馮建喜,沈心彤

(南京大學 建筑與城市規(guī)劃學院,江蘇 南京 210023)

心理健康是人類健康的基本組成,是聯合國可持續(xù)發(fā)展目標及全球發(fā)展議程中的重大優(yōu)先事項[1]。當前人類面臨嚴峻的心理健康問題,心理疾病已經成為導致殘疾和死亡的重要殺手[2]。隨著城市化和社會經濟的快速發(fā)展,我國民眾的心理疾病增速更快、規(guī)模更大,成為新的健康問題,造成了重大社會經濟負擔。2021 年中國家庭健康大數據報告指出,近80%的城鎮(zhèn)居民處于心理亞健康狀態(tài),心理健康人數不足10%。民眾的心理健康問題引起廣發(fā)關注,《全國精神衛(wèi)生工作規(guī)劃(2015—2020年)》《關于加強心理健康服務的指導意見》等文件的公布,體現了政府對人民心理健康的重視。黨的二十大報告在部署“推進健康中國建設”時提出,把保障人民健康放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置。其中,特別強調要“重視心理健康和精神衛(wèi)生”。如何構建心理友好型城市以減少心理疾病的產生成為熱點問題。

情緒是影響心理健康的重要因素[3-5]。積極、穩(wěn)定的情緒狀態(tài)可以增強個體的安全感和控制感,從而增強其心理健康的調適水平。但如果個體的情緒狀態(tài)出現較大波動或頻繁轉換時,會產生認知負荷,致使生活無法預期或產生自我矛盾,進而降低心理健康水平[3]。特別是對于情緒自旋(affect spin)較高的個體,在情緒調節(jié)過程中因為需要不斷地損耗積極情緒而導致消極情緒增加,無法維持持續(xù)的努力狀態(tài),更容易產生抑郁、對負性事件恢復能力弱、生活滿意度低等心理問題[4]。已有研究表明,城市環(huán)境對情緒有著持續(xù)性、廣泛性和潛移默化性的影響[5]。綠地空間對減少人們消極的心理狀態(tài)有積極作用,具有重要的情感恢復價值[6]。而人們生活在高樓林立、不易親近綠地空間的環(huán)境中,心理壓力難以紓解,容易患上精神方面的疾病[7],比如,焦慮癥對于居住在土地使用和開發(fā)強度高的城市居民中更為普遍[8]。然而需要指出的是,已有研究在分析“環(huán)境”作用于“人體”(環(huán)境人)的影響機理時,多通過對各類環(huán)境要素以及個體健康表征的選取和測量,利用數理模型(相關分析、回歸模型)等方法建立環(huán)境要素與個體健康結果之間的關系,以此評估環(huán)境對人類健康的影響[9-10]。這些研究或立足于截面相關性分析,或在研究設計上模糊了要素之間的因果關系,只能回答“環(huán)境差異與個體健康是否存在關聯性”,而無法回答“環(huán)境調整會帶來怎樣的健康變化”。在某種意義上,現有研究并沒有真正揭示環(huán)境作用于人體(環(huán)境人)的機制黑箱,導致研究結果無法為空間規(guī)劃和行為引導提供精準的政策建議。且在研究情緒及心理健康時,多通過調研問卷或量表的方式對人的心理變化進行主觀評價,無法完全模擬真實環(huán)境以及人類對環(huán)境當時的反應和適應。問卷的方式極大依賴人的回憶,對以往經歷的回溯,難免會產生遺忘和不準確現象,其有效性和可靠性往往存在誤差[9]。

近年來,環(huán)境暴露對個體心理健康的影響研究出現了 “神經轉向”(neural turn)。神經科學與神經科學實驗為研究環(huán)境與人的相互關系,揭示環(huán)境對個體的健康效應提供了新的研究范式與方法[10-13]。神經科學(neuroscience)是跨科學、心理學、生物學等融合的交叉學科,主要探究人體神經回路如何感受世界、實施行為[10-11]。而神經科學實驗則是通過一系列實驗范式,引入神經科學測度儀器,從生理機制層面解釋環(huán)境對個體情緒及心理健康的影響[12-13]。其顯著優(yōu)勢在于能基于不同群體的生理差異探究其對客觀環(huán)境的實時感知,從而針對性提升環(huán)境,改善群體健康狀況?；谏窠浛茖W實驗,通過多通道(腦電、皮電、血氧濃度、心率、血壓等)生物反饋設備和技術等實時測量人的生理變化,可以直接、實時測度環(huán)境(要素)暴露對人體的作用效果,揭示環(huán)境影響個體健康的深層機理,打開“黑箱”。

