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        服裝觸壓的心理與生理評價指標(biāo)

        2014-11-17 01:23:36王珊珊王鴻博
        絲綢 2014年10期
        關(guān)鍵詞:評價研究

        王珊珊,王鴻博

        (江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點實驗室,江蘇無錫214122)

        服裝舒適性評價是由人的生理、心理兩種因素共同決定的綜合指標(biāo),評價結(jié)果受被測試者的主觀感受影響較大。當(dāng)今,采用主觀評價的研究方式還停留在根據(jù)主觀感受進(jìn)行等級評定的階段,受被試者的主觀感受和個體差異性影響過大,并且具有難以復(fù)制的缺點。所以,主觀評價不僅要加強(qiáng)生理指標(biāo)的研究,深入探討各種生理變化所產(chǎn)生的機(jī)制,并量化分析其中的差異;還要結(jié)合心理學(xué)研究機(jī)制,研究著裝前后人體心理指標(biāo)的變化,將服裝觸壓產(chǎn)生的物理學(xué)因素與人體生理、心理指標(biāo)進(jìn)行綜合,才能準(zhǔn)確全面地描述服裝的舒適性感覺,由此獲得服裝觸壓刺激對人體的綜合反應(yīng)。建立完整的評價體系能夠在一定程度上排除由不同的人評價所產(chǎn)生的個體差異,使評價更加準(zhǔn)確。因此,本文選取心理評價事件相關(guān)電位指標(biāo)和生理評價皮膚血流量指標(biāo)進(jìn)行介紹和總結(jié)。

        1 心理評價指標(biāo)(事件相關(guān)電位)

        隨著人類對自我的認(rèn)識逐漸深刻,利用腦電成分來反應(yīng)紡織服裝產(chǎn)品的舒適性,成為紡織服裝產(chǎn)品的一種客觀評價方式。情緒是人體對刺激事物的生理反應(yīng)與心理反應(yīng)的綜合狀態(tài),是大腦活動的表現(xiàn),情緒事件相關(guān)電位是腦細(xì)胞活動的產(chǎn)物,隨腦細(xì)胞活動發(fā)生變化。例如,Harumi M等[1]通過給女性被試以快樂、興奮、刺激、壓力等刺激,來測試被試者的腦電波(electroencephalogram,EEG),利用主成分分析來獲取主觀評估值,分析結(jié)果與情感頻譜進(jìn)行結(jié)合并定位,從而給出EEG信號中的ERP成分與情緒的關(guān)系。因此,從生理信號腦電中提取心理成分信息,從而揭示心理活動的腦機(jī)制是利用客觀人體反應(yīng)數(shù)據(jù)來進(jìn)行服裝評價的有效手段[2]。

        1.1 ERP的原理

        ERP(event related potentials,ERP)信號作為一種心理成分不能直接從人體獲取,但可從EEG信號中進(jìn)行數(shù)據(jù)加工獲得。腦電波是通過放在頭皮上的電極放大器獲得,波幅通常介于-100μV和+100 μV,頻率40 Hz左右。若在相同的單位時間之內(nèi)給人體施加相同的刺激,然后把腦電信號進(jìn)行疊加平均處理(圖1[3])就會得到這一刺激在人腦中反應(yīng)所產(chǎn)生的固定波形,這就是平均事件相關(guān)電位,簡稱事件相關(guān)電位。ERP是將大腦對刺激事件進(jìn)行的心理認(rèn)知加工所產(chǎn)生的腦電電位的變化平均后,得到的增強(qiáng)信號,具有很強(qiáng)的時效性。把EEG信號中提取的ERP成分進(jìn)行分析,即可獲取人體接受刺激后的心理變化情況[3]。

        圖1 平均事件相關(guān)電位Fig.1 Average Event-Related Potentials

        1.2 ERP 的研究分類

        當(dāng)今的ERP研究主要分為兩類:成分研究和應(yīng)用研究。成分研究內(nèi)容為討論ERP的產(chǎn)生特點及影響因素,起源及產(chǎn)生機(jī)制;應(yīng)用研究分類比較廣泛,例如,心理生理方面的研究表現(xiàn)在注意記憶、語言加工、運動知覺等領(lǐng)域。臨床應(yīng)用方面表現(xiàn)在神經(jīng)精神研究、昏迷愈后、輔助診斷等領(lǐng)域;特因條件方面表現(xiàn)在航空、航天、航海、惡劣環(huán)境條件等領(lǐng)域;功能評估方面表現(xiàn)在駕駛疲勞、音樂評價能力、健康評估等領(lǐng)域。在服裝觸壓方面的研究為探討體感誘發(fā)的電位(somatosensory evoked potential,SEP)如 N140、內(nèi)源性晚成分如P300等[4-5]。

