陳東生，　劉運娟

(1.閩江學院 服裝與藝術工程學院，福建 福州 350108;2.江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122)

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腦電在服裝舒適性評價中的應用

陳東生1,2，劉運娟1,2

(1.閩江學院 服裝與藝術工程學院，福建 福州 350108;2.江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122)

摘 要：在文獻基礎上總結了腦電技術的研究進展與應用領域，分析了腦電在服裝舒適性評價中的應用原理。根據(jù)服裝舒適性包含的濕熱舒適性、觸感舒適性、壓力舒適性、視覺美觀舒適性4個方面，分別歸納了腦電技術在各領域的應用研究情況，提出找到腦波指標與服裝感覺之間的定量關系成為此領域的研究發(fā)展方向，最終達到用客觀量值對人們的主觀服裝舒適性認識進行評價的目的，為滿足舒適性要求的服裝產品設計提供思路與方法。

關鍵詞：事件相關電位；腦電技術；服裝舒適性

人類社會發(fā)展到今天，對于服裝的要求已經(jīng)突破了傳統(tǒng)遮羞保暖的基本需求，更加追求服裝的穿著舒適性、視覺的美觀性等，因此服裝舒適性成為現(xiàn)代消費者對服裝產品關注的焦點，國內外研究人員也將新理論、新方法應用于此領域，形成服裝學科的研究熱點。

舒適性是多維和復雜的，它包括生理上的舒適性與心理上的舒適性。舒適的主觀感覺包含所有相關感覺的形成、加深、結合及對過去經(jīng)歷和現(xiàn)在期望的評價所構成舒適狀態(tài)的總體評價的心理過程[1]。服裝舒適性的評價與被測人體的主觀感受有著密切聯(lián)系，目前對于服裝舒適性主觀感覺評價還停留在根據(jù)個人的心理感覺對穿著服裝的舒適感覺進行評分，由于個體的差異，其實驗結論的可信性和試驗的可重復性差，因此尋找到更為科學準確的舒適性評價方法成為服裝舒適性研究的重要內容。

將生理心理學、物理心理學相關理論與技術方法引入服裝舒適性評價中，將影響服裝舒適性的物理因素與人的生理或心理物理指標綜合在一起，對服裝舒適性感覺效果做出表達，通過對評價要素的控制，可以在一定范圍內排除由人的差異所產生的差異，使評價結果能夠表達大部分人群的感覺效果，為解決服裝舒適性主觀評價上的不穩(wěn)定性提供一種有效方法。

腦電技術更為準確地講是腦電信號采集與分析技術。人腦細胞無時無刻不在進行自發(fā)性、節(jié)律性、綜合性電活動，這種電活動稱為腦電，大體可分為自發(fā)腦電(EEG)、誘發(fā)腦電位(EP)和事件相關腦電位(ERP)，除去人自身生理條件會影響腦電外，如年齡、性別、覺醒狀態(tài)等，外界的刺激也會影響腦電的變化[2]。

當人穿著服裝時，神經(jīng)系統(tǒng)會對衣服產生的視覺、觸覺等刺激產生反應，這種反應可以通過腦部的電位活動記錄下來，通過分析其電位的相關特征，如潛伏期、波幅和頭皮分布等，更大程度地認識服裝穿著過程中的心理生理變化，更為科學準確地評價服裝的穿著舒適性感覺。

