面向老年人群情緒支持的虛擬療愈界面

郝石盟，李嘉暉

0 引言

隨著我國(guó)加速步入老齡化社會(huì)，促進(jìn)“積極老齡化”“健康老齡化”成為全面實(shí)施“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要的重要組成部分[1]。老年人群由于身體能力和認(rèn)知水平的退化，以及社會(huì)參與度的降低，常出現(xiàn)孤獨(dú)、抑郁和焦慮等負(fù)面情緒。特別是伴隨著身體機(jī)能的退化，老年人在室內(nèi)的活動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，缺乏室外活動(dòng)和社會(huì)交往，更易導(dǎo)致負(fù)面情緒的產(chǎn)生。因此，室內(nèi)建成環(huán)境對(duì)老年人群的心理健康意義重大[2-3]。

隨著健康建筑研究的視角從單純關(guān)注生理健康逐漸轉(zhuǎn)向全面身心健康，建成環(huán)境對(duì)情緒的影響得到學(xué)者的普遍關(guān)注。已有研究證實(shí)，室內(nèi)建成環(huán)境中包括綠植景觀、物理環(huán)境、室內(nèi)界面等諸多因素與情緒干預(yù)有重要關(guān)聯(lián)。適老環(huán)境設(shè)計(jì)中也愈發(fā)關(guān)注療愈性空間設(shè)計(jì)[4-5]，積極的建成環(huán)境設(shè)計(jì)因素能為促進(jìn)老年人群積極情緒、減緩精神壓力提供很好的環(huán)境支持[6-8]。近年來(lái)，虛擬療愈界面應(yīng)用于適老環(huán)境中，在情緒支持方面顯示了積極的效用[9-12]。虛擬療愈界面是一種結(jié)合建筑室內(nèi)界面（如墻面、地面等）設(shè)置的人機(jī)交互系統(tǒng)，其輸出的內(nèi)容會(huì)隨用戶的輸入信息（如語(yǔ)音、動(dòng)作等）做出相應(yīng)變化。在養(yǎng)老設(shè)施中，虛擬療愈界面最常應(yīng)用在康復(fù)診療空間：包括運(yùn)動(dòng)康復(fù)室（如在平衡訓(xùn)練中作為激勵(lì)場(chǎng)景）、醫(yī)療檢查室（減緩壓力和分散疼痛），以及為認(rèn)知癥老人提供的多感官室（認(rèn)知功能訓(xùn)練，減輕精神行為癥狀），這些虛擬體驗(yàn)可以幫助老年人減輕焦慮、沮喪，增加社交，并刺激記憶和認(rèn)知[13-14]。

虛擬療愈界面應(yīng)用于老年人群情緒支持有4 個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（1）虛擬療愈界面可以部分代償自然環(huán)境的療愈效益。當(dāng)老年人因自身身體能力退化或缺乏高質(zhì)量的室外活動(dòng)空間等原因，無(wú)法安全參與直接接觸自然的活動(dòng)時(shí)，虛擬景觀在一定程度上可以代償真實(shí)自然環(huán)境的療愈效益[12]。（2）不同老年個(gè)體由于經(jīng)歷、審美、偏好的不同，不同內(nèi)容產(chǎn)生的療愈效益也存在差別，虛擬療愈界面的人機(jī)交互特征可以為不同用戶建立數(shù)據(jù)庫(kù)，基于個(gè)體的情緒反饋判斷何種內(nèi)容對(duì)該用戶的情緒干預(yù)最顯著，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同個(gè)體的情緒支持效益最大化。（3）虛擬療愈界面提供的交互內(nèi)容與傳統(tǒng)媒體內(nèi)容（如電視節(jié)目）相比，用戶由單向被動(dòng)接收信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的信息交互，這種交互行為本身一方面可增強(qiáng)老年人的環(huán)境掌控感，以降低心理壓力，另一方面在公共空間使用交互設(shè)施的過(guò)程中，可以間接促進(jìn)老年人之間的社會(huì)交往[15]，同時(shí)拉近老年人與數(shù)字技術(shù)的距離，這些都對(duì)激發(fā)老年用戶的正向情緒有積極作用。（4）目前多數(shù)研究中虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境提供的方式以頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（HMD）為主，因其沉浸度高，療愈效果也被證實(shí)最趨近于真實(shí)自然環(huán)境。但對(duì)于老年用戶來(lái)說(shuō)，因?yàn)楦杏X(jué)失調(diào)，會(huì)更易造成暈動(dòng)癥（Motion Sickness）[16]，此外視角震顫、頻閃也時(shí)常導(dǎo)致老年人群視覺(jué)不適。作為替代，以屏幕或投影技術(shù)呈現(xiàn)的虛擬療愈界面沉浸度雖次于頭戴式設(shè)備，但能有效減少不良反應(yīng)的發(fā)生。