已有關于腦電波特征與情緒狀態(tài)之間的關系研究已經取得了一定成就[14],腦電信號或腦電圖能客觀反映大腦的內部狀態(tài)[15],讓通過客觀生理指標定量解析人類行為及心理情緒成為可能。首先,它具有不易偽裝、實時性、靈敏性等特點。腦電信號由中樞神經系統(tǒng)支配,不易受主觀意識控制,能反映客觀真實的情緒狀態(tài);高時間分辨率(可達1 ms)能夠記錄細微的情緒波動與認知過程[16],實時監(jiān)測心理變化;實驗環(huán)境下的腦電圖數據對觀察不同環(huán)境下的情緒變化非常敏感,為自然環(huán)境的恢復效果提供了證據基礎[17]。其次,采用腦電波頻譜分析可反映不同的情緒狀態(tài),成人腦電波按頻率可被分為δ波(0.5～4 Hz)、θ波(4～8 Hz)、α波(8～13 Hz)、β波(13～30 Hz)。其中α波和β波被廣泛應用于心理評估中,α波反映人體進入放松的狀態(tài)[18],主觀感覺舒適和輕松;β波反映人在受到外界刺激后的情緒變化,表明更高的壓力或警覺性[19]。目前已有國外學者將腦電波技術應用到城市環(huán)境評價中[20-22],國內學者則較少將其應用到建成環(huán)境對居民健康的影響中。

本研究將使用Emotiv EPOC+設備測度不同城市環(huán)境(城市繁忙區(qū)、城市靜謐區(qū)和城市綠地區(qū))對個體腦電生理數據的影響,分析城市環(huán)境對居民情緒及心理健康的作用效應,并提出相關的政策建議。作為一項試驗性質的研究,本研究的主要目的是驗證基于神經科學實驗的方法研究環(huán)境對個體影響的可行性和可靠性,展示這一研究方式的前景。

1 試驗設計

1.1 實驗人員招募

由于實驗過程較為復雜,耗時較長,考慮到實驗的可操作性且本次實驗還只是試驗階段,實驗招募的學生均為在校大學生。已有研究表明性別對環(huán)境變化的生理反應有顯著差異[23],且不同年齡段生理指標可能存在較大差異(比如老年人對刺激的反應速度低于年輕人),從而易導致實驗結果不可類比,故參與本次實驗的人員均為女性,年齡在20～25歲之間人員招募方式為網絡報名。被測人員來自同一學院但不同專業(yè),實驗開展前均通過了資質篩選。根據日常學習生活表現以及自述的疾病史,排除有視力障礙、慢性精神疾病、癲癇或精神病史的人,減少腦電數據采集時的干擾。為了排除大腦半球差異的影響,所有被測者均為右撇子[24]。由于實驗耗時較長,考慮到可操作性,本次實驗僅20個樣本,屬于小樣本設計,這是實驗心理學中常見的研究設計。小樣本設計是被試內設計的一種變式(1≤被試人數≤30),由于檢測人數較少,需要在高度控制的實驗中對每一個被試進行大量觀察并記錄,通過對自變量的良好控制和因變量的反復測量,小樣本設計本身就能強有力地進行實驗推論[25]。

由于實驗場景不止一個,為了獲取同一個人在不同環(huán)境中的實驗數據,被測者被要求參與到完整的實驗中?？紤]到被測者可能并不知道腦電波測量儀器的原理及使用方法,并由此可能產生懼怕或好奇等情緒干擾實驗結果,所以在實驗開展前對所有被測者進行簡短的培訓,學習儀器佩戴方法,體驗佩戴儀器并告知大致實驗原理。

1.2 實驗場景

由于設備精度的原因,當實驗人員保持靜止時,設備數據的聯通效率可以穩(wěn)定保持在80%以上(本實驗所采用的設備為Emotiv EPOC+),從而保證獲取數據的可靠性和穩(wěn)定性,所以,本實驗采取了觀看視頻方式替代在真實環(huán)境中步行。本實驗研究地點位于江蘇省南京市玄武區(qū),該區(qū)不僅擁有繁華的商業(yè)街區(qū),還有豐富的自然資源豐富,居住小區(qū)眾多,具備多種建成環(huán)境便于步行視頻的拍攝。根據街景環(huán)境差異,選取了3個實驗區(qū)域,如表1所示,這3個區(qū)域分別為城市繁忙區(qū)(擁有眾多人流量、摩天大廈、各式商店,交通便利)、城市靜謐區(qū)(道路兩側為居民樓,有眾多小區(qū)綠化,有私家車停放,有一些生活用品商店)、城市綠地區(qū)(有眾多樹木和草坪連接湖泊和人行道,可欣賞名勝古跡,車輛稀少)。實驗前,已分別于3個場景拍攝了5 min的步行視頻。實驗采樣地客觀條件如表2所示,其中,噪音、人流量、車流量和路途停留時間指標為多個采樣點數據的均值,綠化率和道路寬度指標為估測值,路途停留時間指因道路交叉口避讓車流、紅綠燈管制、商店參觀花費的時間。

