运用互动装置设计于正念之研究与创作

尚萌萌

(北京创闻文化传播有限公司，北京100036)

运用互动装置设计于正念之研究与创作

尚萌萌

(北京创闻文化传播有限公司，北京100036)

介绍正念与互动装置的概念，通过阐述互动装置项目，探索和研究正念和脑电波信号在互动艺术中的使用.通过在视觉方面的展示讨论了正念对于人类生活方式的影响以及促进作用.

脑电波;反馈负波;事件相关电位;互动装置;Arduino

近年来，互动艺术家越来越多地将正念对脑电波的影响通过艺术作品展示出来，这些作品大多数是以互动装置的形式展现.这些作品大多数着重于通过参观者自身对于脑部活动的控制，从而影响脑电波，进而控制舵机，产生图像或者点亮LED灯等.本文着重讨论在没有主观意识的前提下，参观者对于外部刺激产生的自然反应.这种反应引起的变化会被记录下来，作为互动装置的输入信号.互动装置的输出由于参观者的不同而变化，各不相同.而这种差异在经过正念训练和未经过训练的参与者间体现的尤为明显.通过在视觉上直观的展示这些差异，互动装置展现给参观们如何潜移默化得被正念改变.

在文章中，参观者的参与会被用来激活和展现互动装置的内在含义.当参观者参与到装置中去的时候，他们的脑电波会被记录并且进一步转化成为数字信号，这些数字信号将用过互动装置的输入信号.通过使用Arduino板进行编程和信号处理，互动装置将会呈现有趣且各异的结果.

1 正念

1.1 正念的定义

正念通常被定义为“有意识的、接受的、不加以评判感受并注意自己当下正在产生的情感、思维和知觉”(Kabat－Zinn，1994).这个定义具体包括三个层面的内容:

(1)正念意味着不时地、有意识地察觉及感受当下自己的想法、感觉、身体的知觉和周围的环境.

(2)正念也包括接受，换句话说，也就是无条件地接受事情本来的样子，不做主观地评价或者去考虑过去和将来.

(3)正念尽管意识到某些经验是令人愉悦的，有些则不然，仍然能够平静地接受它们，保持内心的平衡.

1.2 正念与情绪管理

正念强调“自内部和外部刺激产生之初就对其进行不带个人判断的观察”(Baer，2003)以及“注意所有的想法及情绪，但这种注意是无判断性的”(Kabat－Zinn，1994).研究显示，正念引导人们更多的感受到正面的情绪，同时也能够对如何有意识的将不明确的情绪信息进行处理、规划和展现产生作用.(Fredrickson，Cohn，Coffey，Pek，＆Finkel，2008).大量的研究表明正念也许能够改善情绪调节.正念可以通过增加个体的积极情绪体验、减少消极情绪体验来提高主观幸福感和生活质量水平(Carmody＆Baer，2008).

1.3 正念与外部刺激

许多证据表明，通过正念训练的个人当外部刺激出现时能够特别有效的控制他们的情绪(Rimma Teper，2013).例如，一项研究发现正念冥想训练能够提高人体皮肤对热度和痛感的忍耐度(Ortner et al.，2007).类似的规律在使用EEG(脑电图)也被发现，具体来说就是当看到强烈刺激的图片时，不管暴力与否，正念特性较强的人呈现了较低的晚正电(late positive potential，LPP)(Brown，Goodman，Inzlicht，2013)——一种被认为能够代表对情感刺激产生持续注意的事件相关脑点位(Haj－cak，Dunning，Foti，2009).

1.4 反馈负波(Feedback－related negativity，FRN)

反馈负波或者是FRN是一种通过脑电图(EEG)进行测量的脑电波信号.事件相关电位(event related potentials，ERP)的研究发现，反馈负波是人脑加工反馈刺激最重要的相关脑电成分.FRN能够展现人体对外部反馈的反应(Horan et al.，2012).FRN的峰值出现在反馈出现后的250－300ms内，最大波峰位于额叶中央区域(FC)的电极.源定位分析、fMRI和单细胞记录研究结果也显示FRN的发生源很可能位于内侧额叶，如扣带前回.测量的结果显示FRN能够反映出坏的和好的结果比较的二进制分级(Greg Hajcak，2006).坏的成果是脑电波中受失败，令人厌恶的反馈或者与负面影响密切相关的部分影响的负性值.而好的结果，是由奖励反馈或者中脑边缘多巴胺奖励系统部分引出的正电波(Ber－nat，Nelson，Steele，Gehring，＆Patrick，2011;Carlson et al.，2011).进一步说，最近的研究已经更有力地支持FRN反映出脑区域由奖励反馈引起的活动(e.g.，ventral striatum，basal ganglia)，这些活动对于得到比失去要敏感的多.

2 互动装置

互动装置是一种将直观的视觉设计与技术完美结合的艺术形式，是“虚拟”与“现实”的结合.通过吸引参观者的注意，是他们能够主动参与到作品中并且能够帮助完成作品，它能够提供给参观者视觉和心理的双重享受.所以，互动装置艺术可以定义为:在由艺术家营造的特定时间相关的环境中，某个提前设定好参与规则与信息传播护理程序的装置，通过互动和技术吸引参观者主动介入，从而影响作品的呈现过程以及最终呈现的结果.