1 虛擬界面療愈效益的理論基礎(chǔ)與實(shí)證進(jìn)展

1.1 環(huán)境刺激—情緒反應(yīng)模型

情緒是大腦皮層和皮層下神經(jīng)過(guò)程協(xié)同活動(dòng)的結(jié)果，是基于環(huán)境刺激的生理應(yīng)激反應(yīng)，即情緒是人在外部環(huán)境刺激下的主觀反應(yīng)[17-18]，因此環(huán)境刺激與情緒反應(yīng)間的關(guān)系有較大的個(gè)體差異。Lawton 等人于1973 年提出了環(huán)境—壓力理論（Press-Competence Model）[17]為環(huán)境刺激與情緒反應(yīng)間的關(guān)系提供了很好的解釋模型（圖1）。該模型提出了“最優(yōu)環(huán)境刺激水平”概念，指出環(huán)境刺激過(guò)高或過(guò)低都會(huì)引發(fā)消極情緒的產(chǎn)生，且最優(yōu)環(huán)境刺激水平與個(gè)體適應(yīng)水平相關(guān)。低水平的環(huán)境刺激會(huì)導(dǎo)致冷漠、刻板的負(fù)向情緒，而過(guò)高的環(huán)境刺激水平會(huì)致使壓力過(guò)大，出現(xiàn)焦慮、疲勞的負(fù)向情緒。

其中，個(gè)體適應(yīng)水平與個(gè)人能力（包括身體機(jī)能、認(rèn)知能力、社會(huì)交往能力等）相關(guān)，且存在較大的個(gè)體差異。個(gè)體適應(yīng)水平越強(qiáng)，激發(fā)積極情緒的環(huán)境刺激水平閾值就越寬，反之則越窄，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越差，敏感度越高[17]?？紤]到影響老年人在與虛擬療愈界面交互過(guò)程中與身體水平有關(guān)的變量，可基于運(yùn)動(dòng)能力、心理狀態(tài)和認(rèn)知水平3 個(gè)維度建立老年個(gè)體適應(yīng)水平評(píng)估模型。

人對(duì)環(huán)境刺激水平的生理反應(yīng)（即應(yīng)激反應(yīng)）可由客觀生理指標(biāo)測(cè)得：人體在面對(duì)環(huán)境刺激時(shí)會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的生理應(yīng)激機(jī)制以調(diào)節(jié)情緒和應(yīng)對(duì)壓力，這種機(jī)制通過(guò)作用于內(nèi)分泌系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等來(lái)完成[19]。內(nèi)分泌系統(tǒng)通過(guò)下丘腦—垂體—腎上腺軸的激素釋放，如促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）、促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）和皮質(zhì)醇，調(diào)節(jié)身體對(duì)壓力的應(yīng)對(duì)反應(yīng)，并影響情緒狀態(tài)。自主神經(jīng)系統(tǒng)包括交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)，交感神經(jīng)活動(dòng)增加可導(dǎo)致心率加快、血壓升高、皮膚電活動(dòng)增加等生理變化，而副交感神經(jīng)則促進(jìn)放松和恢復(fù)。隨著年齡的增長(zhǎng)，由于感官和其他生理機(jī)能的衰退，老年人在情緒和壓力應(yīng)激機(jī)制上會(huì)出現(xiàn)一些變化，并與一般人群存在差異[9,15,17]。老年人的感官功能下降，對(duì)外界環(huán)境的感知能力減弱，在生理反應(yīng)上可能表現(xiàn)出內(nèi)分泌系統(tǒng)反應(yīng)性減弱，導(dǎo)致壓力的應(yīng)對(duì)能力下降；自主神經(jīng)系統(tǒng)功能可能發(fā)生改變，交感神經(jīng)活性增加，而副交感神經(jīng)功能下降。這些變化使老年人更加脆弱，容易受到情緒和壓力的負(fù)面影響。因此，理解老年人在這些生理應(yīng)激機(jī)制上的特殊變化對(duì)于提供情緒支持和壓力管理至關(guān)重要。通過(guò)監(jiān)測(cè)和測(cè)量相關(guān)的生理指標(biāo)，如心率、心率變異性、血壓、皮膚電活動(dòng)、唾液皮質(zhì)醇等，我們可以了解個(gè)體在面對(duì)環(huán)境刺激時(shí)的生理反應(yīng)，進(jìn)一步了解情緒狀態(tài)和壓力水平的變化，及時(shí)給予針對(duì)老年人的有效干預(yù)和支持措施，促進(jìn)其心理健康和幸福感。

