基于腦電技術(shù)在服裝舒適性評價中的研究進展

摘要：目前利用主觀評價的方法對服裝舒適性進行評價不準(zhǔn)確。腦電信號可以反映人在穿著不同服裝時不同的大腦活動，將腦電技術(shù)與主客觀方法的綜合運用可以使服裝舒適性評價體系更加完善，同時推動了生理心理學(xué)在服裝舒適性中的發(fā)展。通過國內(nèi)外文獻，闡述了腦電節(jié)律種類及ERP基本成分，分析并歸納了在服裝的觸感舒適性、壓力舒適性和熱濕舒適性評價中的相關(guān)腦電指標(biāo)?，F(xiàn)階段腦電技術(shù)在服裝舒適性評價還有不足之處，未來在腦電指標(biāo)分析、量化關(guān)系和實驗設(shè)計方面可以進行完善。

關(guān)鍵詞：腦電技術(shù)；服裝舒適性；生理心理學(xué)；事件相關(guān)電位

中圖分類號：TS941.12文獻標(biāo)志碼：A文章編號：2095－414X（2024）06－0032－06

0引言

人的心理因素對服裝舒適性評價尤為重要，穿著者的心理狀態(tài)、信仰、文化和社會因素等是舒適心理方面的組成成分，目前大部分服裝舒適性的評價還停留在根據(jù)個人的心理對穿著服裝的舒適感覺進行評分上，人的心理較為復(fù)雜導(dǎo)致主觀評價不準(zhǔn)確。因此尋找到更為科學(xué)準(zhǔn)確的舒適性評價方法成為服裝舒適性研究的重要內(nèi)容[1]。腦電技術(shù)作為一種客觀的生理心理學(xué)的研究技術(shù)和評價方法，可以通過人們穿著不同服裝時產(chǎn)生的腦電指標(biāo)差異反映人在穿著不同服裝時的情緒。目前已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于服裝熱濕舒適性、接觸舒適性、壓力舒適性、視覺美觀舒適性等研究領(lǐng)域。在人體中細(xì)胞兩側(cè)離子分布不均勻，細(xì)胞內(nèi)外離子（Na+、K+、A－）的濃度存在很大差異，因而在細(xì)胞膜兩側(cè)存在很高的濃度梯度，在這樣的濃度梯度作用下，離子將向低濃度一側(cè)擴散形成一定的電位差[2]，從而產(chǎn)生腦電信號。腦電技術(shù)應(yīng)用于服裝舒適性的評價研究中可以保證人的健康和安全，Mohamed Z.Ramadan等人記錄在不同氧氣濃度和升降頻率下工人穿著不同的安全鞋時的腦電信號，通過腦電指標(biāo)反映在高海拔工作環(huán)境下的工人的身體狀況并預(yù)測其健康風(fēng)險[3]。

選擇合適的腦電指標(biāo)是腦電技術(shù)應(yīng)用于服裝舒適性評價的關(guān)鍵。本文首先介紹了腦電基本節(jié)律及ERP成分，然后通過腦電技術(shù)在服裝的觸感舒適性、壓力舒適性、和熱濕舒適性評價中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對現(xiàn)階段評價各類服裝舒適性的腦電指標(biāo)進行了總結(jié)，最后對腦電技術(shù)在服裝舒適性評價中的應(yīng)用趨勢進行展望。

1腦電節(jié)律與ERP成分

腦電波的頻率、波幅以及ERP成分是腦電技術(shù)評價服裝舒適性的重要指標(biāo)。

1.1腦電基本節(jié)律及特征

腦電中頻率相同，周期一致且重復(fù)出現(xiàn)的活動稱為腦電節(jié)律。腦電基本節(jié)律分為δ波、θ波、α波、β波和γ波。表1為腦電基本節(jié)律的特征。Gable等人發(fā)現(xiàn)喚醒/疲倦和積極/消極情緒與θ、δ波功率密切相關(guān)，β波抑制可以衡量運動的動量，額葉α波的不對稱可以反應(yīng)出人的較高的消極情緒[4]。Povilas Tarailis等人通過主觀體驗測量表和頻率主成分分析得出額葉中線θ成分與主觀評分中的困倦度正相關(guān)，α波與主觀舒適評分正相關(guān)[5]。從處理過的腦電信號中提取相關(guān)腦電節(jié)律的特征指標(biāo)可以客觀的反映人的心理狀態(tài)。

