​​面向老年人群情绪支持的虚拟疗愈界面

​Virtual Healing Interface for Emotional Support of the Elderly Population

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郝石盟，李嘉晖

​HAO Shimeng, LI Jiahui

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摘要：围绕面向老年人情绪支持的虚拟疗愈界面，基于“环境—压力模型”提出构建环境刺激与老年人情绪反应的量化方法，论述了目前虚拟疗愈界面的应用场景和内容，在此基础上搭建了基于情绪实时反馈的“情绪响应交互界面”系统框架，为以面向情绪健康支持的适老建筑设计提供理论支撑、测度方法和系统架构。

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关键词：多模态情感计算，人因设计，虚拟疗愈环境，适老环境，数字交互设计

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0 引言

​随着我国加速步入老龄化社会，促进“积极老龄化”“健康老龄化”成为全面实施“健康中国2030”规划纲要的重要组成部分[1]。老年人群由于身体能力和认知水平的退化，以及社会参与度的降低，常出现孤独、抑郁和焦虑等负面情绪。特别是伴随着身体机能的退化，老年人在室内的活动时间增长，缺乏室外活动和社会交往，更易导致负面情绪的产生。因此，室内建成环境对老年人群的心理健康意义重大[2-3]。

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随着健康建筑研究的视角从单纯关注生理健康逐渐转向全面身心健康，建成环境对情绪的影响得到学者的普遍关注。已有研究证实，室内建成环境中包括绿植景观、物理环境、室内界面等诸多因素与情绪干预有重要关联。适老环境设计中也愈发关注疗愈性空间设计[4-5]，积极的建成环境设计因素能为促进老年人群积极情绪、减缓精神压力提供很好的环境支持[6-8]。近年来，虚拟疗愈界面应用于适老环境中，在情绪支持方面显示了积极的效用[9-12]。虚拟疗愈界面是一种结合建筑室内界面（如墙面、地面等）设置的人机交互系统，其输出的内容会随用户的输入信息（如语音、动作等）做出相应变化。在养老设施中，虚拟疗愈界面最常应用在康复诊疗空间：包括运动康复室（如在平衡训练中作为激励场景）、医疗检查室（减缓压力和分散疼痛），以及为认知症老人提供的多感官室（认知功能训练，减轻精神行为症状），这些虚拟体验可以帮助老年人减轻焦虑、沮丧，增加社交，并刺激记忆和认知[13-14]。

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虚拟疗愈界面应用于老年人群情绪支持有4个方面的优势：（1）虚拟疗愈界面可以部分代偿自然环境的疗愈效益。当老年人因自身身体能力退化或缺乏高质量的室外活动空间等原因，无法安全参与直接接触自然的活动时，虚拟景观在一定程度上可以代偿真实自然环境的疗愈效益[12]。（2）不同老年个体由于经历、审美、偏好的不同，不同内容产生的疗愈效益也存在差别，虚拟疗愈界面的人机交互特征可以为不同用户建立数据库，基于个体的情绪反馈判断何种内容对该用户的情绪干预最显著，实现对不同个体的情绪支持效益最大化。（3）虚拟疗愈界面提供的交互内容与传统媒体内容（如电视节目）相比，用户由单向被动接收信息转变为主动的信息交互，这种交互行为本身一方面可增强老年人的环境掌控感，以降低心理压力，另一方面在公共空间使用交互设施的过程中，可以间接促进老年人之间的社会交往[15]，同时拉近老年人与数字技术的距离，这些都对激发老年用户的正向情绪有积极作用。（4）目前多数研究中虚拟现实环境提供的方式以头戴式虚拟现实设备（HMD）为主，因其沉浸度高，疗愈效果也被证实最趋近于真实自然环境。但对于老年用户来说，因为感觉失调，会更易造成晕动症（Motion Sickness）[16]，此外视角震颤、频闪也时常导致老年人群视觉不适。作为替代，以屏幕或投影技术呈现的虚拟疗愈界面沉浸度虽次于头戴式设备，但能有效减少不良反应的发生。

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1 虚拟界面疗愈效益的理论基础与实证进展

​1.1 环境刺激—情绪反应模型

​情绪是大脑皮层和皮层下神经过程协同活动的结果，是基于环境刺激的生理应激反应，即情绪是人在外部环境刺激下的主观反应[17-18]，因此环境刺激与情绪反应间的关系有较大的个体差异。Lawton等人于1973年提出了环境—压力理论（Press-Competence Model）[17]为环境刺激与情绪反应间的关系提供了很好的解释模型（图1）。该模型提出了“最优环境刺激水平”概念，指出环境刺激过高或过低都会引发消极情绪的产生，且最优环境刺激水平与个体适应水平相关。低水平的环境刺激会导致冷漠、刻板的负向情绪，而过高的环境刺激水平会致使压力过大，出现焦虑、疲劳的负向情绪。
 