1 環(huán)境—壓力模型，根據(jù)文獻(xiàn)[17]改繪

1.2 情緒測(cè)量與情感計(jì)算

目前最通用的情緒測(cè)量方法是自評(píng)量表和生理數(shù)據(jù)。其中自評(píng)量表受限于被試的理解力和閱讀能力，用于老年被試可能會(huì)降低信度和效度；而生理數(shù)據(jù)只能體現(xiàn)環(huán)境對(duì)被試的生理刺激水平，無(wú)法判斷情緒傾向。因此，結(jié)合生理指標(biāo)和面部表情的多模態(tài)情感計(jì)算，在老年人群情緒識(shí)別方面最具潛力，可彌補(bǔ)自評(píng)量表和生理指標(biāo)各自的缺陷。

情感計(jì)算（Affective Computing）是人機(jī)交互領(lǐng)域的前沿研究方向，是通過(guò)生理、姿態(tài)、表情等訊號(hào)判斷人的情緒狀態(tài)的成熟技術(shù)[21-22]。情感計(jì)算既有單一模態(tài)（使用單一信號(hào)），又有多模態(tài)（使用多類信號(hào)，如聯(lián)合腦電、心電、姿態(tài)等）[39]。情感計(jì)算涉及的環(huán)節(jié)包括情感建模、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)集構(gòu)建、數(shù)據(jù)標(biāo)注、特征提取、識(shí)別算法等。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network,ANN）的算法處理數(shù)據(jù)集，可以得到很好的情緒分類效果?；谏硇盘?hào)的情感計(jì)算已經(jīng)建立了較為可靠的數(shù)據(jù)集（如SEED、DEAP 等）[22]，但建立數(shù)據(jù)集的被試對(duì)象為年輕人群體。因此，未來(lái)研究需要建立針對(duì)老年人群的聯(lián)合腦電（EEG）、心率變異性（HRV）、皮膚導(dǎo)電率（SCL）和面部表情等信號(hào)的多模態(tài)情感計(jì)算數(shù)據(jù)集。

1.3 虛擬療愈界面的應(yīng)用與實(shí)證

已有研究證實(shí)，虛擬療愈界面在情緒干預(yù)、運(yùn)動(dòng)康復(fù)、睡眠干預(yù)、認(rèn)知訓(xùn)練和疼痛分散等領(lǐng)域顯示出的作用（表1、圖2）。以投影和屏幕等載體呈現(xiàn)的虛擬內(nèi)容，其沉浸度雖然低于頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，但在不良反應(yīng)方面（包括引發(fā)頭暈、惡心、眼睛疲勞、暈動(dòng)癥或模擬器綜合征）有著顯著的優(yōu)勢(shì)。且虛擬療愈界面的交互過(guò)程多為自然交互（語(yǔ)音、手勢(shì)、動(dòng)作、表情等），較少需要看護(hù)者的指導(dǎo)和協(xié)助，因此更適用于老年人群，且更適合作為日常環(huán)境的交互模式。目前多數(shù)研究以患病老年人群為干預(yù)對(duì)象，包括腦卒中、阿茲海默癥（Alzheimer's disease,AD）、輕度認(rèn)知障礙（Mild Cognitive Impairment,MCI）等病癥的老年患者，也有少量研究以健康老人為干預(yù)對(duì)象，他們同樣需要積極的情緒干預(yù)和適度的認(rèn)知訓(xùn)練，以減緩腦部和認(rèn)知功能退化的發(fā)展。目前針對(duì)虛擬療愈界面情緒效益的研究主要來(lái)自3 個(gè)視角：虛擬療愈景觀、光的情感效應(yīng)、多感官刺激。