        1.3 ERP在觸壓方面的應(yīng)用

        ERP在觸壓方面的應(yīng)用研究各國均有報道,研究方法早年間多以單一刺激為主,近年來刺激方式逐漸多元化,交叉刺激方式增多。刺激多采用材料進(jìn)行外部接觸刺激、點刺激,服裝穿著刺激等。

        1.3.1 觸覺刺激

        單一觸覺刺激研究方式多為給定刺激后觀察人體的生理指標(biāo)變化,此種方法運用在紡織品評價反應(yīng)方面的研究較多。

        潘志娟[6]和劉洋等[7]討論了人體生理反應(yīng)在紡織品感覺評價方面的應(yīng)用情況,介紹了利用事件相關(guān)電位、眼球停留相關(guān)電位、肌電圖和腦波幾種方法來評價紡織品的性能。日本九州大學(xué)研究了觸覺與情緒之間的關(guān)系,研究者運用身體接觸法,記錄刺激后產(chǎn)生的心、腦電圖、血壓和主觀評價來研究女性使用衛(wèi)生棉時的反應(yīng)[8-9]。

        Harumi Morooka等[10]利用主觀評判與客觀數(shù)據(jù)對比相結(jié)合的方法,研究了女士推蓋胸衣的壓力與舒適性之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)女性胸衣罩杯部分產(chǎn)生的壓力對胸衣的穿著舒適性有很重要的影響。隨著研究的深入,觸壓施加后ERP波形產(chǎn)生的位置、時間及測試點的選取被一些學(xué)者提出。

        Yohsuke Horiba等[11]對穿著觸感進(jìn)行了研究。為了評價人體在穿著服裝的真實感受,運用ERP檢測技術(shù)檢測ERP中的P300波形。研究發(fā)現(xiàn),在給與人體不舒適的觸壓刺激時,P300有較明顯的振幅,分析人腦中的α波,能客觀有效地評價服裝的舒適感。Okada Nobuko[12]進(jìn)行了影響軀體誘發(fā)電位的服裝壓力測試,在10-20國際腦電記錄系統(tǒng)(定義)中選取Cz和C4兩個位置來進(jìn)行記錄,做了腹部施壓狀態(tài)下的呼吸實驗。實驗發(fā)現(xiàn),C4點的波峰潛伏期比Cz點更短;Cz點比C4點所收集到的數(shù)據(jù)與本實驗有更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性;而波形的振幅在深吸氣時達(dá)到最強(qiáng)。C C Yang等[13]利用盤型電極粘在陰蒂兩旁,通過陰道探針誘發(fā)會陰神經(jīng)的SEP,在頭皮CPz和FPz兩點檢測頭皮的皮質(zhì)反應(yīng)。實驗數(shù)據(jù)為研究女性生殖器尤其是性功能的神經(jīng)支配提供了依據(jù)。以上實驗為今后研究軀體誘發(fā)電位具有一定的啟示。

        1.3.2 視覺和觸覺交叉刺激

        Onodera Miwa等[14]利用視覺感受來設(shè)計黑白相間的格子圖案,并運用到短裙上面。討論被試者對不同格紋花型的喜愛程度,通過被試者的視覺印象來設(shè)計出最受被試者喜愛的黑白格子圖案。可見視覺因素是評價服裝穿著的有效手段。王明時等[15]提出利用交叉模式刺激方法產(chǎn)生的事件相關(guān)電位研究具有非常重要的研究價值,也是今后研究發(fā)展的新趨勢。而觸覺與視覺的交叉刺激也是當(dāng)今運用較多的一種模式。

        Banati等[16]研究了雙刺激的模式下被試者腦部的PET(positron emission computed tomography)變化。當(dāng)刺激實施后,視覺模式下的內(nèi)部匹配過程中只有視覺相關(guān)的皮層才會出現(xiàn)腦部的區(qū)域性血流量增長,而在視覺-觸覺刺激下的交叉模式匹配中前部下頂葉、大腦皮層、左側(cè)向外的額部皮層和左側(cè)屏狀核皮層等相關(guān)的區(qū)域都會出現(xiàn)血流量的增長,大腦激活區(qū)域?qū)?yīng)于異核體或外皮層的區(qū)域,說明為了解決感覺交叉的問題腦部可以使多感覺區(qū)域進(jìn)行激活[15]。

