偶然情绪在驾驶决策认知加工过程中的眼动研究

梁 超，陈晓晨，乔春玲

(1.辽宁警察学院 刑事司法系，辽宁 大连 116023;2.辽宁师范大学 心理学院，辽宁 大连 116029;3.北京心智计算科技有限公司，北京 100038)

一、引 言

近年来，随着道路交通行业的快速发展，汽车保有量大幅上升，随之带来的道路交通事故也日益增多。其中，人为因素导致的交通事故所占比例较大(1)王晓敏. 驾驶员易发交通事故的社会—心理—遗传因素间的作用机制研究[D]. 南宁：广西医科大学,2019.。相关研究认为，驾驶决策在驾驶行为中起着举足轻重的作用。驾驶决策是驾驶员在驾驶过程中，对行车路线、车辆的方向与速度等行车方案进行比较、评估并执行方案产生驾驶行为的过程(2)陈晓晨. 驾驶决策的特征及其影响因素研究[D].大连：辽宁师范大学,2013.。在驾驶过程中，驾驶员的生理和心理状态，特别是情绪状态将极大地影响其对道路上各种潜在风险和潜在危险信息的识别、评估、判断以及执行决策和做出最终驾驶行为。Stephens等人研究发现，在愤怒或不稳定的情绪状态下，驾驶员容易表现出更具潜在危险性的驾驶行为(3)STEPHENS A N, GROEGER J A. Anger-congruent behavior transfers across driving situations[J]. Cognition & emotion,2011,25(8)：1423-1438.。除此之外，驾驶员驾驶车辆时的认知过程可能会受到消极情绪的阻碍，从而影响驾驶员的驾驶决策(4)孙舒放，CHRIS S D，CRISTI L A. 1282名驾驶员焦虑水平与危险驾驶关系研究[J].广东医学,2009,30(10)：1413-1415.。另有研究发现，不同年龄段的驾驶员在行车中表现出的愤怒情绪均会影响驾驶员驾驶行为的实施，对年轻驾驶员的注意、感知和行为决策过程的影响尤为明显(5)刘玲莉，王玥.低驾龄驾驶员路怒情绪对行为决策过程的影响[J].中国安全科学学报,2018,28(11):8-13.。

偶然情绪可以随着情境的变化而持续，并在很大程度上会影响到下一个情境中的决策(6)LERNER J S, KELTNER D. Beyond valence: toward a model of emotion-specific influences on judgement and choice[J]. Cognition & emotion, 2000，14(4)：473-493.。例如，在行车前存在的“烦躁不安”等偶然情绪可能与接下来要完成的驾驶任务没有多大关系，但类似的情绪很可能会为驾驶员提供不完整的或不可预料的但对驾驶决策来说可能是非常重要的信息(7)SCHLSER T, DUNNING D, FETCHENHAUER D. What a feeling: the role of immediate and anticipated emotions in risky decisions[J]. Journal of behavioral decision making,2013，26(1)：13-30.。相关研究表明，在驾驶过程中，驾驶员具有的某些偶然情绪可能会直接导致其做出错误的驾驶决策，最终发生交通事故。例如，消极的偶然情绪可能会使驾驶员表现出不道德的驾驶行为或者不良的驾驶态度，进而影响驾驶决策的正确性。在一些研究中，研究者分别研究了两种愤怒的情绪状态(“紧急情况引起的愤怒情绪状态”和“长期持续的愤怒情绪状态”)对驾驶行为产生的影响，结果发现，无论驾驶员在行车过程中出现哪一种愤怒的情绪状态，都会导致驾驶员产生认知偏差，进而更容易做出危险的驾驶行为。日本心理学家调查了100起交通事故的起因，结果显示，33%的交通事故是由与驾驶行为无关的消极情绪事件引起的，这些事件包括“被上级领导谴责”“在公司里碰到令人厌烦的事”“与家人发生争吵”等。 Wahab等人的研究结果也表明，驾驶员在驾驶前的情绪状态与随后的驾驶行为之间存在非常显著的相关关系(8)乔春玲，常若松，潘留栓，等.偶然情绪对驾驶决策的影响[J].人类工效学,2017,23(3):81-86.。