表1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老年康復(fù)領(lǐng)域的實(shí)證研究，郝石盟 繪制

2 虛擬療愈界面的應(yīng)用場(chǎng)景

3 基于情緒實(shí)時(shí)反饋的“情緒響應(yīng)交互系統(tǒng)”框架

（1）虛擬療愈景觀：虛擬療愈景觀是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為媒介，呈現(xiàn)自然景觀內(nèi)容。它可以包括視覺(jué)刺激、聽(tīng)覺(jué)刺激和通過(guò)脖戴式氣味播放器提供的嗅覺(jué)刺激。虛擬自然在恢復(fù)性主觀感受、認(rèn)知能力、健康情緒誘導(dǎo)方面證實(shí)了其療愈效益。其中森林景觀、海洋是被證實(shí)在壓力減緩方面效益最高，而人工化的景觀有利于促進(jìn)社交傾向[12,23-25]。

（2）光的情感效應(yīng)：光環(huán)境研究證實(shí)基于光的情感效應(yīng)，彩色LED 動(dòng)態(tài)照明界面能通過(guò)色彩和圖形的變化進(jìn)行情緒誘導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)動(dòng)態(tài)的色彩圖案內(nèi)容比靜態(tài)內(nèi)容情緒效益更高。情緒照明界面被應(yīng)用于手術(shù)室、分娩室、精神病院、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)等醫(yī)養(yǎng)空間[36-37]，用于提升人的積極情緒，減緩病痛和精神癥狀。Kuijsters 等[37]研究了情緒照明與老年被試情緒傾向和喚醒度之間的關(guān)聯(lián)：在對(duì)被試施加悲傷的情緒刺激后，積極情緒傾向（紅—橙色）的氛圍照明比中性環(huán)境能更快使人從悲傷情緒中恢復(fù)過(guò)來(lái)；而施加焦慮情緒刺激后，放松情緒傾向（藍(lán)—紫色）的氛圍照明能使人更快從焦慮中恢復(fù)。

（3）多感官刺激：多感官刺激療法（Multi-Sensory Stimulation,MSS）指通過(guò)一定劑量的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等感覺(jué)刺激，改善失智癥患者的精神行為、延緩認(rèn)知能力的減退[24]。失智癥老年人長(zhǎng)期居住的環(huán)境一般缺乏感官刺激，會(huì)進(jìn)一步加速認(rèn)知和行為能力退化。感官室交互屏幕的內(nèi)容一部分也以自然景觀內(nèi)容為主，但一般交互程度更深，色彩對(duì)比更強(qiáng)烈，圖像動(dòng)態(tài)變化更豐富。健康老人同樣需要適度的強(qiáng)感官刺激減緩認(rèn)知水平退化。已有研究證實(shí)了多感官療法對(duì)改善認(rèn)知癥患者的認(rèn)知水平、精神行為和日常生活能力有顯著效用，但缺乏單獨(dú)針對(duì)交互界面的探討，和對(duì)健康老人的情緒效益評(píng)估。

但目前針對(duì)虛擬療愈界面對(duì)老年人群的情緒影響研究，還存在以下問(wèn)題：尚未建立起環(huán)境刺激與情緒反應(yīng)之間的量化模型，缺乏有效的老年人情緒識(shí)別手段；多針對(duì)患病人群，應(yīng)用于診療康復(fù)空間，缺乏對(duì)日?？臻g和一般老年人群的情緒影響評(píng)估；對(duì)老年個(gè)體差異關(guān)注不足，且缺乏負(fù)面影響的評(píng)估。

2 基于情緒實(shí)時(shí)反饋的“情緒響應(yīng)交互系統(tǒng)”