与传统意义上的艺术作品不同，互动装置不仅仅是观赏，它需要参观者主动参与，才能呈现完整的结果，从而真正地完成作品.从某个意义上来说，互动装置是“活”的艺术作品，它的最终呈现效果并非完全可知.互动艺术家在对作品进行设计创作时，只能有一个预想的大概结果，而作品的最终呈现，很大程度上由参观者决定.一件互动装置作品，实际上是由艺术家和参观者一起完成的，参观者既是作品的共同创作者也可能成为作品的一部分.而且，互动装置作品大多是有时间性的，某段时间的作品可能与下一段时间不同，无法完全保存.

互动装置通常是以计算机为基础，并且经常使用传感器.这些传感器能够将温度、动作、距离以及气象信息等进行收集，艺术家会处理使用这些信息，并且通过编程使这些信息能够反应出参与者的特定行为.在互动艺术作品中，参与者与装置进行对话，并且共同产生一个完美且独特的艺术作品，以供参与者进行欣赏.但是，并非所有的参与者都能看到同样的结果.互动装置本身的互动性，也就意味着每个参观者对作品都有独到的见解，因此得到与其他人完全不同的观感.

3 与正念相关的互动装置的设计

3.1 项目陈述

下面将通过一件与正念相关的互动装置的设计进一步阐述二者的关系及应用.一件互动装置将会被设计出来展示正念特性强的人与正念特性较弱的人在面对甜食(奖励刺激)时的不同，而这些不同，通过点亮不同数量的LED灯来时间.它在视觉上表明了正念训练能够帮助人们抵御食物的诱惑并且作出健康的生活方式的选择.

在本项目中，奖励将会是放置在一个小盒子里的蛋糕.竖条LED灯条会被悬挂在盒子后面2米处.当参观者将用来测量脑电波的头戴耳机带上后，这个盒子会自动从上方打开使得参观者能够看到蛋糕.此时参观者的脑部活动将会被记录下来，经过分析处理从而控制LED的明灭.

图1

图1 是装置的示意图.由图1可见，两个完全相同的盒子会被叠加放置在参观者面前.上面的盒子能从上方打开，而底下的盒子能从正面打开.蛋糕也被放置在上面的盒子里.一个测量耳机被放置在上面盒子上方.一块Arduino板(Arduino 1)会被粘贴在上方盒子的左侧面.由Arduino控制的舵机将被安装在上方盒子顶部与下方的连接处，通过舵机的旋转打开关闭盒子.四个LED灯珠会被安置在盒子的四个角上，以便参观者能够看到蛋糕.其他的测量脑电波的装置以及电脑会被放置在下面的盒子里.

数条上面安装着多个LED灯珠的灯条会被连接到一大块木板上，而这块木板将会被连到天花板上.第二个Arduino板(Arduino 2)将被粘贴到这块板上.灯条的长度和每条灯条上LED灯珠的数目各不相同.

当参观者戴上头戴测量耳机时，对他们脑部活动的测量将开始，测量的信号会被传送到Arduino 1.通过对Arduino 1进行编程，它在接到信号200ms后会驱动舵机转动从而使得上方盒子的盖打开，同时它会打开盒子里的4个LED灯珠.也就是说，当参观者戴上测量耳机200ms后，蛋糕会呈现在他们面前.一个简单的机械系统将会和舵机一起转动盖子打开上方的盒子.在蛋糕呈现前的200ms，有两个作用，一是消除刚开始测量的干扰和误差得到个人基准数据，二是给予Arduino 1时间进行信号处理和系统控制.

在呈现蛋糕后的200ms到300ms之间，FRN达到波峰.当参观者FRN振幅达到最大值时，Arduino 1会将这个最高振幅的数值通过无线传输给Arduino 2.这两个Arduino板间的无线传输，通过XBee模块或者蓝牙模块来实现.当Arduino 2收到某个数值后，它会点亮悬挂的相应的LED.所有的LED灯珠形成了一个大型的无规律排列的矩阵，这个矩阵会被作为一个整体进行控制和编程.

图2是本项目的时间线:

图2

3.2 研究方法

3.2.1 FRN的获得

在这个项目中，将使用脑电图设备，以便得到FRN.因为目前得到脑电图的装置较多而且各有利弊，本文将重点讨论三个有代表性的方法，这些方法有以下特点;

(1)脑电图设备应该是便携且价格相对合理.

(2)因为本文中项目的开展和研究依赖于对最高FRN振幅的记录和分析，而通过前面的研究可以直到FRN波峰出现于额前叶(PFC)部分，所以项目中所用的设备需要能够记录俄前叶区域附近的脑部活动.

(3)项目中盒子的开启及LED灯的明灭都是通过Arduino板的控制来实现的，因此所用的设备要能够向Arduino板传送数据.