那么偶然情绪会对驾驶决策的哪一个阶段产生影响呢？为了更好地分析这一问题，本文将采用眼动实验法来进行探究。眼动实验法可以为分析驾驶员驾驶过程中不同阶段的行为特征提供更准确的数据(9)冯蕾，魏宇翔，张晨怡，等. 驾驶经验与场景区域对驾驶决策的影响[C]∥中国心理学会.第二十一届全国心理学学术会议摘要集，2018:1135-1136.。以往研究者一般将驾驶决策的认知加工过程分为三个阶段，即风险识别阶段、评估方案阶段与决策执行阶段，并分别采用首次注视时间、平均注视时间与鼠标点击时间来对每一阶段进行测量与分析(10)陈晓晨. 驾驶决策的特征及其影响因素研究[D].大连：辽宁师范大学,2013.。研究表明，不同应激场景下驾驶员在心率变异性(heart rate variability，HRV)的时域和频域中会表现出不同的心理特性(11)李显生，孟凡淞，郑雪莲，等.基于心率变异性的应激场景下驾驶人心理特性分析[J].上海交通大学学报(自然科学版)，2018，52(2)：163-168.，因此通常采用Biotrace软件测量偶然情绪的相关数据。其中，频域指标包括LF(反映交感神经和迷走神经的共同作用，并且交感神经占优势)、HF(高频功率，由迷走神经的张力决定)和LF/HF(交感神经和副交感神经平衡指标)。以往研究发现，HF与焦虑之间存在显著的负相关，表现为一个人在悲伤或怨恨等消极情绪状态下心跳加速、心率上升；与快乐的心情相比，人们在不愉快的情绪状态下心率会进一步加快。时域指标包括SDNN(正常心动周期标准差)、RMSSD(正常相邻心动周期差值的均方平方根)和PNN50(副交感神经张力大小)。为了能更加直观地比较研究结果，在数据分析时除LF/HF之外，其他指标均进行对数(LOG)转换。

驾驶员的驾驶经验也会影响其驾驶行为，新手驾驶员通常比经验驾驶员表现出更多的不安全的驾驶行为(12)LI L, JIN Z, YU D. Differential effects of road situations and driving behaviors on eye movements in experienced and novice drivers[J]. Journal of vision,2013，13(9):1117.。基于此，本研究拟比较新手驾驶员和经验驾驶员在驾驶过程中的眼动数据，分析两者之间在积极偶然情绪或消极偶然情绪影响下产生的驾驶行为差异，以探讨偶然情绪与驾驶经验是如何对驾驶决策产生影响的。驾驶员情绪被诱发后，通过眼动实验获得的数据结果能够充分说明驾驶决策过程中表现出的各项指标。其中，眼动数据中的首次注视时间记录了驾驶员注视点第一次进入兴趣区的时间，即驾驶员发现视频中风险的时间，用来解释驾驶员在驾驶决策风险识别阶段的驾驶行为；平均注视时间记录了驾驶员注视点在兴趣区内持续的时间，即驾驶员对兴趣区内呈现的刺激所进行信息加工的时间，用来解释驾驶员在驾驶决策的评估方案阶段的驾驶行为；决策执行时间是通过首次鼠标点击时间(从看到风险源到产生驾驶行为的时间)减去平均注视时间(加工风险源的时间)再减去首次注视时间(识别出风险的时间)得到的，用来解释驾驶员在驾驶决策执行阶段的驾驶行为。

二、研究方法

(一)被试

选取新手驾驶员(驾龄<3年，驾驶总里程<10 000km)、经验驾驶员(驾龄>3年，驾驶总里程>10 000km)各30名。两组被试之前均未参加过类似实验，实验结束后给予被试相应的报酬。

(二)实验仪器

采用Physio生理多导仪测量被试偶然情绪诱发的相关数据；采用联想G480计算机播放偶然情绪诱发视频，并让被试观看驾驶场景视频；采用Tobiit20眼动仪跟踪被试观看视频期间的眼动轨迹(Tobiit20眼动仪采样率为120 Hz，漂移小于0.3度，精度为5度，LCD屏幕是17英寸的显示屏，分辨率为1 440×900)；使用Tobii Studio 3.0收集和分析被试的眼动数据。

(三)实验材料

1.偶然情绪诱发材料与测量工具(13)乔春玲. 即时情绪和驾驶经验在驾驶决策过程不同阶段的特征表现[D].大连：辽宁师范大学,2018.。积极偶然情绪采用《夏洛特烦恼》(12分27秒)片段诱发，消极偶然情绪采用《南京梦魇》(6分26秒)片段诱发。实验要求被试在观看短视频之后，对自己的情绪进行主观评估(用不同的情绪词汇描述观看短视频后的情绪)，以检查情绪启动效果。在实验中，一共选取10个情绪形容词让被试选取，其中，积极情绪形容词包括愉快、开心、兴奋、满意、惊奇，消极情绪形容词包括愤怒、低沉、厌恶、悲伤、痛苦。被试对短视频播放前后的自我情绪体验进行评价，并对产生的情绪体验强度进行评分，10个形容词项目均为7点计分, “1”代表程度极小, “7”代表程度极大。通过对比被试观看短视频前后的积极情绪和消极情绪的评估分数，测量短视频材料是否成功诱发了被试相应的偶然情绪。