表1 研究區(qū)域及線路概況Tab.1 Map and overview of the walking routes

表2 采樣點客觀條件Tab.2 Objective conditions of the research area

1.3 實驗流程

本實驗在2021年4月1—10日進行。被測者均參加了2次活動(時間間隔大約1周),第一次為儀器培訓課程,使他們熟悉佩戴儀器,第二次為腦電數據采集實驗。由于實驗人員數量較多,腦電數據采集實驗分為2 d進行。為了確保將時間效應保持在最低限度[26],所有實驗都在上午進行(9∶00—11∶30)。

實驗場地為一個安靜、較為密閉的房間,以減少外界噪音的影響。實驗開始時拉上窗簾以減少室外光線影響,同時幫助被測者將視線集中在電腦屏幕上。為減少視頻中客觀因素對被測者腦電波的影響,實驗場景拍攝選擇在天氣晴朗、溫度濕度適宜的上午時間段進行。實驗流程如下。

1)調試設備。確保實驗儀器阻抗顯示為綠色,各電極連接通暢,當連接率80%以上時視為連接率良好,可以進行實驗。

2)對照實驗。被測者首先閉眼聽一段約3.5 min的舒緩音樂,幫助自己放松身心,達到冥想的狀態(tài)。同時記錄下冥想時的情緒狀態(tài),作為平靜組,便于對照分析。

3)觀看視頻。被測者采用坐姿通過電腦屏幕觀看街景路線的漫步視頻,視頻大約3～5 min,期間實時記錄下腦電波數據并完成收集。

4)簡要訪談。觀看完成視頻后,與每名被測者進行簡短訪談,了解他們的情緒變化以及可能的原因。

5)短暫休息。在觀看下一段視頻之間,要求被測者閉目休息60 s,放松身心,以免對接下來的測試產生影響。之后重復實驗流程3和5直至完成3個場景的實驗。

1.4 腦電數據獲取及處理

本實驗采用Emotiv EPOC+無線便攜式腦電儀設備,從頭皮處非侵入性地獲取腦電活動。它是美國神經科技公司(Emotiv Systems)開發(fā)的一種無線藍牙腦電EEG記錄儀,通過快速且易于使用的設計提供對專業(yè)級大腦數據的讀取。該設備可以采集14通道腦電信號,對應國際10～20位系統(tǒng)(AF3、F7、F3、FC5、T7、P7、O1、O2、P8、T8、FC6、F4、F8、AF4),通過浸潤鹽水的氈墊將電極與被測者的皮膚相接,從而實時監(jiān)測腦電波數據,并將獲取的數據通過藍牙實時傳輸至電腦。

在腦電波的分析中,本實驗采用了Emotiv開發(fā)的專有軟件EmotivPro來處理腦電波數據。EmotivPro軟件為每個被測者創(chuàng)建了一個分析環(huán)境,以解釋神經水平上的潛在差異,進而將EEG活動解釋為6個情緒指標:“參與度”(engagement)、“興奮度”(excitement)、“注意力集中度”(focus)、“興趣度”(interest)、“放松度”(relaxation)和“壓力程度”(stress)。EmotivPro軟件每10 s更新一次各情緒指標瞬時變化情況。綜合該軟件對情緒指標的官方定義以及已有研究對這些指標的解釋,這6項情緒指標的含義如表3所示。腦電從設備中被采集傳輸到軟件中進行分析的情況如圖1所示。

(a)Emotiv EPOC+設備以及14個傳感器點位圖;(b)EmotivPro軟件獲取到的14個通道中的原始腦電數據;(c)EmotivPro軟件將腦電信號通過處理輸出的情緒指標數據。圖1 實驗設備及軟件界面示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental equipment and software interface

表3 情緒指標的含義Tab.3 Meaning of emotional indicators

獲取腦電數據之后需要進一步處理數據以便進行分析。首先,進行原始數據提取。在3個實驗場景獲得的數據中,分別在實驗過程的中段(去除實驗前后30 s數據)每10 s抽樣提取1次情緒指標數據,并通過計算均方根值的方法得出該樣本在3個場景中的6項情緒指標數據。接著,進行數據標準化處理。將實驗場景兩兩分為一組,將每個樣本的原始均方根值減去組間均方根值,然后除以組間均方根值的標準偏差來進行標準化。使用z=2.5的標準識別和修正異常值(即將可能產生過度影響的高差異異常值恢復到2.5標準差內)[27]。