1腦電技術研究進展

1.1腦電技術研究與應用

自1929年，Hans Berger通過放在頭皮上的電極測量人腦的電腦活動并放大后形成腦電圖(或稱EEG)，EEG就被應用于科學領域和臨床應用，Berger也被后人稱為“人類腦電圖之父”。直到1933年，英國的生理學家E.D.Adrian肯定了Berger的有關研究，腦電技術才得以迅速發(fā)展[3]。1958年，美國學者Dawson 研制出了一種瞬時腦電誘發(fā)裝置，開啟了腦電采集的新技術，被稱為臨床腦誘發(fā)電位(EP)的創(chuàng)始人[4]。20世紀30年代首次獲得清醒的人類感覺ERP記錄[5]，二次世界大戰(zhàn)結束后直到50年代才再次興起，這一時期研究多集中在感覺問題上。現(xiàn)代ERP研究起始于1964年，以Grey Walter報告了第一個認知ERPs成分為標志[6]。20世紀70年代，ERP研究集中于其成分的發(fā)現(xiàn)與理解，80年代中期，隨著計算機技術的引入和認知神經(jīng)科學研究的全面探索，開始使腦電研究得以普及。腦電技術應用領域包括醫(yī)學研究上的臨床醫(yī)學、神經(jīng)病學、精神病學；認知神經(jīng)科學研究的認知心理學、心理語言學等方面；與感性工學結合分析人的感性來設計產品等。

1.2腦電技術在服裝舒適性評價中的應用原理

服裝舒適性主要包含熱濕生理舒適性、接觸舒適性、壓力舒適性、視覺美觀性等方面，它們主要通過人體的視覺、觸覺器官傳導至人腦的高級神經(jīng)中樞，這些信息可以表現(xiàn)為腦細胞的電活動，將這種電活動的電位作為縱軸，時間特征為橫軸，記錄下來的電位與時間相互關系的平面圖即為腦電圖，如設計與服裝舒適性相關的特定刺激事件，此時生成的腦電圖也可經(jīng)過信號過濾和疊加分離形成與時間相關的ERPs。

外界的刺激會使人腦電發(fā)生變化。服裝對人體的刺激主要表現(xiàn)為視覺刺激和體感刺激，腦誘發(fā)電位記錄的就是神經(jīng)系統(tǒng)對刺激本身的反應。如服裝面料的粗糙程度可模擬成為一種體感刺激，將其按一定時間編排后作用于手指的指皮神經(jīng)，在腦感覺投射區(qū)相應的頭皮上都能記錄到其誘發(fā)電位，這種體感刺激誘發(fā)活動與其他電活動是混在一起的[7]；通過分析誘發(fā)信號找到與這種體感刺激的物理屬性相關的“外源性成分”、與心理因素相關的“內源性成分” 或二者兼而有之的“中源性成分”[8]。

服裝的視覺美觀性可以通過服裝的色彩、款式結構表現(xiàn)出來，將服裝的外觀特征模擬為一定的視覺刺激編碼作用于人的視覺器官，當然這種視覺刺激包含多個維度的心理物理特征，如色彩的對比度、亮度、色度、飽和度、空間頻率、刺激朝向等。這些特征的變化可以形成內在的身心感受，或稱為情緒反應[9]，可以通過腦電生理反應指標來表現(xiàn)內在身心狀況。

2腦電技術在服裝舒適性評價中的應用

隨著感性工學研究的不斷深入，研究者意識到服裝這種表現(xiàn)消費者個性需求的產品也進入了“感性的時代”。為了設計出符合著裝者心理的舒適感，心理學、生理學技術和方法被應用于服裝舒適性評價[10-12]。腦電技術在服裝舒適性評價領域應用主要集中在服裝熱濕舒適性、接觸舒適性、壓力舒適性、視覺美觀舒適性評價方面，腦電圖與事件相關電位分析是主要應用的兩種技術方法。

2.1腦電技術在服裝熱濕舒適性評價中的應用

日本信州大學纖維學部較早將腦電技術應用于服裝熱濕生理舒適性評價中。Kamijo[12-15]及其合作者從理論上分析了將生理心理學研究方法應用于服裝熱濕舒適性評價中的可行性，并嘗試引入生理心理學技術比如腦電來評價服裝的溫暖感。Yosuke Horiba[16-17]以服裝熱濕舒適性評價指標中溫度感覺為研究對象，首先記錄被試者在穿著和未穿外套時的腦波圖，結合被試者穿著溫度感覺主觀評價結果，利用混沌分析法研究著裝溫度感覺與腦電波的相關性。實驗結果顯示，在穿著外套感覺舒適條件下的腦電波呈確定性混沌，不穿著外套條件下腦電波呈弱混沌，前者的腦電關聯(lián)維大于后者，證明利用混沌分析法對腦電波的分析能夠對溫度感覺進行量化評價。