其中，个体适应水平与个人能力（包括身体机能、认知能力、社会交往能力等）相关，且存在较大的个体差异。个体适应水平越强，激发积极情绪的环境刺激水平阈值就越宽，反之则越窄，对环境的适应能力越差，敏感度越高[17]。考虑到影响老年人在与虚拟疗愈界面交互过程中与身体水平有关的变量，可基于运动能力、心理状态和认知水平3个维度建立老年个体适应水平评估模型。

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人对环境刺激水平的生理反应（即应激反应）可由客观生理指标测得：人体在面对环境刺激时会启动相应的生理应激机制以调节情绪和应对压力，这种机制通过作用于内分泌系统、自主神经系统和免疫系统等来完成[19]。内分泌系统通过下丘脑—垂体—肾上腺轴的激素释放，如促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）和皮质醇，调节身体对压力的应对反应，并影响情绪状态。自主神经系统包括交感神经系统和副交感神经系统，交感神经活动增加可导致心率加快、血压升高、皮肤电活动增加等生理变化，而副交感神经则促进放松和恢复。随着年龄的增长，由于感官和其他生理机能的衰退，老年人在情绪和压力应激机制上会出现一些变化，并与一般人群存在差异[9,15,17]。老年人的感官功能下降，对外界环境的感知能力减弱，在生理反应上可能表现出内分泌系统反应性减弱，导致压力的应对能力下降；自主神经系统功能可能发生改变，交感神经活性增加，而副交感神经功能下降。这些变化使老年人更加脆弱，容易受到情绪和压力的负面影响。因此，理解老年人在这些生理应激机制上的特殊变化对于提供情绪支持和压力管理至关重要。通过监测和测量相关的生理指标，如心率、心率变异性、血压、皮肤电活动、唾液皮质醇等，我们可以了解个体在面对环境刺激时的生理反应，进一步了解情绪状态和压力水平的变化，及时给予针对老年人的有效干预和支持措施，促进其心理健康和幸福感。

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1.2 情绪测量与情感计算

​目前最通用的情绪测量方法是自评量表和生理数据。其中自评量表受限于被试的理解力和阅读能力，用于老年被试可能会降低信度和效度；而生理数据只能体现环境对被试的生理刺激水平，无法判断情绪倾向。因此，结合生理指标和面部表情的多模态情感计算，在老年人群情绪识别方面最具潜力，可弥补自评量表和生理指标各自的缺陷。

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情感计算（Affective Computing）是人机交互领域的前沿研究方向，是通过生理、姿态、表情等讯号判断人的情绪状态的成熟技术[21-22]。情感计算既有单一模态（使用单一信号），又有多模态（使用多类信号，如联合脑电、心电、姿态等）[39]。情感计算涉及的环节包括情感建模、数据获取、数据集构建、数据标注、特征提取、识别算法等。利用人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）的算法处理数据集，可以得到很好的情绪分类效果。基于生理信号的情感计算已经建立了较为可靠的数据集（如SEED、DEAP等）[22]，但建立数据集的被试对象为年轻人群体。因此，未来研究需要建立针对老年人群的联合脑电（EEG）、心率变异性（HRV）、皮肤导电率（SCL）和面部表情等信号的多模态情感计算数据集。

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1.3 虚拟疗愈界面的应用与实证

​已有研究证实，虚拟疗愈界面在情绪干预、运动康复、睡眠干预、认知训练和疼痛分散等领域显示出的作用（表1、图2）。以投影和屏幕等载体呈现的虚拟内容，其沉浸度虽然低于头戴式虚拟现实设备，但在不良反应方面（包括引发头晕、恶心、眼睛疲劳、晕动症或模拟器综合征）有着显著的优势。且虚拟疗愈界面的交互过程多为自然交互（语音、手势、动作、表情等），较少需要看护者的指导和协助，因此更适用于老年人群，且更适合作为日常环境的交互模式。目前多数研究以患病老年人群为干预对象，包括脑卒中、阿兹海默症（Alzheimer's disease, AD）、轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）等病症的老年患者，也有少量研究以健康老人为干预对象，他们同样需要积极的情绪干预和适度的认知训练，以减缓脑部和认知功能退化的发展。目前针对虚拟疗愈界面情绪效益的研究主要来自3个视角：虚拟疗愈景观、光的情感效应、多感官刺激。
 

 

 

​（1）虚拟疗愈景观：虚拟疗愈景观是以虚拟现实技术为媒介，呈现自然景观内容。它可以包括视觉刺激、听觉刺激和通过脖戴式气味播放器提供的嗅觉刺激。虚拟自然在恢复性主观感受、认知能力、健康情绪诱导方面证实了其疗愈效益。其中森林景观、海洋是被证实在压力减缓方面效益最高，而人工化的景观有利于促进社交倾向[12,23-25]。