1.2 ERP刺激成分

ERP（Event-related Potentials）的波形通常用正負(fù)來表達，其后面的數(shù)字表示為波形所出現(xiàn)的時間或峰值的位置，例如P2表示第二個負(fù)峰，N170表示大約在170ms所出現(xiàn)的正峰。ERP成分被分為外源性成分（P1、N1、P2）和內(nèi)源性成分（N2、P3），前者取決于外部因素（即由激發(fā)刺激的物理性質(zhì)決定，一般發(fā)生在刺激開始后的前200毫秒），后者主要取決于內(nèi)部因素（即對本體敏感，如刺激的意義和/或完成任務(wù)所需的處理）[6]。其中P300成分（刺激后250～500ms）是研究最多的正性內(nèi)源性成分，根據(jù)刺激的新穎性，可分為位于P3a或P3b，P3a的振幅反應(yīng)了對分心者刺激的注意程度，P3a隨著認(rèn)知工作量的增加而減弱。P3b子成分反映了頂葉功能，與高水平的工作任務(wù)有關(guān)，P3b的潛伏期隨著認(rèn)知工作量的增加而增加[7]。Hiroki Naka?ta等人在利用ERP研究被動熱應(yīng)激和恢復(fù)對人類認(rèn)知功能的影響時發(fā)現(xiàn)P300的峰值和潛伏期可以反應(yīng)高溫對認(rèn)知的抑制功能[8]。P300成分還可以用來評價圖片的清晰度，劉國忠等人將P300波分別與圖像模糊等級建立評價關(guān)系模型發(fā)現(xiàn)P300波的幅值越大說明圖像越模糊，人們需要更多的注意力去辨別圖片[9]。

在服裝舒適性評價中ERP實驗起著重要的作用，通過設(shè)置不同的OddBall范式（如圖1所示為Stroop任務(wù)、Simon任務(wù)、Flanker任務(wù)和Go/Nogo任務(wù)）觀察執(zhí)行任務(wù)的反應(yīng)時間和激活的ERP成分（如圖2所示），建立與服裝各個指標(biāo)之間的聯(lián)系，間接地評價服裝的舒適性[10]。

2腦電在服裝觸感舒適性評價中的應(yīng)用

人與物體接觸時感受到的觸感是由存在于皮膚上的觸覺、壓覺、痛覺、溫覺、冷覺的皮膚感覺的知覺帶來的，被稱為“第二皮膚”的衣服，形成了與人最接近的環(huán)境，皮膚感覺對服裝舒適性有很大影響[11]。如圖3所示，為觸感產(chǎn)生的機制。

Ryota Kobayashi等人觀察到了抓握活動結(jié)合觸覺刺激產(chǎn)生的大腦活動，觀察到手抓握物體時大腦的初級軀體感覺皮層、初級運動皮層和小腦外部被激活[13]。

ERP的成分可以用來表征織物的觸感舒適性。李東等人設(shè)計了一種基于腦電的服裝觸感捕捉刺激器，并利用該機器進行了ERP實驗，通過測試表明該機器可以精確標(biāo)記時間點，分離出觸覺誘發(fā)的時間相關(guān)電位且具有重復(fù)性[14]。Yanhua Song等人將腦電技術(shù)與SD主觀評價法結(jié)合評估三種不同織物的觸感舒適性，發(fā)現(xiàn)了P3振幅越小，織物越光滑。P3可用于評估織物表面粗糙度[15]。

