基于设计思维和信息加工的记忆管理系统分析

赵佳妮 安静 刘施林

摘要：将设计思维和信息加工理论研究相结合以探讨一种记忆管理系统的设计。基于信息加工理论视角，利用设计思维模型和工具提出一个适应性的思维路径，将设计问题划分为三阶段，通过各种思维方式综合思考，并以此展开跨学科的记忆管理系统设计分析。得到记忆管理系统的总体规划设计、系统用户及组织设计、系统流程和用户流程模拟、系统数据库设计和系统外观设计原则。展现了设计思维用于跨学科领域的过程和可行性，为相关研究提供参考。

关键词：设计思维 思维路径 信息加工理论 记忆障碍老年人 记忆管理系统

中图分类号：J03 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）05-0092-04

Abstract：To explore the design of a memory management system by combining design thinking and information processing theory.Based on the perspective of information processing theory，this paper puts forward an adaptive thinking path by using design thinking models and tools，it divides the design problem into three stages，comprehensively thinks through modes and tools and carries out interdisciplinary research on the memory management system. It explains the system function，users，process，database and appearance design principle. This paper focuses on the process and feasiblility of using design thinking on interdisciplinary study，so as to provide reference for similar research.

Keywords：Design thinking Thinking path Information processing Memory impaired elderly people Memory management system

引言

现今设计学科的发展呈现出蓬勃的态势，对于设计的定义仍处在不断的调整和发展中，而学界普遍认同设计的本质和目的是解决问题。设计思维研究则进一步试图回答如何应用设计去解决问题，因此其相关问题的探讨也是当下设计领域中的热门研究方向。由于不同的设计主题面临的问题复杂性不同，在实设计中应依据具体的问题适当调整思维模型。而目前该领域的研究主要集中于理论方面，缺少微观层面和跨学科具体问题的探讨。[1]文章尝试将设计思维过程观和方法观中的几种模型和SCAMPER方法整合成一个适应性的设计思维路径，并应用该路径提出基于信息加工理论的一种记忆管理系统框架设计。

一、设计思维的路径

设计思维目前尚未形成统一的认识，一些研究从概念上进行划分。在方法观视角下的设计思维是能够解决问题，产生创新产品的特殊策略，如SCAMPER方法，即替代、合并、适应、修改、其他用途、消除、重排、颠倒七种思维方法的缩写[2]。過程观角度认为设计思维是针对设计目标而展开的具有步骤性的创造过程。能力观则通常将设计思维理解为产生于设计者内心的复杂思维能力。概念上的共性在于设计思维对设计活动具有重要的指导作用。因此出现了各种设计思维模型，为创新设计的实施提供指引。如：IDEO的三层次模型、斯坦福设计研究院的 EDIPT 模型和英国设计协会的双钻模型[3]。这些模型各有侧重，但均强调设计展开需遵循一定的逻辑顺序 [4]。

文章以问题为导向，将三阶段模型和EDIPT模型相整合，通过洞察问题、定义问题到解决问题形成一个过程性的思维路径[5]。在洞察问题阶段发散思路，用替代法来思考，打破传统医疗手段的限制，初步提出利用设计手段代替医疗将记忆置于体外进行存储和使用的构想。定义问题阶段采用聚合思维思考，对信息加工理论和记忆障碍认知方面的结合研究明确了记忆外移的可行性并提出对应人群的信息加工模型。文章重点在解决问题阶段提出了记忆管理系统框架设计的步骤，通过消除式的思考详细探讨了筛选之后可转化的记忆类型，整体分析了所有目标用户信息，并着重介绍了系统的使用流程、用户使用过程的构建及系统数据库的组成内容，最后说明了系统外观改良和调整的若干设计原则，具体如图1。