上面提到的三种解决方法如下:

方法1:NeuroSky MindSet+Arduino(NeuroSky MindWave+Arduino)

在这个方法中将使用Arduino板，NeuroSky MindSet和蓝牙模块.MindSet是美国NeuroSky公司基于其最新的(Brain Computer Interface，简称BCI)技术研发的一款“意念耳机”，它原本的设计用途是通过对佩戴者脑电波信号的实时采集和分析处理，让使用者能够通过意念控制电脑中的人物和场景，在本项目中将只用来得到相应的脑电波信号.MindSet有自己的MAC地址，使得Arduino能够通过蓝牙模块与其进行交流.

Mindset、Arduino和蓝牙模块都能够在网上通过合理的价格购得，打开即用，比较方便.关于在Arduino开发环境下通过蓝牙无线交流的数据库和代码示例很多，而且NeuroShy也提供了连接Mindset和Arduino的方法指南，其中也包括代码.这个方法可行性高且价格合理，但是有如下的缺点:由于Mindset的制作成本及主要用途，FRN可能无法从其他EEG活动中被区别出来.因为Mindset没有提供关于数据收集区域的具体信息，使得FRN的分离更加困难.即便是FRN信号能够被成功区别，也有可能因为信号太弱无法使用.

方法2:NeuroSky ThinkGear模块+Arduino

NeuroSky ThinkGear ASIC模块(AM)是由NeuroSky公司开发的模块，能够检测出人脑的微弱信号并且将这些模拟信号转化为数字信号，从而传输给Arduino.这个方法最大的优点是ThinkGear模块能够被放置在PFC区域附近以便得到想要的FRN振幅.这个模块也有相应的Arduino数据库和代码示例.因此这个方法得到的数据跟准确，价格最低廉且使用更灵活.但是，使用者需要自己手工将ThinkGear模块与Arduino板焊接在一起，使用者也需要自己制作出将ThinkGear模块放置在合适位置的测量耳机.在这个过程中可能会发生错误产生误差，需要使用者有较高的专业技术.

方法3:NeuroScan SynAmps 2+Arduino

NeuroScan SynAmps 2被神经学家广泛的使用.通过与电极帽一起使用，SynAmps 2能够精确的记录脑电波活动包括最高FRN振幅.但是NeuroScan SynAmps 2与Arduino交流目前没有相关的资料，对于互动艺术家来说这个设备太过专业价格也过高.

3.2.2 点亮LED灯

当参观者戴上测量耳机后，对他们脑部活动的记录开始.奖励将会在200ms后呈现.而在这最初的200ms中收集到的数据将会被用来做基准.由以往的研究可知，FRN在额前叶(PFC)区域能够达到峰值.因为在本研究中，只有最高的FRN振幅被使用，因此只有从额前叶区域收集到的数据会被分析以便下一步使用.FRN的峰值出现在奖励呈现的大约250ms后，所以时窗设定200ms到300ms中间，以便能够准确的收集到峰值信号.

50个正念特性强的人(通常是经过正念训练的人)以及50个正念特性较弱并且嗜吃甜食的人将被分为两组进行测试.每组看到与项目中相同的蛋糕是得到的最高FRN振幅将会被记录.去掉5个最高值及5个最低值，得到的平均数即是这组的平均值.正念特性强的人的平均值将作为最低值，而正念特性弱的人的平均值作为最高值得到一个项目中最高振幅值的范围.大多数参观者的最高FRN振幅应该在此范围内.

当项目中参观者的最高FRN振幅达到上述范围的最小值时，85%的LED亮起，而当这个数值达到范围最大值使，25%的灯亮起.

通过与上述范围中的最高和最低值对比，参观者的最高FRN振幅将会被转换为一个比例值，这个比例值将会通过无线模块被传输给Arduino 2，相应数量的LED的会被点亮.

作为一个艺术作品，项目中将测量方法和数据使用尽量简化，得到的结果并不精确，只能用于艺术展示.

4 结语

随着互动装置艺术的发展，艺术家们将创作的灵感投向了越来越宽的范围.文章谈论了将正念即脑电波信号，作为输入信号来创作作品的理论根据.通过一个例子说明了可能有效的创作方法.相信通过艺术家们的努力，人类自身活动的信号将会越来越多的被用于艺术创作，给参观者带来惊喜.

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A Research on How the Mindfulness Improves People＇s Lifestyles

SHANG Meng－meng
(Beijing Cheer V International Culture Transmitting Co.Ltd，Beijing，100036，China)

The research will discuss how the mindfulness improvespeople＇s lifestyle in a visual way.Previous research mostly focuses on intentionally controlling the brain activity to change the speed of a motor，and to light up LEDs，etc.In this research，the audiences＇subconsciousreactions to the external stimuli be will be recorded and used as the input of the interactive installation.The outcomes of the installation show the audience how they are imperceptiblychanged by mindfulness.

EEG;FRN;ERP;interactive installation;Arduino

TN92

A

1672－2590(2015)06－0057－06

2015－10－27

尚萌萌(1986－)，女，山东泰安人，北京创闻文化传播有限公司经理助理.