2.测量驾驶决策的眼动视频。眼动视频是从驾驶员行车时的视角录制的，时长500分钟左右。实验中采用的视频由专家选取并编辑，最终保留30个符合实验研究的交通场景视频，这30个交通场景视频呈现时间共计6分钟，每段视频呈现的时间为10～30秒，并且每段视频中至少包含一个道路风险场景。

3.眼动视频风险场景的创建及兴趣区的划分。采用Tobii Studio 3.0软件创建风险场景与划分兴趣区。创建风险场景时，将每个道路交通场景视频片段里风险源出现的时间点设为中点，前后分别截取2.5秒；兴趣区涵盖了整个风险源，大概占计算机屏幕的1/5。

(四)实验设计

实验采用2(驾驶员类型:新手驾驶员、经验驾驶员)×2(偶然情绪诱发类型:积极偶然情绪、消极偶然情绪)两因素被试间设计。为了避免被试在实验中出现练习效应，在实验的测量阶段，采取随机呈现的方式播放视频材料。

(五)实验程序

1.偶然情绪诱发阶段。该阶段包括前测与后测两个部分。前测记录被试观看视频前的各项生理指标的基线水平；后测是在向被试呈现指导语之后，请被试观看诱发情绪的短视频，观看完成后，记录相应的生理指标，并请被试填写“情绪状态主观评价表”，填好后请被试放松休息。

2.驾驶决策测试阶段。该阶段分为练习实验与正式实验两部分。基本流程如下：首先，校标。在主试指导下，请被试坐在距离眼动仪前方60厘米处，为了确保精准记录被试的眼动轨迹，实验采用9点校准法校准被试双眼，校准成功后被试开始练习。其次，观看交通场景视频。让被试根据指导语对视频中呈现的交通场景进行预测判断(正式实验中不再呈现练习中的视频)。再次，评分。练习结束后，请被试对完成的测验环节指导语的理解程度和执行过程情况进行评分，填写“指导语执行程度”检验单(采用5点记分法，“0”代表“完全不符合”，“5”代表“完全符合”)。

“回来！”范坚强低声喝道。那人退回来。范坚强朝一杭一努嘴，把他绑起来。墨镜男立即上来，像抓小鸡一样，把一杭反绑在椅子上。范坚强冲男子示意，让他出去。他拿着匕首，在一杭的脸上比划着，说：“看来，留着你算是做对了，那个记事本在哪里？”一杭看到局势扭转，便故意装糊涂，“范总，你不要庸人自扰，根本就没有什么记事本，那都是我为了引你现身而编造出来的。”

三、研究结果

(一)HRV指标检验结果

采用配对样本t检验分别对积极偶然情绪、消极偶然情绪在短视频播放后(诱发后)与短视频播放前(诱发前)的HRV指标进行差异性检验。结果发现，积极偶然情绪诱发后与诱发前在LF、LF/HF、SDNN指标上存在显著差异(p<0.05)；消极偶然情绪诱发后与诱发前在LF/HF、RMSSD，PNN50指标上存在显著差异(p<0.05)；其余各项指标均无显著差异(p>0.05)。LF/HF指标在视频播放前、后表现出的显著差异说明偶然情绪被成功诱发。

采用独立样本t检验对积极偶然情绪、消极偶然情绪在HRV指标上的诱发程度进行检验。结果发现，积极偶然情绪与消极偶然情绪在HF、SDNN、RMSSD、PNN50指标上存在显著差异(p<0.05)，积极偶然情绪与消极偶然情绪在LF、LF/HF上无显著差异(p>0.05)。