二、洞察问题

由于记忆功障碍问题产生的遗忘、记忆功能减退、记忆错构和虚构等状况严重影响了老年患者的生活自理、社会生活、学习和获得信息能力，具体表现为无法记住或回忆已经发生的事或知识技能，目前医学治疗的效果仍有较大局限性。文章运用替代法反向思考，在问题的解决方式上转换思路。提出将记忆的功能从脑内转移到脑外，使记忆作为一种能够存储、处理、读取的数据从而代替单一的医疗手段突破记忆障碍的干扰。借由体外设备帮助患者处理记忆和维持日常生活的独立自理能力并维护个人安全，以期减轻家庭及社会的负担。

三、定义问题

（一）信息加工理论

为验证上文的设计构想，经文献研究发现在信息加工理论中，人可视作一种灵活的信息加工系统。加涅提出信息加工是将人和电脑对比，并利用电脑在处理数据的过程中模仿和解释了人类学习以及大脑加工外部刺激的过程。无论是人还是机器对信息的加工都是符号形式的。加工的过程在刺激到反应之间，在此基础上提出信息加工模型，包含从环境刺激到生成记忆、提取记忆到反应环境的全过程。其中记忆的过程即对输入信息的编码、存储和提取，只有经过编码的信息才能被记住，编码是对已输入的信息进行加工、改造的过程，是整个记忆过程的关键[6]。此外，短时记忆主要以听觉编码为主，长期记忆主要以符号编码为主[7]。由此可知将记忆视作一种信息并进行体外管理符合信息加工理论对于人类记忆过程的模拟，具有可行性。

（二）记忆障碍老年患者的认知过程

老年患者临床表现主要分为：情景记忆、语义记忆和程序性记忆障碍。情景记忆功能障碍是储存新记忆的能力受损（顺行性遗忘），或表现为新近学习的信息不能提取（逆行性遗忘）[8]。语义记忆障碍患者表现为命名障碍，其中轻度的患者可能仅出现语义分类词生成的减少，而重度患者则有两种方式的命名障碍，即使告知物品的用途也不能命名或即使给予名称也不能说出物品的用途，且出现常识的缺乏[9]。程序性记忆障碍主要表现为对学习行为、认知技巧以及运算能力的减弱，甚至对曾经掌握的动作和技能的遗忘，如帕金森病、亨亭顿病、橄榄桥脑变性等[10]。这些患者初期的情景记忆正常而学习能力受损，病症加重后会严重影响正常生活。

（三）信息加工理论和记忆障碍认知情况的结合分析

将以上记忆障碍患者的认知情况和信息加工理论相结合，归纳出记忆障碍的临床表现有1.不能储存新信息；2.已存储的信息很难维护，易遗忘、扭曲和丢失；3.无法提取存储的信息；4.提取后的信息无法运用。据此，在加涅模型的基础上建立记忆障碍患者的初步信息加工模型，如图2。

对于本系统的用户而言，长时记忆是主要的障碍，由于部分患者缺少符号编码的能力，所以短时记忆编码成为长时记忆的过程是不能正常进行的，必须将短时记忆也作为长时记忆进行存储和维护。且系统无法代替用户进行有意识和无意识的选择和注意，不能完全模拟具有正常用户注意到的短时记忆以及筛选学习的长时记忆，所以一切与用户产生交互或间接相关的信息都被视为用户的记忆。

四、解决问题

经上述分析后将该系统研究框架分为：系统总体规划设计、系统用户及组织设计、系统流程和用户流程模拟、系统数据库设计、系统外观设计五个部分，以下作详细分析。

（一）系统总体规划设计

在进行系统设计之前，首先需确定系统的数据是什么？哪一类记忆可以转化为数据？记忆按保存时间看主要分为瞬时记忆、短时记忆、长时记忆，其中长时记忆又可分为陈述性记忆和非陈述性记忆[5]。陈述性记忆指语义记忆和情景记忆，非陈述性记忆包含程序性记忆和经典条件反射。程序性记忆指如何回忆做事情，即对知觉技能、认知技能和运动技能的记忆，该类记忆无需大脑意识的参与[7]。通过分析和排除，确定本系统的主要目的在于帮助老年患者生活自理、融入社会，所以不必考虑额外的知识技能和生理记忆，因需处理的类别为：陈述性记忆和程序性记忆。