2 數據處理與結果

2.1 觀看不同環(huán)境視頻后生理數據變化

為反映實驗后的情緒指標數值與實驗前對照組數據之間的變化情況,需要依次進行配對檢驗。根據數據的分布特征以及統(tǒng)計理論,使用兩相關樣本非參數檢驗方法中的威爾科克森(Wilcoxon)符號秩檢驗法。

2.1.1 城市繁忙區(qū)與平靜組(對照組)生理數據對比

觀看城市繁忙區(qū)視頻后的情緒指標數據與實驗前對照組數據對比情況如圖2所示?？梢钥闯?所有的6個維度均發(fā)生顯著變化,除“放松度”指標顯著下降外,其余5項情緒指標均顯著上升。

圖2 城市繁忙區(qū)中情緒指標數值與對照組對比Fig.2 Comparison of emotional indicators with the control group in urban busy area

2.1.2 城市靜謐區(qū)與平靜組(對照組)生理數據對比

觀看城市靜謐區(qū)視頻后的情緒指標數據與實驗前對照組數據對比情況如圖3所示?？梢钥闯?在城市靜謐區(qū) “注意力集中度”“壓力程度”指標顯著上升,“放松度”指標顯著下降,而“參與度”“興奮度”“興趣度”指標變化不顯著。

圖3 城市靜謐區(qū)中情緒指標數值與對照組對比Fig.3 Comparison of emotional indicators with the control group in urban quiet area

2.1.3 城市綠地區(qū)與平靜組(對照組)生理數據對比

觀看城市綠地區(qū)視頻后的情緒指標數據與實驗前對照組數據對比情況如圖4所示?？梢钥闯?在城市綠地區(qū)除了“參與度”和 “興趣度”指標有顯著上升外,其余指標變化均不顯著。

圖4 城市綠地區(qū)中情緒指標數值與對照組對比Fig.4 Comparison of emotional indicators with the control group in urban green area

2.2 回歸模型分析

為進一步比較不同場景下情緒指標的主要影響因素,本研究將實驗場景兩兩組合,以組間綜合情緒值的差值作為因變量,以6項情緒指標的組間差值作為自變量,進行最小二乘線性回歸(OLS)分析,以模型調整后的R2作為判斷模型擬合優(yōu)度的標準。以城市繁忙區(qū)和城市綠地區(qū)組合為例,回歸模型計算公式為

Y繁-Y綠=aEn(X繁En-X綠En)+aEx(X繁Ex-X綠Ex)+aFo(X繁Fo-X綠Fo)+aIn(X繁In-X綠In)+aRe(X繁Re-X綠Re)+aSt(X繁St-X綠St)+C

(1)

式中:Y繁與Y綠為城市繁忙區(qū)和城市綠地區(qū)主成分分析結果;X繁En為城市繁忙區(qū)“參與度”指標數值,其余以此類推;aEn至aSt為系數;C為常數項。

2.2.1 城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū)比較

經過OLS模型分析,表4顯示了在城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū)中,“參與度” “興奮度” “興趣度”“放松度”“壓力程度”指標出現顯著差異(P≤0.05),R2為0.99體現了較高的擬合優(yōu)度。

表4 OLS分析結果(城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū))Tab.4 OLS analysis results (urban busy area vs urban green area)

圖5顯示了指標在不同環(huán)境中的標準化均方根值,通過對比不同環(huán)境中的情緒指標“正”和“負”情況,可以分析出環(huán)境對情緒的影響效果?！皡⑴c度”“興奮度” “興趣度”“壓力程度”指標在城市繁忙區(qū)為“正”,在城市綠地區(qū)為“負”,說明這些情緒在城市繁忙區(qū)更加明顯,人們的情緒相對更強烈。而“放松度”指標則在城市靜謐區(qū)為“負”,在城市綠地區(qū)為“正”,說明其在城市綠地區(qū)的數值更高,相對而言更能起到放松的效果。

圖5 城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū)中“參與度”“興奮度”“興趣度”“放松度” “壓力程度”指標的標準化均方根值Fig.5 Difference scores of "engagement" "excitement" "interest" "relaxation" and "stress" in urban busy and urban green area

2.2.2 城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū)比較

經過OLS模型分析,表5顯示了在城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū)中,“注意力集中度”與“放松度”指標出現顯著差異(P≤0.05),R2為0.94體現了較高的擬合優(yōu)度。

表5 OLS分析結果(城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū))Tab.5 OLS analysis results (urban busy area vs urban quiet area)

