图解思维过程中设计顿悟的EEG相干性分析

摘要

在工业设计过程中，图解思维表现为设计师通过手绘草图方式进行问题思考，其思考过程是各种抽象概念和形态图像交替的过程，顿悟则是其交替产生的结果。顿悟的出现使设计师从模糊无解的状态到清晰有解的状态，并帮助设计师快速掌握问题关键，产生新的方案。因此研究顿悟则是对图解思维的进一步探索，将有助于设计师高效完成设计任务。本文将采取实验的方法，结合行为学和脑科学，分析当顿悟发生时的行为表现以及大脑的各个电极信号之间的相干性，更加深刻的了解设计顿悟的认知现象。并应用所得出的研究方法对比不同设计经验的设计师在顿悟发生时的大脑活动差异，探讨其差异所伴随的行为，并以得出的结论指导新手，使其更快的步入设计行业。
　　第一章介绍了图解思维过程中顿悟的意义和顿悟的相关研究现状，发现由于顿悟在设计过程中的不确定性和模糊性，使其在设计领域中研究较少。但在设计过程中，尤其是图解思维过程中，顿悟以灵感闪现的方式帮助设计师打破思维僵局，推进设计进程，使设计师更高效的完成设计任务。因此研究顿悟，是对设计认知行为的进一步探索。在此之前了解相关的理论概念将有助于后续的研究。
　　第二章介绍了EEG相干性的概念和相干性系数所反映的不同认知活动，以及EEG相干性在认知研究中的应用和用于顿悟研究的相关理论探讨。脑电技术有很多研究方法，对于顿悟来说，大多数学者是对心理学上的顿悟进行解释，并且多以ERP这种方法探索顿悟，而EEG是在采集的全部原始数据基础上的分析，分析的数据比较全面，相对于ERP包含更多的信号信息。根据相关文献的阅读与研究，EEG相干性能探索不同认知活动在同一频段下的不同脑区的电极信号活动差异，应用此方法能够从定性定量层面对顿悟进行解释。因此本章节重点是理清相干性在认知研究中的应用，并提出EEG相干性用于顿悟的研究假说。
　　第三章主要通过实验的方式，结合行为学分析结果对应脑电数据探讨设计顿悟的EEG相干性。本章节分为四个部分。第一部分为实验的设计和数据的采集。包含实验内容、实验流程以及被试选择等，实验将同时收集行为数据和脑电电极信号数据。行为数据是对顿悟进行行为提取来确定顿悟的发生，作为脑电数据处理的依据。而脑电电极信号的采集则作为后期EEG溯源和计算相干性数值的基础。第二部分为顿悟行为点确定。通过回溯和设计行为分段，将设计过程中的所有行为进行关联性分析和解释，以确定顿悟的产生。第三部分将对顿悟进行溯源。通过行为点的确定对应到脑电数据中，以获取设计过程中发生顿悟时所激活的大脑区域。第四部分则通过溯源结果，分析被激活的脑区内的电极信号的相干性，通过感兴趣电极对在不同频率下的相干系数，探索顿悟发生时的大脑认知的加工差异。从而深入了解顿悟认知现象。
　　第四章是对前三章节所探讨的理论与方法研究做的一个对比实验应用。以不同设计经验的设计师作为研究对象，分析其在设计经验、认知水平、专业知识上的差异，并设计相关实验获取行为数据和脑电数据，同时解读行为上的差异与脑电相干性差异的关联，并得出结论。
　　第五章是本次研究的总结和展望。本次课题研究的核心是通过脑电技术探索设计认知中的顿悟现象。将顿悟的主观不确定性的认知行为从定性和定量两方面进行探索和研究，这是结合心理学的知识探索工业设计领域中顿悟行为的一次分析方法的尝试，并且收获了部分相关结论。但对于设计顿悟的研究还需要更深入的探讨，希望在未来的研究中，本次的实验过程、研究方法以及研究结果能够作为一个参考，使更多的研究者继续探讨设计顿悟的相关认知活动研究。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 顿悟的概念

1．3 顿悟的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 研究方法

1．5 研究目的与意义

2．1 EEG相干性概念

2．2 EEG相干性与认知研究

2．3 EEG相干性用于顿悟研究的假说

第三章 设计顿悟的EEG相干性实验研究

3．1 实验设计

3．1．1 实验目的

3．1．2 被试选择

3．1．3 实验内容与流程

3．2 实验行为数据的分析和解读

3．2．1 草图认知

3．2．2 行为数据分段

3．2．3 行为数据分析结果

3．3 设计顿悟的EEG溯源

3．3．1 EEG数据的采集与预处理

3．3．1 EEG数据分段与平均

3．3．2 EEG溯源结果与分析

3．4 设计顿悟的EEG相干性分析

3．5 设计顿悟的EEG相干性结果

3．5．1 分析顿悟和静息两种状态半球内的不同频段相干性结果

3．4．2 分析顿悟和静息两种状态半球间的不同频段相干性结果

第四章 探索不同设计经验设计师的顿悟的EEG相干性差异

4．1 新手与专家的认知差异

4．2 实验研究

4．2．1 被试

4．2．2 实验过程

4．3 行为数据解读

4．3．1 专家组的行为数据分析与讨论

4．3．2 新手组的行为数据分析与讨论

4．3．3 结果探讨

4．4 脑电数据的相干性分析与解读

4．4．1 分析新手和专家顿悟状态下半球内的不同频段相干性结果

3．4．2 分析新手和专家顿悟状态下半球间的不同频段相干性结果

4．5 总结与讨论

第五章 总结与展望

参考文献

致谢