陈述性记忆包含语义记忆和情景记忆，其中语义记忆包含对基础知识和规律的记忆，如单词、符号、规则、概念等[7]。情景记忆是指患者在某一时间和地点下，与某人或某物产生交互的动作或行为。情景记忆所隐含的内容包含地点、时间、社交网络中的所有人、物体的所有相关信息。

程序性记忆指患者生活自理的基础技能。Paul Fitts提出运动技能获取的模型主要有三个步骤：第一是认知层面，将一系列动作分解成好几个小部分，并观察它们串联的方式；第二是大量的重复联系，纠正错误；第三是自然形成，“熟能生巧”。由于记忆障碍的影响，本案例主要涉及第一步并通过外部指导辅助患者依次完成。

综上所述，细化出记忆中可以辅助患者并转化为数据的类别、解释和对应的例子见表1：

从数据的获取方式来看，语义记忆类数据主要划分为两类：一类可通过构建知识库进行完善；第二类主要通过询问家属、个人档案、病例等途径获知。情景记忆类数据也分两类：一类数据是患者在使用系统之前的情景记忆，主要通过家属获知；第二类是患者在使用系统的过程中的，主要通过外部设备检测并预测患者历史行为或情景记忆是什么。程序性记忆类数据要将生活基础技能构建成庞大的知识库，根据触发机制，随时提取相关数据，进行响应。

以上数据在使用的过程中也需要结合实际情况，进行调整和变化，数据添加、修改、删除的权限主要属于患者家属，同时也可通过患者个人意愿或设备检测结果进行添加。例如行为预测获知患者认识了新的朋友，则熟人库中也可根据事先的规则进行添加。因此系统的总体功能规划有：1.存储患者的记忆数据；2.患者提取并运用系统中存储的信息；3.系统检测患者行为，维护患者安全，协助患者自理生活。

（二）系统用户及协同用户

本系统目标用户是具有记忆障碍的老人，所面向的协同用户为患者的家属群，尤其是患者的主要监护人。主要监护人承担着系统初始数据输入、使用过程中的数据的访问、修改和维护。因此，在系统的初始用户信息设计中需要通过结合性思维，同时考虑用户及协同用户的数据。在设计时应包含：1.用户的个人信息：基本信息、教育背景类信息、通讯类信息、证件类信息、疾病类信息、生物识别类信息、财产类信息、其他信息；2.用户过往的经历的重要事件：教育经历、工作经历、婚姻经历、政治经历、其他重要经历；3.用户周边重要人物的个人信息：主要指用户经常交互的亲人、朋友、过往同事、邻居等人群的基本信息、身份（关系）信息、联系方式等；4.用户交互的若干场所的信息：主要是指用户经常交互的地點的位置、内部结构、空间分布、存储物品、用途、禁用及风险区域。

（三）系统流程和用户流程模拟

系统流程由监测系统、记忆存储系统、操作控制、触发机制通过识别、记录反应和执行串联起来，如图3：

其中，监测系统是指通过过外部监测设备获取和感知外部事件的机制，主要有两个用途：1.监测环境和用户，识别用户行为，存储为记忆；2.实时监测环境和用户，及时触发系统，辅助用户，防范风险。监测系统共包含三个部分，分别是环境感知器、模拟用户的感受器和感知器。环境感知器用来感知用户外部环境信息，包含时间、地点（位置）、天气、周围温度、空气等。感受器是模拟用户的感官感知周围的设备，包含视觉、听觉、嗅觉、触觉、其他，视觉包含用户交互的人物、物体等，听觉包含交互环境中的所有声音，嗅觉主要为交互环境及对象的气味探测，触觉包含用户所交互对象的冷暖、干湿、软硬等，其他包含平衡觉、接近觉等。传感器是指侦测到的用户的肢体、面部、体征变化，例如用户肢体变化的位置、速度、力、力矩等，面部的表情、动作的变化，体征包含温度、心率、血压等。且三者也相互影响，环境影响用户的感觉从而进一步影响用户的反应。

