提取與檢測刺激相關(guān)的信息，才能進(jìn)行更深入、充分的加工.本研究從潛伏期及波幅變化再次證明傳統(tǒng)的SD法及行為數(shù)據(jù)僅僅依靠被試的決策結(jié)果，而忽略內(nèi)隱認(rèn)知過程中所產(chǎn)生的態(tài)度傾向及熟悉度，具有一定的研究局限性.

5 結(jié)語

N400為產(chǎn)品的感性認(rèn)知提供了客觀的腦電生理依據(jù).當(dāng)意象形容詞處于不相關(guān)及模糊狀態(tài)時，均能產(chǎn)生明顯的N400效應(yīng)，并且具有一致的神經(jīng)發(fā)生源，在設(shè)計領(lǐng)域中可作為獲取用戶意象反饋的生理腦電指標(biāo)之一.低喚醒度的ERP與高喚醒度的問卷調(diào)查、行為學(xué)實驗在獲取產(chǎn)品意象認(rèn)知反饋過程中具有不一致的評估結(jié)果.N400波幅大小與匹配度級別具有相關(guān)性，匹配級別越低，N400波幅越大.接下來需要對匹配度進(jìn)行量化研究，建立精確的產(chǎn)品意象-語義映射評估模型.未來可選用不同知識背景的被試以及形態(tài)意象不鮮明的普通工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行ERP研究，以提高研究結(jié)論的信效度和普適性.

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Match judgments of semantic word-product image based on event-related potential

Chen Mo Wang Haiyan Xue Chengqi Shao Jiang
(School of Mechanical Engineering，Southeast University，Nanjing 211189，China)

Abstract:In order to explore the perception regulation of visual images，a method using low arousal event-related potentials(ERP)is proposed for assessing the product images cognition of users.The experiment takes the sports car as the prime stimulus and four matching levels of semantic words from a high level to a low level as the target stimulus including the related words，nearly-related vague words，far-related vague words and unrelated words.Experimental results show that the unrelated words and the vague words can elicit a reliable N400 component and have the same scalp distributions.However，the nearly-related vague words in different arousal conditions have different evaluation results.It is shown that，from the neural activity of visual cognition，the ERP can obtain the implicit feedback of product images objectively and effectively.Furthermore，the ERP can provide a quantitative index to quantify the level of matching and establish the mapping model of the product images.

Key words:product image;semantic match;event-related potentials(ERP);sports car;N400

中圖分類號:TP391.7

A

1001-0505(2014)01-0058-05

doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2014.01.011

收稿日期:2013-07-03.

陳默(1986—)，女，博士生;王海燕(聯(lián)系人)，女，博士，副教授，why-box@163.com.

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(71271053)、教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金資助項目(12YJAZH134).

陳默，王海燕，薛澄岐，等.基于事件相關(guān)電位的產(chǎn)品意象-語義匹配評估［J］.東南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014，44(1):58-62.［doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2014.01.011］