圖6顯示了“注意力集中度”“放松度”指標在不同環(huán)境中的標準化均方根值?！白⒁饬卸取敝笜嗽诔鞘蟹泵^(qū)為“正”,在城市靜謐區(qū)為“負”,說明城市靜謐區(qū)有分散注意力的效果。而“放松度”指標在城市繁忙區(qū)為“負”,在城市靜謐區(qū)為“正”,說明城市靜謐區(qū)有令人放松的效果。

圖6 城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū)中“注意力集中度”與“放松度”指標的標準化均方根值Fig.6 Difference scores of "focus" and "relaxation" in urban busy and urban quiet area

2.2.3 城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)比較

經過OLS模型分析,表6顯示了在城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)中,“興奮度”“興趣度”指標出現顯著差異(P≤0.05),R2為0.94體現了較高的擬合優(yōu)度。

表6 OLS分析結果(城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū))Tab.6 OLS analysis results (urban quiet area vs urban green area)

圖7顯示了“興奮度” 與“興趣度”指標在不同環(huán)境中的標準化均方根值。“興奮度”指標在城市靜謐區(qū)為“正”,在城市綠地區(qū)為“負”,說明城市綠地區(qū)給人的興奮感相對較弱。而“興趣度”指標則在城市靜謐區(qū)為“負”,在城市綠地區(qū)為“正”,說明城市綠地區(qū)相對而言更能提起人們的興趣。

圖7 城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)中“興奮度” 與“興趣度”指標的標準化均方根值Fig.7 Difference scores of "excitement" and "interest" in urban quiet and urban green area

3 討論

EmotivPro軟件將腦電波數據解析為6項情緒,相較于同公司的早期產品將情緒解析為4項情緒(“frustration”“engagement”“LT excitement”和“meditation”),細化了對情緒的劃分,能更準確地體現被測者豐富的心理情緒,同時在進行數據分析時可以獲得更多元的數據。通過對6項情緒指標統(tǒng)計分析,可以揭示青年人在不同的城市環(huán)境中情緒的不同反應?？偟膩碚f,當城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū)進行對比時,產生顯著變化的指標最多,大腦活動的差異性更加明顯;城市靜謐區(qū)和另外2個實驗地點之間的大部分情緒指標沒有顯著差異。這表明,城市繁忙區(qū)(以商業(yè)環(huán)境為主且人車稠密的城市環(huán)境)和城市綠地區(qū)(以自然環(huán)境為主且人車稀疏的城市環(huán)境)中有一些獨特的建成要素在影響情緒方面發(fā)揮著重要作用。

3.1 城市繁忙區(qū)與城市綠地區(qū)對比分析

實驗結果表明,被試者的腦電活動在觀看城市繁忙區(qū)和城市綠地區(qū)2種視頻差異最大,6個情緒指標中有5個呈現出顯著差異。城市繁忙區(qū)中的 “興奮度”“參與度”“興趣度” “壓力程度”顯著高于城市綠地區(qū),“放松度”則在城市綠地中的數值更高。

已有研究表明,腦電波中β波的活躍程度與使用Emotiv開發(fā)的Affectiv suite軟件測量時顯示的“興奮度”“參與度”正向相關[22],而β波越活躍,被試者的認知負荷(cognitive load)越大。繁忙區(qū)中復雜的環(huán)境(交通擁擠、人流密集等)增加了大腦的警覺,而其精心布置的櫥窗、明亮多彩的廣告,也讓個體的情緒呈現出一個相對亢奮的狀態(tài)。與環(huán)境相對簡單、靜謐的城市綠地區(qū)相比,城市繁忙區(qū)給被試者帶來的認知負荷更大,需要更多定向注意力(directed attention,自上而下的神經活動,包括所有需要腦力勞動的任務,一段時間后會讓人精神疲勞)自上而下地處理各種信息。

“壓力程度” “放松度”是一對含義相反的指標, 在城市綠地區(qū)“壓力程度”指標更低, “放松度”指標更高, 說明在城市綠地中步行具有明顯的恢復性效果。 已有研究表明, 暴露于自然環(huán)境有助于人們將定向注意力轉變?yōu)榉请S意注意(involuntary attention,放松的、無意識的注意力),這種效應在環(huán)境心理學中被描述為軟魅力(soft-fascination)[28]。這一過程與恢復性健康效應有關,有助于緩解疲勞、壓力和情緒低落。與之相反,暴露在城市嘈雜紛亂環(huán)境中的個體,壓力恢復程度較低[29-30]。