        Press等[17]使用橡膠假手和普通橡膠兩種物品拍擊或者用其他方式刺激被試手部并進(jìn)行觸覺刺激,發(fā)現(xiàn)無論是橡膠假手還是橡膠物品,在不同的刺激條件下,觸覺刺激誘發(fā)的N140都有不同程度地提高。Ku等[18]通過實驗發(fā)現(xiàn),由震動觸覺誘發(fā)的SEP信號可以使與觸覺相配的視覺刺激加強(qiáng),這種增強(qiáng)表示了在視覺-觸覺交叉模式聯(lián)合作用下的腦功能活動變化。Sambo等[19]做了相似實驗,被試者在有遮擋和蒙眼的狀態(tài)下加強(qiáng)的只有晚成分,說明視覺對觸感的評價有一定的刺激作用。

        1.3.3 視覺、聽覺、觸覺交叉刺激

        Eimer等[20]利用視聽觸三種刺激來研究人的空間注意,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)空間注意的交叉模式綜合對特征細(xì)節(jié)皮層的感覺認(rèn)知過程有影響,但對其后的認(rèn)知判斷幾乎沒有影響。

        與其他評價方式相比,ERP評價可以客觀有效地揭示人心理活動的腦機(jī)制,具有實時、結(jié)果準(zhǔn)確、誤差小、主觀干擾小等優(yōu)點。

        2 生理評價指標(biāo)(皮膚血流量)

        服裝穿著使皮膚承受整體或局部的壓力,可以正面或負(fù)面影響心跳、呼吸、微循環(huán)、皮膚溫、消化、出汗、自主神經(jīng)系統(tǒng)等[21]。穿著舒適和安全,成為設(shè)計和應(yīng)用彈性服裝的關(guān)鍵問題。人類皮膚柔軟富有彈性,外部的壓力可以使皮膚產(chǎn)生形變,從而壓迫皮膚下的神經(jīng)組織、血管、軟組織影響到皮膚血流量(skin blood flow,SBF),皮膚血流量成為評價服裝觸壓舒適性的重要指標(biāo)。事實上服裝壓力對血液循環(huán)的影響在一些方面也被有效地利用,例如利用彈力襪和綁帶產(chǎn)生的梯度壓力,加強(qiáng)靜脈回流,減少靜脈曲張,預(yù)防血行停滯,治療各種下肢疾病[22]。服裝壓力在燒傷治療方面被廣泛地應(yīng)用,采用恒壓阻止血管組織生長使疤痕平復(fù)[23]。在體育領(lǐng)域,彈力運動服裝可以加速血液循環(huán),增加效率,提高運動耐力,減少運動后肌肉疲勞[24]。

        2.1 SBF 原理

        皮膚層內(nèi)的嵌入式微循環(huán)系統(tǒng)是服裝穿著后受力的第一層,所以對服裝壓力的影響較為明顯。當(dāng)今對于微循系統(tǒng)的研究多采用激光多普勒血流計,非侵入性并且連續(xù)性地觀察皮膚血流信號。對皮膚血流信號進(jìn)行頻譜分析,使許多學(xué)者得以探索皮膚微循環(huán)的控制機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)皮膚血流信號主要受心肌活動、呼吸活動、肌原性活動、內(nèi)皮活動、神經(jīng)性活動等影響[25]。

        2.2 皮膚血流的研究分類

        皮膚血流的研究多分布在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,很多學(xué)者對運動領(lǐng)域、藥物治療領(lǐng)域、疾病控制等領(lǐng)域進(jìn)行血流信號進(jìn)行頻譜分析,調(diào)查影響皮膚血流的主要生理活動在各種刺激下的變化情況,并推測了皮膚微循環(huán)變化的成因及其相關(guān)控制機(jī)制[26]。

        2.3 SBF在觸壓評價方面的研究

        SBF在服裝觸壓領(lǐng)域的研究方法多采用外部施壓的方式,施壓后測量不同位置的皮膚血流量變化,綜合國內(nèi)外研究可以總結(jié)為壓力對施壓處的影響和對肢端末梢的影響,以及SBF信號分析。

        2.3.1 壓力對施壓處的影響

        壓迫引起施壓部位的皮膚產(chǎn)生形變,影響皮膚下微循環(huán)系統(tǒng),導(dǎo)致皮膚血流量明顯下降。據(jù)報道,人體著裝壓力超過32mmHg(4.27 kPa)時,毛細(xì)血管就會因為壓迫而產(chǎn)生形變,阻礙皮膚血流量,壓迫時間過長受壓部位就會缺氧,供氧不足嚴(yán)重可能導(dǎo)致組織壞死、發(fā)炎等癥狀[27]。相關(guān)研究表明,人體的不同部位皮膚血流量能承受的阻斷壓力大小并不相同,阻斷動脈血流的壓力值大小值取決于人體的血壓和測試部位[28]。