行为识别是通过上述检测的环境和用户的所有信息预测用户的行为，具体指用户在某一时间，某一地点，与某人或某物产生交互的动作或行为。另一类是没有交互对象的行为，如独自走路。第一类需要借助交互环境、对象的特征及用户的特征来预测当前的行为，第二类则主要借助环境及用户的特征来确定当前的行为。在识别行为的过程中需要借助记忆和知识库，例如长期重复性的行为则可依靠过往记忆识别，如果是用户新的行为，则需要借助知识库来识别。

行为记录器则是将用户的行为及其他外部特征转化为情景记忆并计入记忆存储系统中。系统需要筛选记录哪些信息，以何种格式记录信息。初步得到的记录格式有：1.交互对象为物体：交互开始的时间、交互结束的时间、交互的物体特征、交互地点及位置、用户特征及行为、用户的声音内容。2.交互对象为人：交互开始的时间、交互结束的时间、交互对象的特征、交互地点及位置、用户特征、交互双方的行为、交互双方的声音内容。3.无交互对象：交互开始的时间、交互结束的时间、交互环境的特征、用户特征及行为、用户的声音内容。

记忆存储系统存储情景记忆、程序性记忆、语义记忆，其中情景记忆由行为记录器输出的结果组成，程序性记忆和语义记忆都是事先存入的，但部分重复性极高的情景记忆会被存储进入程序性记忆中。

触发机制是指由监测系统触发对环境进行响应的机制，触发可以通过以下三种方式实现：1.用户需求：用户主动要求获取某段记忆；2.风险监测：在环境中监测到风险并及时预警；3.环境触发：在特定的环境条件下触发，提醒用户未来的行为。在风险监测和环境触发两个部分需要借助记忆和外部知识库来识别风险及识别特点情景。触发机制会触发反应发生器，反应发生器会根据触发机制的指示分析需要的记忆内容，并提取或查询相关的记忆，通过执行控制和人机交互系统来利用记忆提醒、指示用户的行为。

对记忆的操作控制主要包含查询、添加、删除、修改及其他，这一操作只能由用户个人及用户的主要监护人完成。由此可以构建用户流程模拟分析：用户在使用系统之前，监护人输入初始数据，系统设计者根据用户需求配置系统，除基础的系统提前配置的程序性记忆和语义记忆，也要依据用户个人的特征和需求补充其他程序性和语义记忆。用户登录系统后则可开始使用，用户使用系统共有以下情景：1.日常情景：用户不需要进行任何操作，系统可照流程记录用户的情景记忆。2.用户需求：用户通过人机交互界面，访问并获得记忆。3.风险监测：系统检测到风险后，提醒用户当前的风险及规避风险的方式。4.环境触发：在特定的环境下，调取记忆指导用户完成某项行为。5.用户及监护人对系统中的记忆进行操作和控制。

（四）系统数据库设计

数据库的组成应包含以下几个部分：

第一部分：记忆类数据库

1.情景记忆的数据库共包含三类：与物体交互：事件编号、开始的时间、结束的时间、地点、位置、物体的位置、物体编号、物体的温度、物体的状态、用户的行为、用户的心理状况、用户的体征、用户的声音内容；与人交互：事件编号、开始的时间、结束的时间、地点、位置、人编号、人的交互位置、人的表情、用户的行为、用户的心理状况、用户的体征、交互双方的声音内容；无交互对象：时间编号、开始的时间、结束的时间、地点、位置、用户的行为、用户的心理状况、用户的体征、用户的声音内容。