(二)眼动数据指标测试结果

1.首次注视时间。多因素方差分析研究结果显示：(1)驾驶员类型主效应不显著，F=0.116，p>0.05；(2)偶然情绪类型主效应显著，与消极偶然情绪相比，积极偶然情绪下驾驶员的首次注视时间更短，F=6.743，p<0.05；(3)偶然情绪类型与驾驶员类型交互作用显著，F=6.300，p<0.05。对偶然情绪类型与驾驶员类型的交互作用做进一步简单效应分析，结果发现在新手驾驶员中，积极偶然情绪驾驶员比消极偶然情绪驾驶员的首次注视时间更短 (F(1,59)=10.874,p<0.001)；在经验驾驶员中，积极偶然情绪驾驶员比消极偶然情绪驾驶员的首次注视时间更短(F(1,59)=11.235,p<0.001)。

2.平均注视时间。多因素方差分析研究结果显示：(1)驾驶员类型主效应显著，即经验驾驶员的平均注视时间显著长于新手驾驶员，F=3.423，p<0.05；(2)偶然情绪类型主效应不显著，F=0.475，p>0.05；(3)偶然情绪类型与驾驶员类型交互作用不显著，F=0.021，p>0.05。

3.决策执行时间。多因素方差分析研究结果显示：(1)驾驶员类型主效应显著，即经验驾驶员的决策执行时间显著长于新手驾驶员，F=9.493，p<0.05；(2)偶然情绪类型主效应显著，即积极偶然情绪下驾驶员的决策执行时间更长，F=4.152，p<0.05；(3)偶然情绪类型与驾驶员类型交互作用不显著，F=1.199，p>0.05。

四、分析与讨论

(一)对偶然情绪诱发结果的分析与讨论

从“情绪状态主观报告”的数据统计结果中可以看出，驾驶员的积极偶然情绪与消极偶然情绪成功地被《夏洛特烦恼》与《南京梦魇》两段短视频诱发。生理指标LF能够准确地反映出交感和迷走神经的共同作用，其中交感神经占优势。采用配对样本t检验的结果发现，与消极偶然情绪相比，积极偶然情绪诱发后比诱发前的LF显著增长，这一研究结果与个体在兴奋的条件下LF会占优势的研究结果相吻合(14)张佳丽. 不同人格特质飞行员模拟飞行应激反应分析研究[D].北京：中国人民解放军医学院,2013.；而消极偶然情绪相较于平静期(诱发前)则表现出LF/HF显著增长。LF/HF指标在视频播放前、后表现出的显著差异说明偶然情绪被成功诱发。

采用独立样本t检验对HRV的诱发程度进行检验，结果发现，无论是积极偶然情绪还是消极偶然情绪，HRV在诱发前、后都会产生变化，并表现出显著的差异。除此之外，研究进一步发现，相较于积极偶然情绪，消极偶然情绪在SDNN、RMSSD和PNN50几个时域指标上增长得更为明显。这一研究结果与Brosschot等人的情绪延长反应的观点相一致(15)BROSSCHOT J F, THAYER J F. Heart rate response is longer after negative emotions than after positive emotions[J]. International journal of psychophysiology,2003，50(3)：181-187.。也就是说，消极偶然情绪对后续事件会产生更久的影响。

(二)对偶然情绪和驾驶经验影响驾驶决策过程的分析与讨论

一个完整的驾驶决策过程实际上包括三个组成部分：(1)驾驶员发现道路中的风险源(风险识别阶段)；(2)判断和加工那些潜在的风险因素和相关信息，对决策方案进行选择(评估方案阶段)；(3)采取最佳的决策方案，并将其转化为控制车辆的特定的驾驶行为(决策执行阶段)(16)乔春玲，常若松，潘留栓，等.偶然情绪对驾驶决策的影响[J].人类工效学，2017，23(3)：81-86.。在同一个交通道路场景中，面对同一个风险源，不同的驾驶员可能会做出不同的识别、判断和预测，进而做出不同的驾驶决策。相关研究发现，导致这种不同的驾驶决策除了驾驶员的认知程度不同之外，与驾驶任务无关的偶然情绪可能是产生这一结果的另一个主要因素(17)WANG Z J, LI S, JIANG C M. Emotional response in a disjunction condition[J]. Journal of economic psychology，2012，33(1)：71-78.。

