论文总字数：22643字

摘 要

关键词：事件相关电位,匹配度,N400

Experimental Research on Design Elements of Digital Interface and Response Characteristics of Human Brain

02612135 Yang Xin

Instructor: Xue Chengqi , Niu Yafeng

Abstract：According to the way of cognitive process, we divide software icons into two categories, common icons and specific icons. We did the matching degree of icon- semanteme comparative experiment by low arousal event-related potentials. Thus, we provide designers an objective physiological measurement to get the user's recognition feedback and evaluate the design. The words corresponding to each icon are divided into three match relationship---high, medium and low to explore differences of N400 among the three matching condition. The results show that: The amplitude of N400 is biggest at medium matching degree of icon-semanteme, which is followed by it at low matching degree; the amplitude of N400 at high matching degree is smallest; compared to common icons, specific icons can lead to bigger amplitude of N400. The significant regular pattern of N400 among different matching degrees of both two types of icons are consistent. The length of the incubation period of the two types are also substantially consistent. We regard different brain regions and different matching degrees as two affect factors and do two-factor analysis of variance and the results showed that there are significant differences of N400 among the different matching degree, but there are no significant differences of N400 between different brain regions, and the interaction between matching degree and different brain regions is not significant. Behavioral data shows that the reaction time of specific icons is shorter than that of common icons, which indicates that the cognitive process of top-down is more quickly and efficiently compared to the bottom-up cognitive process.

Key words：Event-related potential, Matching degree, N400

目录

1.绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究的目的、意义、内容 3

2.ERP的神经电生理学基础 5

2.1大脑皮层的基本结构 5

2.2脑电的产生机制 6

2.3 ERP的概念和特点 7

3.数字界面设计元素介绍 9

3.1数字界面中的元素 9

3.1.1数字界面中的文字元素 9

3.1.2数字界面中的图形元素 10

3.1.3数字界面中的其他元素 10

3.2数字界面的布局设计 11

4.基于ERP的不同类型图标—语义匹配度的实验 12

4.1预实验内容 12

4.2实验内容 12

4.2.1被试 12

4.2.2实验过程 13

4.2.3连续脑电图记录 14

5.实验数据分析 15

5.1行为学数据分析 15

5.2脑电实验数据分析 16

5.2.1总平均波形的特征分析 16

5.2.2不同匹配度波形的特征分析 17

5.3脑地形图分析 19

6.结果与展望 21

致 谢 22

参考文献 23

1.绪论

1.1研究背景

一直以来，图标作为信息的载体之一，以其形象、易于识记等优点，成为人机交互界面中必不可少的元素。从时间上来看，人们对图标的认知过程是十分短暂的；从生理上来看，人们对图标的认知过程是大脑对图像信息进行加工和判断的过程。人们在日常生活中所接触到的图标是各式各样的，对于不同的图标，人们的认知过程也存在差异。在影响图标认知过程的因素中，加工方式这一因素是鲜有被探究的。

一般认为，人们对信息的加工方式可分为两种:自上而下的信息加工和自下而上的信息加工。其中，自下而上的加工方式是指从外部刺激开始，由较小的知觉单元逐渐到大的知觉单元。例如，对于不认识英文单词，视觉系统会先确认每一个字母的特征，然后才形成对整体的认识。这种加工方式也可以说是从低水平到高水平的加工方式。而自上而下的加工方式则完全相反，该过程从认知对象的一般知识开始，首先产生对认知对象的假设。这个过程是由一般知识引导的，并且是由较高水平制约着较低水平进行的加工，因而称作是自上而下的加工。可以预见，这两种加工方式差异对图标认知过程会有不可避免的影响。

为了探究人们对不同加工方式图标的认知过程的差异，我们将图标分为两类：一类是泛指图标，这类图标在人们的先验知识中并不具备特定的含义，因而可认为人们对该类图标的加工过程是自下而上的；另一类是特指图标，这类图标在人们的先验知识中已经具备了特定的含义，因而可认为人们对该类图标的加工过程是自上而下的。我们采用事件相关电位(ERP, event-related potential)对这两类图标进行对比实验，运用脑电数据和行为学数据进行对实验结果进行分析，对比这两类图标认知过程，为图标的设计者提供一定的依据。

1.2国内外研究现状

长期以来，人们对影响图标认知过程的因素做了详细的讨论：浙江大学的宫勇等通过事件相关电位的研究得到图标具体性对其理解产生重要的影响，即具体图标相对于抽象图标反应时更短，准确率更高^[11]。张涛认为影响图标认知的因素应该是整体上反映图标各种特征的因素，比如色彩、形状、尺寸、对比度、数量、图案和空间排列等因素^[12]。吕群星从可读性的角度分析现代人机交互中图标所具有的新特征，从图标的释义能力和图标的视觉表现两方面探究其对图标可读性的影响^[13]。上海交通大学的张婷婷认为，图标的认知受到认知主体，认知客体和认知环境三方面的影响^[14],且三者之间并不独立，而是存在着一定的相互作用和影响。这些研究从不同的角度探究了影响图标认知的各类因素，但是从认知方式这一因素进行研究，还未曾有学者提出。

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