2.程序性记忆的数据库：地点、时间、触发点、步骤、关系、语义记忆编号。

3.语义记忆的数据库共包含语言类、概念类、法律类、安全健康类、社会关系类、其他。由于此类数据库涉及大量相关知识，且需系统收集录入才能保证用户良好的体验，同时在概念类与社会关系类中也要纳入物体识别与人脸识别的编码，在设计时需特定机构支持添加，在此不展开详细列举。

第二部分：操作类数据库

4.用户操作记录：操作人、操作行为、操作对象、操作时间。

5.风险及环境触发的操作记录：触发开始时间、触发结束时间、触发地点、触发事件编号、用户体征。

数据库关系：程序性记忆需要和语义记忆建立关系，因为触发程序性记忆需要调用语义记忆，情景记忆需要和语义记忆建立关系，因为情景记忆中需要包含交互中的人与物。风险及环境触发的操作记录需要和情景记忆建立关系，需要调用事件编号。语义记忆内部也需要建立复杂的关系。

（五）系统外观设计

记忆管理系统外观目前可采用可穿戴设备的形式，如智能手表、智能头盔或智能纽扣等。但这些产品在本案例中不宜直接使用，根据老年用户的年龄和病症情况，在设计时应注意在类似产品的外观上加以调整以满足该人群特殊的生理和心理要求。建议造型设计原则上符合必要的便携性、舒适性、隐蔽性。便携性在于用户除了睡眠时间，日常生活中需要经常在移动状态下使用，所以该外观必须控制一定的体积和重量以方便佩戴。舒适性在于长时间使用的穿戴产品会对人体局部组织的压迫和摩擦，系统外观的材质和形态需要结合人体工程学设计，如采用肤感肌理来避免生理上的不适感。隐蔽性在于记忆障碍患者具有和其他老年疾病患者相似的病耻感，在系統的外观上需尽量融入他们的生活习惯，不应追求标新立异的外观或夸张的效果。

结语

随着设计概念外沿的拓宽，设计思维的应用范围也正在不断扩大，设计越来越体现在资源的整合和对复杂社会问题的求解。目前运用设计思维的过程案例仍需丰富，文章尝试引入信息加工理论进行跨学科具体问题的探讨，从设计的视角去辅助记忆障碍老年患者。希望边缘人群也能得到技术支持，提高他们的生活质量、规避日常生活中的风险并能起到一定的伴护作用。重点分析了应用设计思维解决记忆外移问题的步骤和内容，展现了记忆管理系统的设计构思和分析过程，具体方案和实际应用还有待进一步研究。

基金项目：巢湖学院《情感化视角下的老年人智能伴护产品设计研究》（项目编号：XWY-202023）。

参考文献

[1]靳璨.知识图谱视角下设计思维研究管窥[J].设計，2020，33（22）：118-120.

[2]罗爽爽，王洪.包装设计专业运用SCAMPER技法的图形创意课程教学分析[J].创新创业理论研究与实践，2021，4（19）：158-161.

[3]楚东晓，李锦，蒋佳慧.从定性方法实践到定量过程认知：设计思维研究的现状与进展[J].装饰，2020（10）：88-92.

[4]周至禹.设计思维是系统的，更是开放的[J].设计，2019，32（18）：72-75.

[5]张怡.基于设计思维的设计管理方法研究——设计管理方法论的“五阶段模式”探究[J].设计，2019，32（02）：105-107.

[6]Budson A E ，Price B H . Memory dysfunction.[J]. 新英格兰医药杂志，2005，352（7）：692.

[7]Budson A E ，Price B H . Memory：Clinical Disorders[M].eLS. 2005.

[8]林立荣，王东.记忆障碍的研究现状[J].中国冶金工业医学杂志，2011，28（01）：24-25.

[9]董艳娟.记忆分类的相关特征[J].中国临床康复，2006（22）：122-124.

[10]杨建君，谷磊，王佳奇，邓程.组织记忆、外部知识搜寻与新产品创新性[J].科学学研究. 2022，40（08）：1462-1471.