將EEG與主客觀評價方法相結(jié)合可以評價織物的觸感舒適性。Jiao Jiao等人利用腦電頻譜分析并結(jié)合織物物理性質(zhì)和主觀評價，研究了棉、尼龍和聚酯羊毛的觸覺舒適性，發(fā)現(xiàn)θ和γ頻帶的腦電功率強度可以明顯判別面料觸感差異[16]。王藝霈利用神經(jīng)生理學(xué)研究了九種不同織物制作的男士無領(lǐng)襯衫的著裝舒適性，將選取的腦電指標(biāo)（左右側(cè)枕部α波能量百分比）與肌電測出的物理屬性和主觀感知評分進行相關(guān)性分析，得出左側(cè)枕部α波能量百分比可以用于表征服裝的觸感舒適性[17]。張旭靖通過腦電反應(yīng)和皮膚電反應(yīng)檢測受試者感知內(nèi)衣織物觸感時的生理反應(yīng)，分析與內(nèi)衣織物的性能測試結(jié)果和觸感舒適性評價得分的相關(guān)性，其中腦電中的α、β節(jié)律和皮膚電反應(yīng)中的皮膚電導(dǎo)率可以作為表征接觸舒適感的生理指標(biāo)[12]。

針對觸感舒適性的腦電指標(biāo)進行總結(jié)，如表2所示。綜合來看，利用腦電技術(shù)分析人對織物觸覺刺激過程中的感知是一個可行的方法。目前學(xué)者們利用不同的腦電指標(biāo)去評價觸感舒適性如EEG中的θ、γ和α/β波的功率[12、16-19]，ERP成分中的P100、P200和P300的波幅和相位[19-20]等，以及分析其與織物基本物理性能和主觀評價的相關(guān)性，之后可以將腦電指標(biāo)和其他生理指標(biāo)相結(jié)合，尋找與觸感之間的量化關(guān)系，制成一種傳感器對織物觸感進行評價。

3腦電在服裝壓力舒適性評價中的應(yīng)用

服裝壓力舒適性的形成過程：首先來自服裝的物理機械信號作用于人體皮膚，然后該刺激信號由皮膚中的神經(jīng)末梢傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)末梢，此時物理的刺激信號被轉(zhuǎn)換為神經(jīng)系統(tǒng)能夠識別的神經(jīng)信號，再由神經(jīng)末梢傳送到大腦，大腦根據(jù)生理與心理過程對刺激信號形成感覺，從而著裝者對于所穿著服裝的物理機械刺激產(chǎn)生一個綜合的主觀舒適判斷[21]。

Yunjuan Liu運用了EEG和Stroop效應(yīng)的ERPs實驗這兩個實驗，以塑形腹帶在青年女性腰腹部施加的服裝壓為對象，研究與主觀舒適性評價和客觀測量的壓力值的相關(guān)性，得出α波功率和ERP成分可以有效地評價服裝壓力舒適性[22-23]。圖4為穿著塑形腹帶和未穿著塑形腹帶時α波的功率譜圖。

在運動緊身服裝的壓力研究中，Choi Jiyoung等人通過測量穿著者在穿著3D CS和3D WCS緊身衣下行走時和行走后的腦電波，并與穿著寬松服裝（短袖和短褲）進行對比，發(fā)現(xiàn)在劇烈運動下緊身衣產(chǎn)生的壓力更大，從而增加更多的注意力和認(rèn)知負(fù)荷，在行走后兩種緊身衣的腦電波有顯著差異[24]。H.Lee等人分析不同壓力水平的緊身褲對敏捷性和大腦感知的影響測試了MRCPs（運動相關(guān)皮層電位）的峰值和平均振幅，分析出緊身褲的壓力水平是服裝設(shè)計中的一個主要變量，它影響大腦的感知處理過程和運動技能[25]。