Yuki Mori[18]利用腦波來評價羅布麻纖維制成的睡衣是否有促進睡眠質量的作用。將羅布麻與棉混紡、錦綸與棉混紡的兩種睡衣作為實驗對象，通過測量睡眠時的腦波發(fā)現(xiàn)，著羅布麻與棉混紡睡衣的人其腦波中呈現(xiàn)更強的α波，表明此時人處于一種放松狀態(tài)，證明羅布麻纖維具有促進睡眠質量的作用。日本學者將腦電技術應用于成人紙尿褲的無紡布面料的熱濕舒適性評價[19]。

2.2腦電技術在服裝接觸舒適性評價中的應用

服裝的接觸舒適性是織物與皮膚直接發(fā)生的生理和物理作用，如軟硬、粗糙、刺癢、瞬時接觸冷暖感等，服裝的接觸舒適性評價主要針對面料的感覺評價。腦電技術在服裝接觸舒適性評價中的應用較多，不僅研究了不同服裝材料觸感的腦電波特征，還設計了與接觸感評價相關的刺激事件。

東京醫(yī)科大學和東京大學的研究者開展了不同材料的觸感對腦波的影響研究，Yoshiaki[20]將塑料板、玻璃板、草墊、鋁板、毛巾、棉布、扁柏木板(光滑與不光滑兩種)等材料作為實驗對象，閉眼時左右手手指觸摸這些材料并記錄下腦電波圖，通過分析不同材料的觸感對腦電波的影響，得出腦波中的α2(10～13 Hz)波與人的觸覺神經(jīng)活動有關。

Mi-Kyong Park[21-22]研究了女性衛(wèi)生棉表層的身體觸感的腦波特征。將網(wǎng)面表層與無紡布棉柔表層的兩種衛(wèi)生棉作為實驗對象，前者代表粗糙表面，后者代表柔滑表面，記錄女性在月經(jīng)期使用兩種不同觸感衛(wèi)生棉的腦波圖，結合使用者的自身主觀評價分析其情緒反應。實驗表明，這兩種衛(wèi)生棉在使用過程中腦波中有明顯的雙向β波和α2波，表面更粗糙的網(wǎng)面表層衛(wèi)生棉能提高腦覺醒水平，增加不適感。

Yosuke Horiba[23]設計了反映織物觸感的相關刺激事件，研究ERPs成分P300與織物觸感之間的關系。將毛毯、棉布和砂紙作為刺激試樣置于左手前腕內側，刺激每隔3 s呈現(xiàn)一次，刺激呈現(xiàn)20次，實驗結果顯示手感柔軟豐滿的毛毯對應刺激電位振幅小于棉布和砂紙，表明其事件相關電位的主要成分P300可以反映織物的觸覺手感。山添伸祥[24]為織物觸感刺激實驗開發(fā)了一種往復運動型接觸動作試驗機，從而使體感刺激的呈現(xiàn)時間準確性更高。

劉洋[25]通過分析腦電與人體感覺的關系，認為腦電不但可以反映人的生理狀況,更重要的是能夠反映人的心理狀態(tài)，在總結已有的研究成果上提出腦電測量人體對面料或服裝的觸覺效果方法。

王藝霈[26]做了基于神經(jīng)電生理學的著裝接觸舒適性研究，選取兩個腦電指標分別與著裝舒適性相關的物理指標和主觀感知評分進行相關性分析，證明左側枕部α波能量百分比可以作為有效反映著裝舒適性感覺的客觀指標。

