近日,“读心术(思维阅读,mind reading)”技术在美国计算机学会(ACM)主办的人机界面软件与技术研讨会(UIST, 2007年10月7-10日)上展出。采用功能性近红外光学(fNIRS),塔夫斯大学研究人员已经成功地设计出一种能推知用户“压力水平”的机器运算法则,同时执行具有不同水平智力劳动(从无聊到焦噪)的任务,并对人机界面调整到与之匹配的程度。
“我们想从大脑搜集信息,来改善计算机的用户界面,但我们还不会尝试帮助残疾人,” 塔夫斯大学的教授 Robert Jacob说,“相反,我们正尝试为正常的计算机用户来改进用户界面。”
功能性近红外光学目前是临床试验中通过皮肤检测肿瘤的一种前沿技术。然而,塔夫斯的研究人员正在对这一技术进行重新规划,以增强重要计算机用户的人机界面,像空中交通管制人员,他们就需要对压力水平进行跟踪和控制,以确保公共安全。为了实现这个目的,Jacob获得了塔夫斯生物医学工程教授Sergio Fantini的支持,他一直在从事针对检测和Jacob的人机界面(HCI)工作小组的功能性近红外光学的研究。
“该技术的工作方式类似于通过你的手指把灯光擦亮。在这里,红外线激光二极管发出穿透大脑的光,根据你的血液被氧化的情况,这些光或者被吸收,或者被反射,氧化的血液越多,在大脑的这一区域就有越多的活动在发生,” Jacob表示。
红外线传感器被贴装在一个头带上,这个头带具有8个激光二极管,能把近红外光通过前额发送到两到三厘米(约一英寸)的深度,红外光在大脑的额叶会散开。光会通过血液中的去氧血色素,但却会受到氧化血色素的阻碍。由于氧化水平显示出大脑活动,由头带上的两个红外线传感器检测到的被分散的光量,就能检测出从无聊(低压力)到焦燥(高压力)的等级范围的压力水平。
一种感知器神经网络,具有16个输入端,一个隐藏层,并配有多达5个的输出端,这些输出端被用于与具有压力水平的特定用户的被传感血液氧化水平发生联系。在测试中,不同模式的魔方会呈现给用户,只给用户9秒的时间来识别在每个魔方中出现了多少种颜色。先从两种颜色开始,并且从这种方法逐步开始,研究人员就能利用神级网络来识别压力水平。
要使用被传感的压力水平数据来改进计算机用户界面,研究人员寻找到了使他们的传感器的适度性能与所提供的用户界面增强水平相匹配的途径。与借助计算机用户界面(如控制鼠标)的精确方便给予残疾人提供精神控制来试图帮助残疾人不同,Jacob的工作小组在寻找一种更合适的增强用户界面,从而与他们所搜集的与用户有关的信息相匹配。
“由于目前我们关于大脑的信息是非常有限的,作为对这些信息进监控的结果,我们想用相对有限但却有用的信息,使用户界面得到改进。
例如,目前的空中交通中心把它们的工作负载由软件监控,从而在当班管制人员中平均划分任务。但是,对每个管制人员大脑中的压力水平进行监控,根据当值管制人员的现在压力水平,可能进行更智能的飞机分配。
“到目前为止我们的工作还处在非常初步的阶段:我们正准备开始对我们能从大脑获得什么和我们怎样能把从大脑获得的信息用于人机界面进行测量,并试图得出设计方案,其实我们并没有真正在一个空中交通管制中心开始部署这个项目,” Jacob说,“但是,我们设想了这样一个情形,其中下一个飞机的分配可能由某个处于最烦躁的人处理,那么,这些目前处于焦躁状态下的人,只有当他们的压力降到某一更低水平时,才会分配给他们管制的新飞机。”
Jacob的人机界面项目获得了美国国家科学基金会(NSF)44.5万美元的基金。参与此次项目的还有塔夫斯工程大学的研究人员Leanne Hirshfield 和Erin Solovey。
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