此外，腦電技術(shù)還可以與其他生理指標(biāo)結(jié)合對壓力舒適性綜合評價，Ha Yeon Bang和Hee Eun Kim通過測量老年女性穿著對照組（增加松量）和原型組服裝進行日?；顒雍蟮哪X電圖的α波和β波比例和心電圖中的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)度來分析服裝壓力舒適性，得出LF（低頻成分）/HF（高頻成分）比率在舒適放松狀態(tài)下較低；α波增加意味著舒適，β波增加意味著緊張有壓力[26]。將其他生理指標(biāo)與腦電技術(shù)結(jié)合，提高評價服裝壓力舒適性的準(zhǔn)確性。

利用腦電技術(shù)與主觀評價和服裝壓力值綜合分析三者之間的相關(guān)性是腦電技術(shù)在服裝壓力舒適性評價應(yīng)用的基本方法，在人體穿著評價時還利用ERP方法間接地探究服裝壓力對人日常生活行為和工作效率帶來的影響。目前腦電技術(shù)應(yīng)用于運動服裝壓力舒適性評價居多，確定與服裝壓力舒適性相關(guān)聯(lián)的腦電指標(biāo)有α、β和α/β的相對功率，以及誘發(fā)電位中的運動相關(guān)皮層電位（MRCPs），如表3所示。但是這些腦電指標(biāo)的分析還不夠深入，服裝壓力舒適性與人產(chǎn)生的情緒之間聯(lián)系研究較少。

4 腦電在服裝熱濕舒適性評價中的應(yīng)用

根據(jù)研究表明，熱濕舒適度、接觸舒適度和運動舒 適度對人體穿著舒適度的貢獻率分別為61.5%、11.5% 和9%，所以尋找正確評價服裝熱濕舒適性的方法是十 分重要的[27] 。服裝熱濕舒適性評價方法有客觀評價、 生理實驗、模型評價和主觀評價[28] 。

人體的生理指標(biāo)是評價服裝熱濕舒適性中不可或缺 的一部分，Kim Insoo等人通過測試人體皮膚溫度、平均 濕度和心率等與現(xiàn)有的工作服對比得出設(shè)計的農(nóng)業(yè)工作 服具有較小的熱應(yīng)力[29] ，Hong Liu等人通過測試人體局 部皮膚溫度和主觀問卷的方式研究在四種不同溫度下穿 著不同服裝對熱環(huán)境的心理和生理反應(yīng)的性別差異[30] 。

腦電作為生理指標(biāo)也可以評價服裝的熱濕舒 適性，Shih-Lung Pao 等人開發(fā)了一種熱感覺模型， 通過測量五項生理信號（心電圖、腦電圖、肌電圖、 GSR 和體溫）和 3 個環(huán)境特征（室溫、風(fēng)扇速度和濕 度）進行建模，該模型可以適用于 更多的環(huán)境和不同的場景[31] 。

在熱舒適方面，孫建輝等人利用 快速傅里葉變換探究溫度階躍變化 下的腦電功率值與熱舒適性的相關(guān) 性，并將腦電數(shù)據(jù)與額頭溫度和主觀 評分相結(jié)合，得出了熱舒適得分與頻 譜功率值的線性表達式 y=0.095x + 9.496，-3≤x≤3，將腦電與主觀評價進 行了量化分析，完善了腦電技術(shù)在熱 濕舒適性中的評價體系[32] 。Manchen He等人通過測試腦電節(jié)律，皮膚溫度 和床上的溫度環(huán)境并與主觀結(jié)果相結(jié)合對比分析三種 不同填充的被子的熱舒適性，得出鵝絨的腦電信號中的 慢波睡眠比例最大，在整體睡眠舒適度和熱舒適性方面 最好[33] 。Hyojeong Lee 和 Yejin Lee 通過分析在高溫環(huán) 境下穿著不同瑜伽服時β波的變化和主觀評價的關(guān)系， 得出高溫環(huán)境下β波活動減少[34] 。