對參與實驗人員進行訪談的結果也與腦電實驗結果一致,認為城市綠地遠離喧囂,空氣質量好,風景秀麗,對放下工作或學習上的壓力達到放松愉悅的效果更有益。在談及閑暇時間更愿意前往哪種環(huán)境中時,90%的受訪者選擇了噪音較少、綠植豐富的城市綠地。她們普遍認為過多的噪音會影響步行者的心情,讓人心生煩躁。豐富的綠植可以適當調節(jié)局部地區(qū)微氣候,為行人遮陽擋雨美化環(huán)境。而選擇城市繁忙區(qū)的受訪者表示這與平常生活習慣有關,有逛街購物習慣的人選擇城市繁忙區(qū)的可能性越高。總的來說,本實驗結果進一步佐證了綠地區(qū)對情緒的恢復性作用。

3.2 城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū)對比分析

實驗結果表明,在觀看城市繁忙區(qū)與城市靜謐區(qū)視頻時,腦電波活動的差異沒有繁忙區(qū)與綠地區(qū)差異那么大,只有“注意力集中度”和“放松度”指標發(fā)生了顯著變化,其中“注意力集中度”指標在城市繁忙區(qū)的數值更高,“放松度”指標在城市靜謐區(qū)的數值更高。

“注意力集中度”指標在城市繁忙區(qū)數值高,說明建成要素復雜的環(huán)境會使人產生更高的專注度。腦電波中的β波段與警惕性和視覺上的注意力有關[31-32],Kacha的一項實驗表明,當在實驗室環(huán)境中觀看不同復雜性的街景時,環(huán)境越復雜,β波活動越顯著,注意力的喚醒程度越高[33]。由此可以推測,“注意力集中度”指標與腦電波的β波段具有一定相關性,可以通過“注意力集中度”指標的高低衡量環(huán)境的復雜程度對一個人的定向注意力的影響。此外,根據訪談結果,實驗人員表示步行在城市繁忙區(qū)時,環(huán)境中背景音量較大,建筑類型多樣,人車密集,不同的環(huán)境要素交織在一起傳遞到大腦中時,需要被測者分散一部分注意力來分解和處理這些信息。商業(yè)環(huán)境相比靜謐的小區(qū),無疑會讓大腦提高負荷,呈現出興奮活躍的狀態(tài),訪談結果從側面佐證了實驗結果。

“放松度”指標在城市靜謐區(qū)更高,說明城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)一樣具有恢復性功能?？赡艿脑蛴袃蓚€。一是本實驗選取的城市靜謐區(qū)位于居住小區(qū),在自然環(huán)境上具有與城市綠地區(qū)相似的一些特點,如道路兩側栽有闊葉行道樹,在遮陰的同時也給人綠色的視覺體驗;并且在人為環(huán)境上與城市繁忙區(qū)有一定區(qū)別,如主要建筑物為涼亭、棋牌桌、居民樓,僅有的一些商鋪也多為鹵菜、水果、文具店,很少產生噪音,遠不及城市繁忙區(qū)的商鋪種類繁多、色彩鮮麗。二是在“熟悉”的城市環(huán)境更容易誘發(fā)與放松狀態(tài)相關的情緒活動。已有研究表明,環(huán)境的熟悉程度與腦電波中α波段的數值高低具有相關性,對街景圖像的熟悉程度越高,α功率增加,反映一個人的放松程度越高[32]。本研究選取的居住小區(qū)并非高檔小區(qū),具有一般性,被測者看到居住環(huán)境中普遍性的布局與街景,可能會產生熟悉感,從而誘發(fā)其進入放松狀態(tài)。根據訪談結果,當實驗人員看到城市靜謐區(qū)環(huán)境時,多數表示“居住小區(qū)的環(huán)境與學校宿舍區(qū)很相似”“并沒有什么特別值得注意的地方”“靜謐區(qū)的環(huán)境比繁忙區(qū)安靜得多”,在一定程度上為研究結論提供了支撐。

3.3 城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)對比分析

實驗結果表明,在觀看城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)視頻時,“興奮度”“興趣度”指標發(fā)生了顯著變化,其中“興奮度”指標在城市靜謐區(qū)數值更高,而“興趣度”指標在城市綠地區(qū)數值更高。