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（2）光的情感效应：光环境研究证实基于光的情感效应，彩色LED动态照明界面能通过色彩和图形的变化进行情绪诱导，实验证实动态的色彩图案内容比静态内容情绪效益更高。情绪照明界面被应用于手术室、分娩室、精神病院、养老机构等医养空间[36-37]，用于提升人的积极情绪，减缓病痛和精神症状。Kuijsters等[37]研究了情绪照明与老年被试情绪倾向和唤醒度之间的关联：在对被试施加悲伤的情绪刺激后，积极情绪倾向（红—橙色）的氛围照明比中性环境能更快使人从悲伤情绪中恢复过来；而施加焦虑情绪刺激后，放松情绪倾向（蓝—紫色）的氛围照明能使人更快从焦虑中恢复。

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（3）多感官刺激：多感官刺激疗法（Multi-Sensory Stimulation, MSS）指通过一定剂量的视觉、听觉、嗅觉等感觉刺激，改善失智症患者的精神行为、延缓认知能力的减退[24]。失智症老年人长期居住的环境一般缺乏感官刺激，会进一步加速认知和行为能力退化。感官室交互屏幕的内容一部分也以自然景观内容为主，但一般交互程度更深，色彩对比更强烈，图像动态变化更丰富。健康老人同样需要适度的强感官刺激减缓认知水平退化。已有研究证实了多感官疗法对改善认知症患者的认知水平、精神行为和日常生活能力有显著效用，但缺乏单独针对交互界面的探讨，和对健康老人的情绪效益评估。

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但目前针对虚拟疗愈界面对老年人群的情绪影响研究，还存在以下问题：尚未建立起环境刺激与情绪反应之间的量化模型，缺乏有效的老年人情绪识别手段；多针对患病人群，应用于诊疗康复空间，缺乏对日常空间和一般老年人群的情绪影响评估；对老年个体差异关注不足，且缺乏负面影响的评估。

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2 基于情绪实时反馈的“情绪响应交互系统”

​不同生理特征、心理需求和行为模式的老年人群，虚拟疗愈界面对其情绪状态产生干预的方式和效用是有差异的；即便对于同一老人，在其生命不同阶段，面临的负面情绪来源和有效的环境支持方式也不同。本文试图提出一种基于情绪实时反馈的“情绪响应交互系统”以针对不同生理特征和心理需求的老年人群，通过构建个性化交互界面系统以达成个体情绪支持最优化（图3）。系统基于用户在参与交互过程中不断积累的个人数据集，提供更贴近于用户情绪反应规律的交互内容，以此实现个体的情绪支持效益最大化。
 

系统首先基于老年人多模态数据，包括脑电（EEG）、皮电（EDA）等生理信号以及情绪标记数据，通过情感计算和建模，学习和理解针对不同内容和不同个体的情绪反应规律，形成个性化的情绪模型和算法。在老年人与交互系统进行互动时，系统会实时监测由生理手环和面部识别反馈的情绪状态，并根据情绪反馈实时调整交互内容和方式。交互内容针对老年人群的特殊心理—生理特征进行个性化构建，基于不同老人的偏好、兴趣和情绪状态，提供多样化的交互内容，通过色彩、形状和动态效果的变化，引发老年人的视觉兴趣和情感共鸣。

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虚拟疗愈界面设计因素可分解为输出信息变量、输入信息变量和界面形式变量，这些变量影响着界面呈现形式、交互实现方式、交互内容构建、交互沉浸感等。可在此系统的基础上，进一步构建交互界面与情绪影响间的量化模型，识别其中哪些设计关键参数对老年人群情绪支持有显著效用及其具体的参数阈值。明确虚拟疗愈界面设计因素对老年人情绪倾向的即时和长期影响，以建立面向积极情绪支持的适老化空间交互界面设计参数集（图4）。
 

3 展望

​在老龄化社会背景下，注重老年人群情绪健康是推进“积极老龄化”进程中的重要议题。除心理支持与社会支持外，环境支持作为一种非药物干预手段，在老年人心理健康方面显示出了积极作用，其中室内建成环境对老年人群的情绪健康支持尤为重要。近年来涌现的虚拟疗愈界面是一种结合建筑室内界面（如墙面、地面等）设置的交互系统，近年来愈加广泛地应用于适老环境中，在情绪支持方面显示了积极的效用。本文在虚拟疗愈界面相关的理论与应用实证的基础上，搭建了一种基于情绪实时反馈的“情绪响应交互系统”，以实现针对不同老年个体的情绪支持效益最大化。

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在未来相关领域的研究和实践中，应进一步关注老年人的心理健康需求，深入了解针对老年人情绪特征的环境干预机制和影响因素；建立针对老年人群的情感计算数据集以支撑更加快速的老年人群情绪识别；建立环境刺激与老年人情绪反应的量化关系模型，为面向情绪健康支持的适老建筑空间评价与设计提供理论依据和量化工具。在此基础上，进一步转化为面向情绪健康支持的适老建筑空间设计、评价和导则指引。□

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​郝石盟
B.1986，清华大学博士
北京建筑大学副教授

​

李嘉晖
B.1999，北京建筑大学硕士研究生

​

北京市社会科学基金
项目编号：19JDSRA001​​​​