基于事件相关电位的界面隐喻设计脑机制研究

摘要

在界面设计领域中，隐喻的概念被解读为用户通过界面中某元素的启发下，在脑中提取表征、进行联想等加工，最终匹配到另一事物的活动。因此，隐喻这种认知思维与人们大脑的加工活动密不可分，目前语言学、认知学等领域已经开始运用脑电技术探求其中的深层次联系。但在人机界面领域，隐喻设计虽然已经大量使用，对于界面隐喻的研究还停留在设计理论构建的初步阶段，未形成基于实验成熟的理论框架。本文将以界面中的隐喻元素为对象，运用设计学、认知心理学、人机工程学、语言学、生物医学等理论针对界面隐喻设计对用户大脑的影响机制进行研究，并使研究成果对实际界面设计具有广泛地适用性意义。 本文首先将隐喻与界面设计理论结合，整理了界面隐喻设计的四大构建理论，并依据此理论结合当前界面设计的发展，提出了界面隐喻设计的多通道类型，将界面隐喻归纳为视觉、听觉、触觉通道以及其他类型的设计。其次，从认知心理学角度讨论界面隐喻，探索用户对界面中隐喻元素认知的心理过程。阐述与界面隐喻相关的ERP成分、范式与相关脑区，为研究基于ERP的界面隐喻用户脑机制提供相关依据。之后，提出了图形隐喻的构建机制：特征归纳与事物联想。并基于此机制，进行行为预实验素材的设计，将界面中的图形隐喻分为直义组（完形图形与直义词的搭配）、歧义组（完形图形与歧义词的搭配）、完形-联想组（完形图形与联想词的搭配）、特征-直义组（特征图形与直义词的搭配）以及特征-联想组（特征图形与联想词的搭配）。其中，完形-联想组、特征-直义组、特征-联想组这三组被定义为隐喻组。依据行为预实验的素材绩效结果为脑电实验筛选素材。最后，运用脑电技术研究界面图形隐喻设计的用户大脑机制。通过行为与脑电实验数据分析图形隐喻相较直义与歧义的人脑认知负荷，并分析不同图形隐喻的N400成分波幅、潜伏期与脑区、脑半球效应。 实验结果发现，被试对三组隐喻搭配的整体认知负荷介于直义搭配与歧义搭配之间，三组隐喻搭配的认知负荷从小到大分别是：直义-联想类隐喻、特征-直义类隐喻、特征-联想类隐喻。大脑在进行图形语义的隐喻加工过程中，图形的特征归纳部分相较于进行词语的联想部分在脑中所带来的认知负荷更大。被试认知图形隐喻时活跃的脑区为颞叶、后颞叶、枕区与顶区，同顶区相比，颞叶、后颞叶、枕区更为活跃。且左右脑在图形隐喻加工上无明显差别。 根据理论基础与实验结果的结合，建立了一个相对完整的界面图形隐喻人脑认知模型，模型由完形图形或特征图形分别匹配至引申语义的两条路线组成。完形图形的脑认知加工由大脑经过内部表象和语义编码或直接进行语义编码匹配事物直义，之后经过语义网络跨域搜索匹配引申语义；特征图形相较完形图形多进行一段事物特征直义与事物直义的语义网络域内搜索过程。此外，界面图形隐喻认知模型可能存在完形图形到引申语义、特征图形到事物直义、特征图形到引申语义的跳跃认知的情况。此模型从大脑认知角度，为界面图形隐喻提供一种科学的设计规范，并可用来评价一个隐喻图形与其语义对用户造成的认知负荷。

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