“興奮度”指標受β波段影響,當β波段表現較為強烈的時候,“興奮度”指標越高,表明在情緒上越不利于恢復平靜。城市靜謐區(qū)與城市綠地區(qū)均有恢復性功能,但城市綠地的恢復性功能更優(yōu)?！芭d趣度”指標在城市綠地區(qū)數值更高,說明城市綠地區(qū)對人們的吸引力更大。興趣是一種評價性條件反射活動,反映了人們對當前刺激的吸引力或厭惡程度[34]。Zhang研究發(fā)現,與通常被認為與“基本”的生理活動有關的興奮等自主條件反射不同,興趣是一種評價性的條件反射,更多地與人的“高級”心理活動有關,比如審美[35]。城市綠地作為城市中的景區(qū),不僅在景觀特色、游覽趣味性等方面具有對居民的吸引力,還在植被的選擇、色彩的搭配上具有美學的考量,因而相較于城市靜謐區(qū)相對單一的景觀,興趣值更高。城市靜謐區(qū)中大同小異的布局、單調的街道不會讓人產生好奇感,多數受訪者表示他們對城市靜謐區(qū)中的景觀漠不關心,并沒有值得注意的美景引起興趣,而觀看城市綠地區(qū)視頻時,更容易沉浸在對環(huán)境的欣賞中。另外,部分受訪者提出她們并未去過實驗場景所在的前湖公園。出于好奇心理,人總是對未知事物更容易產生興趣,因而覺得前湖公園的環(huán)境比城市靜謐區(qū)更容易吸引她們。

3.4 3個場景情緒指標綜合分析

在3組觀看視頻之后的情緒數據與各自對照組的對比中可以看出,城市環(huán)境越復雜,其情緒發(fā)生顯著變化的維度越多。城市繁忙區(qū)、城市靜謐區(qū)和城市綠地區(qū)與對照組相比,產生顯著變化的情緒指標數量依次遞減,城市綠地區(qū)的情緒與對照組的情緒數值最為接近。激勵理論及超負荷理論的支持者認為由植物和水組成的自然環(huán)境相對于建筑物環(huán)境具有認知的低度復雜性,可以減少壓力,更有助于恢復健康[2,21]。本文的研究結果與這一論斷相符。

但是3個場景與對照組相比,情緒產生變化后的數值高低并不是完全按照城市繁忙區(qū)、城市靜謐區(qū)、城市綠地區(qū)的順序遞增或遞減排列,城市綠地區(qū)的 “興趣度”和 “參與度”2個指標均高于城市靜謐區(qū)。正如前文所述,興趣涉及到人對環(huán)境的評價,與人的高級心理活動有關,“參與度”指標也與注意力和興趣有關,是一種需要對環(huán)境投入情感的情緒。這說明綠地區(qū)環(huán)境更符合人們認知中某些有趣的意象,可以引起他們的關注和興趣,表明該環(huán)境對人體獲得更高層級的精神體驗具有幫助。3個場景在各組情緒度量維度的數值表明,環(huán)境對個體情緒的影響不是簡單的壓力-放松或者定向注意力-非隨意注意二元影響和解釋機制可以概括,其中還涉及到更多維、更高級的情緒反應和心理活動及影響機制。

3.5 小結

從以上分析可知,城市繁忙區(qū)、靜謐區(qū)和綠地區(qū)對個體的生理指標的影響有顯著差異,城市繁忙區(qū)與綠地區(qū)之間的差異最大,靜謐區(qū)的影響處于兩者之間。繁忙區(qū)復雜的環(huán)境、較大的人流和噪聲會使身處其中的人產生更多興奮、緊張等情緒,需要個體投入更多的定向注意力,長時間暴露在這種環(huán)境下會引致疲勞、焦躁等負面情緒,從而會對居民的心理健康產生不利影響。城市綠地區(qū)具有最優(yōu)的情緒恢復功能,可以顯著降低消極情感,提升居民的放松感。自然環(huán)境可以引起自下而上的神經活動,從而減少大腦的負荷,起到良好的舒緩心情、降壓解悶作用。在承擔居住功能的城市靜謐區(qū)中,該環(huán)境由于構成要素與城市綠地相近,環(huán)境比較安靜,可能產生熟悉感從而具備一定恢復性功能。不同城市環(huán)境對腦電波的影響實際上體現了個體在信息處理過程中(information-processing)對不同城市環(huán)境所帶來刺激的不同處理機制。城市繁忙區(qū)復雜的環(huán)境需要個體提高警覺,投入更多的定向注意力,是一種自上而下的、內生的神經活動。這種信息處理方式代表的是控制,需要投入更多的有意識的“努力”,會產生較大的認知負擔,時間久了會產生認知疲勞。而城市綠地區(qū)則通常與非隨意注意相關,是一種自下而上、外生的神經活動。這種信息處理方式不需要付出過多的心理“努力”,從而有助于緩解疲勞、壓力和情緒低落,產生恢復性健康效應,有利于心理健康。