        Johansson等[29]研究了手掌四個部位壓力與血流量之間的關(guān)系。研究施加壓力范圍分別為15~33 kPa、30~52 kPa,皮膚血流量下降分別為50%、85%,而壓力達(dá)到100 kPa時,50%的受測試人員皮膚血流量下降少于85%。研究發(fā)現(xiàn),薦骨、大轉(zhuǎn)子和股骨處皮膚血流當(dāng)施加13~15 kPa壓力時被阻斷。Fromy等[30]調(diào)查了在逐漸增加的壓力下手指的皮膚血流量的變化情況,發(fā)現(xiàn)手指皮膚血流量在承受低壓的情況下明顯增加,當(dāng)壓力增大時,皮膚血流量減少。此外,研究者還選擇腳踝內(nèi)側(cè)部位進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)局部受壓后皮膚血流量有一定程度的減少。

        Sangeorzan等[31]采用下肢的脛骨處和肌肉上皮膚處進(jìn)行試驗,發(fā)現(xiàn)當(dāng)皮膚含氧量下降到0時,脛骨上部的皮膚所承受的壓力明顯大于肌肉上皮膚所承受的壓力。腳踝處皮膚血流受阻所施加的壓力為13 kPa,比腳踝收縮壓低3.7 kPa。糖尿病患者對腳踝內(nèi)側(cè)施加壓力為7.5mmHg(1.0 kPa)時皮膚血流量就開始下降,而正常人施壓48.8mmHg(6.51 kPa)時皮膚血流量才開始下降。Mayrovtiz等[32]利用加壓繃帶對下肢施加40mmHg(5.33 kPa)壓力,觀察小腿處皮膚血流量的變化,發(fā)現(xiàn)變化并沒有固定規(guī)律:有一些被試者小腿處血流量上升,而另一些被試者皮膚血流量下降。周伏平等[33]選用5名成年被試者,對被試者的小腿、腳踝部位施加壓力,發(fā)現(xiàn)被試者下肢施壓一定的壓力時皮膚血流量會有不同程度的升高;當(dāng)壓力超過一定范圍時血流量會有一定程度地下降;壓力釋放后,皮膚血流量會迅速回升。

        2.3.2 壓力對肢端末梢的影響

        對于肢端末梢的研究發(fā)現(xiàn),肢端末梢的皮膚血流量與皮膚溫度、四肢施加的壓力呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系,即壓力越大皮膚溫度和皮膚血流量下降程度就越大。

        Hirata等[34]通過6名成年女性被試者進(jìn)行研究,梯度式改變壓迫強(qiáng)度和壓迫面積,強(qiáng)度為10~40 mmHg(1.33~5.33 kPa),面積為 3 ~15 cm,調(diào)查施壓后手指血流量、手指皮膚溫、前腕皮膚溫的變化,施壓部位為前臂、手腕、手指。研究發(fā)現(xiàn)手臂施壓時,手腕和手指血流量同時下降且手指皮膚下降幅度更大;對手腕加壓時,前臂皮膚血流量影響較小,手指受影響較大;對手指加壓時,前臂和手腕處的血流量變化都不大。壓迫的面積也會影響末梢皮膚溫度和皮膚血流量,當(dāng)壓力等級和施壓面積最小時,皮膚溫度恢復(fù)比其他情況下恢復(fù)快。

        Nakahashi等[35]對下肢進(jìn)行研究。觀察下肢施壓后腳趾的皮膚血流變化情況,施壓部位為小腿和大腿。研究發(fā)現(xiàn),施壓后的腳趾皮膚血流量有所減少;當(dāng)分別給大腿和小腿施加同樣的壓力時,小腿施壓對腳趾皮膚血流量的影響大于大腿施壓時對腳趾皮膚血流量的影響;施壓面積的大小對末端皮膚的血流量也有影響,施壓面積達(dá)到小腿的65%時,末端皮膚血流量較小。Miyuki等[36]發(fā)現(xiàn)對下肢加壓時,加壓面積越大,下肢末梢血流量下降越快。Mayrovtiz[37]利用氣囊對腳踝和膝蓋之間的下肢部位施加壓力,壓力等級從0開始每10mmHg(1.33 kPa)為一個等級,共分為4級。發(fā)現(xiàn)腳趾處皮膚血流量隨著壓力的增加有明顯的下降,下降程度和壓力等級有極強(qiáng)的相關(guān)性。王佳等[38]做了類似的探討,發(fā)現(xiàn)在腳踝處施壓時,腳趾皮膚血流量和皮膚溫度都有所下降。