不同生理特征、心理需求和行為模式的老年人群，虛擬療愈界面對(duì)其情緒狀態(tài)產(chǎn)生干預(yù)的方式和效用是有差異的；即便對(duì)于同一老人，在其生命不同階段，面臨的負(fù)面情緒來(lái)源和有效的環(huán)境支持方式也不同。本文試圖提出一種基于情緒實(shí)時(shí)反饋的“情緒響應(yīng)交互系統(tǒng)”以針對(duì)不同生理特征和心理需求的老年人群，通過(guò)構(gòu)建個(gè)性化交互界面系統(tǒng)以達(dá)成個(gè)體情緒支持最優(yōu)化（圖3）。系統(tǒng)基于用戶在參與交互過(guò)程中不斷積累的個(gè)人數(shù)據(jù)集，提供更貼近于用戶情緒反應(yīng)規(guī)律的交互內(nèi)容，以此實(shí)現(xiàn)個(gè)體的情緒支持效益最大化。

系統(tǒng)首先基于老年人多模態(tài)數(shù)據(jù)，包括腦電（EEG）、皮電（EDA）等生理信號(hào)以及情緒標(biāo)記數(shù)據(jù)，通過(guò)情感計(jì)算和建模，學(xué)習(xí)和理解針對(duì)不同內(nèi)容和不同個(gè)體的情緒反應(yīng)規(guī)律，形成個(gè)性化的情緒模型和算法。在老年人與交互系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)由生理手環(huán)和面部識(shí)別反饋的情緒狀態(tài)，并根據(jù)情緒反饋實(shí)時(shí)調(diào)整交互內(nèi)容和方式。交互內(nèi)容針對(duì)老年人群的特殊心理—生理特征進(jìn)行個(gè)性化構(gòu)建，基于不同老人的偏好、興趣和情緒狀態(tài)，提供多樣化的交互內(nèi)容，通過(guò)色彩、形狀和動(dòng)態(tài)效果的變化，引發(fā)老年人的視覺(jué)興趣和情感共鳴。

4 “情緒響應(yīng)交互系統(tǒng)”交互邏輯與部分交互內(nèi)容示例

虛擬療愈界面設(shè)計(jì)因素可分解為輸出信息變量、輸入信息變量和界面形式變量，這些變量影響著界面呈現(xiàn)形式、交互實(shí)現(xiàn)方式、交互內(nèi)容構(gòu)建、交互沉浸感等?？稍诖讼到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建交互界面與情緒影響間的量化模型，識(shí)別其中哪些設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)老年人群情緒支持有顯著效用及其具體的參數(shù)閾值。明確虛擬療愈界面設(shè)計(jì)因素對(duì)老年人情緒傾向的即時(shí)和長(zhǎng)期影響，以建立面向積極情緒支持的適老化空間交互界面設(shè)計(jì)參數(shù)集（圖4）。

3 展望

在老齡化社會(huì)背景下，注重老年人群情緒健康是推進(jìn)“積極老齡化”進(jìn)程中的重要議題。除心理支持與社會(huì)支持外，環(huán)境支持作為一種非藥物干預(yù)手段，在老年人心理健康方面顯示出了積極作用，其中室內(nèi)建成環(huán)境對(duì)老年人群的情緒健康支持尤為重要。近年來(lái)涌現(xiàn)的虛擬療愈界面是一種結(jié)合建筑室內(nèi)界面（如墻面、地面等）設(shè)置的交互系統(tǒng)，近年來(lái)愈加廣泛地應(yīng)用于適老環(huán)境中，在情緒支持方面顯示了積極的效用。本文在虛擬療愈界面相關(guān)的理論與應(yīng)用實(shí)證的基礎(chǔ)上，搭建了一種基于情緒實(shí)時(shí)反饋的“情緒響應(yīng)交互系統(tǒng)”，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同老年個(gè)體的情緒支持效益最大化。

在未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐中，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注老年人的心理健康需求，深入了解針對(duì)老年人情緒特征的環(huán)境干預(yù)機(jī)制和影響因素；建立針對(duì)老年人群的情感計(jì)算數(shù)據(jù)集以支撐更加快速的老年人群情緒識(shí)別；建立環(huán)境刺激與老年人情緒反應(yīng)的量化關(guān)系模型，為面向情緒健康支持的適老建筑空間評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和量化工具。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為面向情緒健康支持的適老建筑空間設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和導(dǎo)則指引。