在織物濕度對穿著舒適性方面，XingXing Fang 等 人設(shè)計不同濕度的織物綜合運用織物特征、主觀評價 和ERP實驗分析織物和皮膚之間粘著感的認(rèn)知機制， 得出潮濕狀態(tài)下P300與織物的摩擦系數(shù)、吸水能力和 黏性相關(guān)[35] 。

在研究熱感情緒變化方面，任佳園等人選取α和β 波平均功率譜密度作為腦電指標(biāo)，探究消防體能訓(xùn)練 服的熱濕舒適性與人的情緒之間的關(guān)系，如圖 5 所 示。當(dāng)熱濕舒適性差時，α強度減小，β波強度增加，出 現(xiàn)更強烈的緊張煩躁情緒[36] 。

針對目前評價熱濕舒適性的相關(guān)腦電指標(biāo)進行了總結(jié)，如表4所示。目前腦電指標(biāo)α、β、θ波頻譜功率以及能量均值用于評價服裝的熱濕舒適性，腦電技術(shù)對服裝熱濕舒適性評價不夠成熟。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)（θ+α）/β、β/α和θ/β這三個指標(biāo)可以評價人運動疲勞的程度[3]，從人的疲勞程度和情緒的角度評價服裝的熱濕舒適性會成為未來腦電技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵方向。

5結(jié)語

近幾年來，腦電技術(shù)在服裝舒適性評價領(lǐng)域應(yīng)用相對較少，腦電技術(shù)評價體系不完善。將生理心理學(xué)融入到服裝領(lǐng)域可以更好的建立起人與服裝的聯(lián)系。針對后續(xù)腦電技術(shù)在服裝舒適性評價中的應(yīng)用提出三點展望：

（1）建立基于腦電技術(shù)的服裝舒適性評價體系：腦電技術(shù)在服裝舒適性評價中處于評價相關(guān)性的階段，未能找到指標(biāo)間的量化關(guān)系，可以建立一個基于腦電指標(biāo)和其他舒適性指標(biāo)的綜合評價體系，對評價服裝舒適性具有重要意義。

（2）深入提取腦電信號的特征：目前腦電技術(shù)在服裝舒適性中的分析大部分為腦電頻域特征，未來還可以使用微狀態(tài)分析或機器學(xué)習(xí)分析等方式提取腦電時頻域特征判斷穿著不同服裝下腦電特征的差異性。

（3）豐富服裝舒適性穿著實驗設(shè)計：為了得到更精確的腦電數(shù)據(jù)，設(shè)計穿著實驗的內(nèi)容必須合理，如腦電測試時間和測試環(huán)境等。

隨著腦電信號采集設(shè)備的升級和腦電技術(shù)分析的深入，腦電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。將腦電技術(shù)用于服裝舒適性評價中，推動生理心理學(xué)在服裝領(lǐng)域的發(fā)展，讓評價體系更完善，為市場設(shè)計更加舒適的服裝提供數(shù)據(jù)支持和更科學(xué)的參考意見。

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Research Progress in the Evaluation of Clothing Comfort Based on EEG Technology

HAN Lejia，LI Yanmei

（Academy of Textile and Clothing，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China）

Abstract：Currently，using the subjective method to evaluate clothing comfort is inaccurate.EEG can express directly different brain activi-ties when people are wearing different clothes.Using EEG technology with other subjective and objective methods can make the evaluating clothing comfort’s evaluation more comprehensive.At the same time，it promotes the development of physiological psychology in clothing comfort.According to the domestic and international research，explaining the types of EEG rhythms and basic components ofERP and the relevant EEG indexes in the evaluation of tactile comfort，pressure comfort and heat-moisture comfort of clothing are analyzed and summa-rized.At the present stage，EEG still has shortage in the evaluation of clothing comfort，and it can be improved in the analysis of EEG index-es，quantitative relationship and experimental design in future.

Keywords：EEG;clothing comfort;physiological psychology;ERPs

（責(zé)任編輯：孫婷）