4 結論

作為一次試驗(pilot study)性質的研究嘗試,本文使用Emotiv Epoc+設備采集腦電數據,通過Emotiv Pro軟件將腦電波6項情緒指標進行分析,同時及時進行回顧性訪談,對南京市玄武區(qū)的城市繁忙區(qū)、城市靜謐區(qū)和城市綠地區(qū)這3種類型的建成環(huán)境中人們心理情緒變化的情況進行了研究。研究發(fā)現,通過腦電數據可以直接測度個體在不同環(huán)境中生理數據的變化,反映了環(huán)境對個體生理指標及情緒的影響,揭示了環(huán)境作用于個體的生理機制。相比于通過問卷調查或者量表方式獲取的個體對環(huán)境的主觀評價,客觀數據確實可以更直接、更準確地反應環(huán)境對于個體的影響程度,有利于精準揭示不同環(huán)境(要素)對于個體的影響效應及機制,實現環(huán)境作用于個體的因果效應推斷。

在實踐層面,研究發(fā)現相對于城市繁忙區(qū),城市綠地區(qū)具有更好的情緒恢復功能,可以顯著消除疲勞,降低消極情感,提升居民的心理健康水平,這與以往的研究一致。本研究還發(fā)現城市靜謐區(qū),特別是具有一定綠化水平和安靜的居住區(qū)空間也可以對個體情緒和心理有一定的恢復性效果。對于很多居住在老城區(qū)的居民而言,由于公園綠地的稀缺性以及個人時間的有限性,很難規(guī)律地接近城市綠地去放松自我。但是其居住區(qū)卻是每天都要接觸的環(huán)境,如果通過研究發(fā)現某些環(huán)境(要素)可以產生較好的恢復性效果,就可以在老舊小區(qū)改造的過程中進行循證設計,從而以較低的成本提高居民的心理健康水平和福祉。遺憾的是由于本文只是初步的研究,沒有通過實驗設計來嚴格判別到底是靜謐區(qū)中的哪些環(huán)境要素產生這樣的療愈效果。但從3個不同城市環(huán)境的要素對比來看,較高的綠化水平、較小的噪音和人流可能是關鍵因素。因此,在舊城更新的過程中,通過各種方式(水平綠化和垂直綠化)提高綠化水平,對道路功能的分類和純化設計及管理(如社區(qū)道路就應以交往性功能為主,交通性功能設置在周邊主干道)將是提高居民生活福祉的重要方式。需要注意的是,本研究選擇的樣本為年輕女性,研究結論對其他人群的適用性有待進一步的考證。本研究表明基于科學實驗得出的結果可為政策制定及空間設計提供更直接的證據,實現循證決策和設計,有助于推動空間干預決策由依靠主觀個體經驗向客觀證據轉變,由統(tǒng)計學路徑到實驗路徑轉變。

本實驗只是一次初步的嘗試,存在一些局限性。首先,本實驗選擇在室內進行,通過觀看視頻的方式進行虛擬暴露,并非在真實環(huán)境中進行的實驗。真實環(huán)境中的溫度、氣味、光照等各個因素都可能會對個體的生理指標產生影響,從而會造成研究結果的偏差。但另一方面,通過觀看視頻的方式進行實驗實際上可以更好地控制相關因素的影響,更利于精準辨析不同環(huán)境因素的影響作用。未來將同時進行真實暴露和虛擬暴露,并對結果進行對比,深化環(huán)境對個體生理影響的研究。其次,本研究在實驗設計上存在改進空間。實驗人員數量上可以招募更多志愿者,讓實驗結果更具有普遍性。在研究人員選擇上被測者大都是本專業(yè)學生,具備一定專業(yè)知識,相較于一般人看待城市建成環(huán)境的感受可能受專業(yè)影響存在一定差異。且被試者均為女性,研究結果具有一定局限性,后續(xù)研究應該擴大研究對象的多樣性,以獲取更具普遍意義的研究結果。在實驗周期上,可進行長期跟蹤式實驗,綜合分析長時間序列下個體的心理變化對健康產生的影響,從而更加科學準確地評估心理健康狀態(tài)。

總體而言,作為一種新的研究范式和方法,基于神經科學實驗研究不同環(huán)境(自然環(huán)境、建成環(huán)境、社會環(huán)境)對個體心理指標的影響效應和機制,雖然在實驗設計、儀器的穩(wěn)定性等方面存在一些局限,但其的確可以實時、精準地分析環(huán)境對個體造成的影響,深化地理學對微觀人地關系的理解,代表著人類認知、解析環(huán)境與自我關系的新的進步。隨著各種便攜式、低成本的生理指標測度儀器的不斷出現,這一方向將獲得越來越多的關注,推動人文地理和城市規(guī)劃學科從觀察(經驗)研究走向實驗研究,并豐富學科科學化發(fā)展內涵,為地理學的發(fā)展注入新的活力。