2.3腦電在服裝視覺美觀性評價中的應用

感性服裝概念的提出促使了對服裝視覺美觀性評價方法的研究，服裝視覺美觀性主要以服裝的款式造型與色彩體現(xiàn)，其評價通常采用概念化的描述，評價個體的主觀性影響了其評價的客觀性。對服裝美觀性的感知可以被描述為一種情緒，是服裝款式色彩對人刺激后產生的情感外部表現(xiàn)，可以通過腦科學的研究方法去揭示這種情緒的發(fā)生過程，從而實現(xiàn)用科學理論定量探討著裝的美觀性。目前腦電在服裝視覺美觀性評價方面還只涉及到服裝色彩領域，在此嘗試設計視覺誘發(fā)方面具體刺激事件，對ERPs在該領域的應用進行了較深入的探索。

陳雁[27]在服裝顏色的感覺形成原理的基礎上，利用神經(jīng)電生理檢測技術對藍白、紅白、黃白、黑4種顏色引起的誘發(fā)電位進行了檢測。實驗表明，視覺誘發(fā)電位中潛伏期較短的N75、P100、N145屬于外源性誘發(fā)電位，主要與刺激的物理特征有關，可用來檢測顏色的物理特性在人的神經(jīng)系統(tǒng)產生影響，為揭示服裝顏色風格的客觀評價做出了新的嘗試。

Yukie Kato[28-29]利用生理學手段腦波與心電，并結合心理學中的SD法(意味差判別法)研究服裝色彩對人的生理與心理影響。

Yoko Chinew[30]以款式、面料相同而色彩不同的兩件服裝為研究對象，先對測試穿著者與觀賞者的主觀評價，再對穿著者的腦波進行測量，結果顯示穿著色彩明亮柔和服裝者的腦波有較明顯的α波，說明穿著者處于一種精神舒適狀態(tài)。將主觀評價結果對比證明，生理腦波與服裝色彩舒適性主觀評價呈現(xiàn)一致性。

劉洋[25]在視覺誘發(fā)原理基礎上，提出可將不同顏色和款式的服裝作為刺激源，通過具體圖片或實物不斷隱現(xiàn)或者翻轉來代替電視圖像翻轉，測量其對腦波的影響，希望能夠測試出服裝視覺美觀性的人體感覺。

2.4腦電在服裝壓力舒適性評價中的應用

由于服裝的自身的質量、形狀、尺寸等因素對人體制約時產生的壓力被稱為服裝壓，人腦對其感知屬于體感刺激范疇，目前研究者從醫(yī)學角度評價著裝后人體的腦波所對應的生理特征來評價壓力對人體的影響，針對服裝壓力舒適性設計出具體的體感刺激事件研究仍較少，ERPs在該領域的探索有待于進一步探索。

Yosuke Horiba[31]將腰帶作為研究對象，通過置于頭皮上的腦電監(jiān)測設備測量人在束腰帶和未束腰帶兩種狀態(tài)下、睜眼和閉眼時的腦波。實驗表明，束腰帶時腦波圖呈現(xiàn)出較明顯的α波，但在睜眼時束腰帶的腦波中α波強度明顯大于未束腰帶者，閉眼時二者沒有明顯區(qū)別，作者提出是否視覺感官接觸到的服裝壓束信息也影響了腦波的變化。

Akiko Sugita[32]以中老年女性為研究對象，測量她們穿著束腹褲時的腦波發(fā)現(xiàn)，穿著束腹褲后腦波中的α波被抑制而觸發(fā)出較多β波，這表明束縛褲對人體的生理影響直接反應在被試者對束縛褲壓力舒適性的主觀評價結果中。

尹玲[33]以人體著裝受壓時的腦波指標為參量,系統(tǒng)、定量地研究著裝皮膚壓對腦波變化的顯著影響規(guī)律,揭示著裝壓力舒適感的生理機制和心理機制,在此基礎上,建立基于著裝壓力和腦波指標的塑身腹帶著裝壓力舒適性的預測評判系統(tǒng)。