在风险识别阶段，采用首次注视时间反映驾驶员驾驶决策的起点，并以此指标来判断被试是否能够获取到相应的信息。结果发现，处于积极偶然情绪状态下的驾驶员比处于消极偶然情绪状态下的驾驶员能够更快地在交通场景中识别风险。产生这种现象的原因是：在积极偶然情绪状态下，驾驶员的认知过程更为清晰和敏锐，能够更加迅速地识别出道路中突然出现的风险；相反，在诸如愤怒或悲伤的消极偶然情绪状态下，驾驶员无法集中注意力，需要花费较长时间识别出道路中突然出现的风险。以往的研究结果也认为，在驾驶过程中，驾驶员如果无法迅速或正确地感知风险源，就有可能会做出不合理的决策，从而危及车辆行驶的安全(18)赵姝. 驾驶员危险感知测评系统研究[D]. 成都：西南交通大学，2015.。相关研究结果还发现，当个体意识到自己的情绪与当前的决策目标无关时，这种情绪的影响力就会减弱或消失。因此，驾驶员能否在行车过程中时刻注意自己的情绪状态并不断调整以确保自己的驾驶行为不被无关的情绪所干扰将会变得十分重要，稳定的情绪状态在安全驾驶中不可或缺。

在评估方案阶段，采用平均注视时间反映驾驶员对交通场景中出现的风险源的加工深度及其所消耗的认知努力程度。平均注视时间通过注视点持续时间之和除以注视点个数获得，平均注视时间越长，说明驾驶员在评估方案过程中对道路中出现的风险源信息的关注越多。结果发现，不同偶然情绪类型的驾驶员对道路中出现的风险源的关注时间基本一致，在信息加工的时间上也没有明显的差别。这可能是因为情绪的加工过程通常是自动的，所以不同的情绪采用的加工时间没有明显差异。然而，通过进一步简单效应分析发现，经验驾驶员的平均注视时间比新手驾驶员的平均注视时间更长。由此可见，经验驾驶员在评估方案阶段会更为综合地考虑道路中出现的各种信息，希望从道路周围环境中搜寻更多的信息以做出更加合理的驾驶决策(19)陈晓晨. 驾驶决策的特征及其影响因素研究[D]. 大连：辽宁师范大学，2013.。

在决策执行阶段，采用首次鼠标点击时间减去平均注视时间再减去首次注视时间反映驾驶员在识别、评估风险源后做出决策(即产生最终驾驶行为)的时间。结果发现，与消极偶然情绪相比，驾驶员在积极偶然情绪下会采用更长的时间执行决策、产生驾驶行为。这有可能是由于驾驶员处于积极偶然情绪状态时，注意力更容易集中，操作更为从容，因此有更长更充分的时间完成驾驶行为；而在消极偶然情绪状态下，驾驶员生理和心理大多处于紧张、愤怒或急躁的状态，他们倾向于通过快速做出反应，尽快解决或规避道路场景中出现的风险源，以迅速地完成驾驶行为，但这种状态下有可能导致驾驶员做出更多的冒险或不安全的驾驶行为(20)李海,王志新.驾驶人暴怒情绪对行车安全的影响研究[J].汽车实用技术，2019(16)：270-274.。在该阶段，有关驾驶经验的研究结果与以往研究结果相一致(21)HENK S. A car road deaths model to explain the annual road death peak near 1970 in high income countries, using driver experience and travel[J/OL]. Safety science，2020,129,Article 104635.http:∥doi.org/10.1016/j.ssci.2020104635.。经验驾驶员因其娴熟的驾驶技巧，使他们有更加充分的时间去评估风险源，并在评估各项方案后再执行决策，做出更为准确的驾驶行为；而新手驾驶员由于缺乏驾驶经验，导致他们在面对道路场景中突然出现的风险源时无法全面地分析道路场景中的相关信息，而倾向于采取更为迅速但不一定准确的驾驶行为。

五、研究结论

一是偶然情绪会影响驾驶决策过程中的风险识别阶段和决策执行阶段中驾驶员的驾驶行为。在风险识别阶段，具有积极偶然情绪的驾驶员比具有消极偶然情绪的驾驶员对交通场景中出现的风险源识别得更快，但做出决策的时间更长。也就是说，他们能够快速发现风险源，并在充分分析风险源后再做出驾驶决策。二是驾驶经验会影响评估方案阶段和决策执行阶段中驾驶员的驾驶行为。经验驾驶员比新手驾驶员加工风险源的时间更长，做出决策的反应时间更长。也就是说，经验驾驶员能够更全面地分析与利用道路中的信息，然后才产生驾驶行为。

由此可见，偶然情绪与驾驶经验都会影响驾驶决策。本研究以及以往研究都发现，消极偶然情绪对驾驶员安全驾驶会产生不利的影响，而且这种消极偶然情绪对新手驾驶员和经验驾驶员都会产生影响，这就提醒驾驶员在开车之前要整理好自己的情绪，以确保安全驾驶。