        2.3.3 SBF信號分析

        在近期的一些研究中,研究者對壓迫下皮膚血流信號的進(jìn)行分析,探討壓迫引起皮膚血流變化的機(jī)制。Brienza等[39]運用小波分析的手段,分析由壓力變化引起的皮膚血流量信號,結(jié)果顯示在壓力作用下,皮膚的肌原性活動增強(qiáng),由此結(jié)論可以證明壓迫會影響人的生理活動。Jan等[40]在此領(lǐng)域也做了類似的研究,進(jìn)一步證明了皮膚血流的控制機(jī)制可以用小波變換頻譜方法進(jìn)行分析。研究部位為骶骨處,采取持續(xù)性與間歇性加壓的方式觀察皮膚血流的變化情況,發(fā)現(xiàn)間歇式的加壓方式可以有效地增加皮膚血流量。同時通過運用小波變換的方式分析無壓與受壓狀態(tài)下不同的皮膚血流信號,同樣發(fā)現(xiàn)在低壓環(huán)境下肌原性活動活力增加。

        SBF評價可以直觀地反應(yīng)人體皮膚血流量在壓力影響下產(chǎn)生的變化,具有操作簡便、連續(xù)性、非侵入性、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。

        3 研究發(fā)展方向及趨勢

        1)由于ERP對刺激物的反應(yīng)具有實時性,而服裝觸壓的研究多為觸覺上的刺激,多數(shù)研究中采用的氣囊加壓法具有一定的滯后性,壓力刺激的力度很難實時地達(dá)到相應(yīng)程度,所以對施壓裝置進(jìn)行開發(fā),使壓力刺激準(zhǔn)確快速地達(dá)到實驗的要求,成為利用腦電成分評價壓力研究的重要任務(wù)。

        2)在壓力刺激給與方式上,研究多采用局部刺激或者點刺激,服裝穿著刺激或較大面積的刺激研究較少。在今后的研究中豐富刺激給與方式,全面探討人體不同部位給壓后的腦反應(yīng),可以成為學(xué)者研究新的方向。

        3)國內(nèi)外學(xué)者雖然對觸壓刺激下的ERP成分進(jìn)行了較多的研究與探討,但是人體在服裝壓力刺激下產(chǎn)生的服裝壓力情緒并沒有得到系統(tǒng)化的總結(jié)和分析。因此在壓力測試的基礎(chǔ)上,建立服裝壓力情緒體系,可以作為服裝情緒研究理論的參考。

        4)壓力對皮膚微循環(huán)的作用研究主要集中在大強(qiáng)度壓迫阻礙皮膚血流的閾值及壓迫對肢端末梢皮膚血流產(chǎn)生的作用,但是對受壓部位的皮膚血流產(chǎn)生的影響及作用機(jī)制尚不十分明確。探討受壓部位的血流變化,并且利用不同的信號分析方法來揭示血流變化的作用機(jī)制,將是SBF研究的新方向。

        5)由于測試儀器的限制,現(xiàn)今對于壓力造成皮膚血流量變化的研究還局限于對皮下1 mm處的毛細(xì)血管進(jìn)行觀測的階段,而皮下1mm之下的表皮層血管和皮下血管的變化情況并不能得到實時的觀測。所以對血流進(jìn)行分層研究,實現(xiàn)血流測試儀器在同一施壓處不同深度的皮膚血流量變化,將是研究服裝壓力對血流影響的發(fā)展趨勢。

        6)人體心理、生理評價方式辨別服裝紡織品的舒適性雖有一定的可行性,但是微小的感覺差異方面尚未有突破,探討紡織服裝產(chǎn)品引起人體生理反應(yīng)的細(xì)微差別,綜合利用人體指標(biāo)來評價,建立完善的紡織品評價體系是一個重大的課題。

        4 結(jié)語

        通過對服裝觸壓舒適性評價心理指標(biāo)ERP和生理指標(biāo)SPF進(jìn)行介紹總結(jié),系統(tǒng)地分析了兩項生理指標(biāo)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。研究發(fā)現(xiàn),國內(nèi)外不斷地進(jìn)行各種探索運用不同的指標(biāo)進(jìn)行服裝觸壓評價,但仍未形成完整的理論體系。因此,有效、準(zhǔn)確地利用服裝觸壓生理評價指標(biāo),建立服裝觸壓評價系統(tǒng),并與實際設(shè)計生產(chǎn)進(jìn)行有效地結(jié)合,是下一步研究的發(fā)展方向。

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