崔箏[34]設計了一個ERP實驗，對比穿著與未穿著緊身胸衣的條件下被試的ERP結果，通過分析發(fā)現(xiàn)短時間穿戴具有較大壓力的調整型內衣后，CNV 晚期成分的波幅明顯降低，P300 的潛伏期明顯延長，腦部主要激活區(qū)域由無負壓下的顳葉轉移到負壓下的額葉。

3結語

1)研究的現(xiàn)狀與不足：腦電技術在服裝舒適性評價中的應用研究領域取得的成果包括：學者嘗試通過腦電的相關實驗建立腦電與服裝材料的溫暖感、吸濕排水性能、粗糙感、服裝色彩和服裝壓感等之間的聯(lián)系，研究結果表明這些服裝感覺會對人體腦電的一些指標產生影響，如腦波節(jié)律、腦波成分等，從而證明腦電與服裝舒適性評價的一些感覺指標之間是有聯(lián)系的，存在著利用腦電進行服裝舒適性評價的可能性。

但目前對于腦電技術在服裝舒適性評價領域的研究還處于初級階段，學者只是在證明腦電與服裝舒適性之間存在一定關系，這種關系是“定性”，還遠沒有達到“定量”的階段，離實際應用尚有一段距離。

2)未來的研究方向：如想達到腦電技術對服裝舒適性評價的實際應用，需解決的關鍵問題就是建立某一服裝舒適性的體感特征與腦波之間的定量關系。在評價服裝壓力舒適性時，如能得出服裝壓力大小與腦波電壓之間的大小關系，舉例來說如人體腰部束縛壓力感覺不舒適的壓力值與之對應的腦波電壓大小是多少，就可以較準確地評價該服裝的壓感舒適性了。國外的科學家在皮膚電方面已經(jīng)做了相關研究，建立纖維刺癢產生痛感與皮膚電之間的定量聯(lián)系，對研究腦電與服裝舒適感指標之間的定量關系有一定的借鑒作用。

腦電技術真正應用與服裝舒適性評價還依賴于腦電技術水平的提高，以及信號采集設備的升級等條件，雖然還有許多問題需要解決，但隨著腦電科學、生理心理學的發(fā)展，將腦電技術應用于服裝舒適性評價中，是對服裝產品設計評價方法的一種新嘗試，能夠指導服裝設計者、生產者制造更加符合人體需要的服裝。

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(責任編輯：楊勇)

Application of EEG Technology to Evaluation of Clothing Comfort

CHEN Dongsheng1，2，LIU Yunjuan1,2

(1.Clothing and Design Faculty,Minjiang University,Fuzhou 350108,China；2.School of Textile and Clothing,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Abstract：By on analyzing domestic and foreign literatures concerning event-related potential research,this paper analyses the theory of comfort of wearing by using EEG technology.The comfort of wearing includes four parts:thermesthesia comfort feeling,touch feeling,pressure feeling and appearance feeling.This paper makes a summary of the various application of EEG technology.Finally,we propose the research direction in the domain of identifying using EEG the nerve reflection related to special feeling and neurocognitive events,for the purpose of using impersonal metrics to evaluate subjective feelings of clothing comfort and then provide a new method for designing clothing that are more comfortable.

Key words:event-related potential，EEG，comfort of wearing

中圖分類號：TS 941.1

文獻標志碼：A

文章編號：2096-1928(2016)01-0021-05

作者簡介：陳東生(1957—)，男，教授，博士生導師。主要研究方向為現(xiàn)代服裝技術。Email:mjuchen@126.com

基金項目：福建省科技廳社會發(fā)展重點項目(2010Y0042)；福建省教育廳科技計劃項目(JB11124)；福建省高校服務海西建設重點項目(閩教高[2009]8號)。

收稿日期：2015-11-15；

修訂日期：2016-01-04。