姓名：夏阳学号：2014210631
题目 title：use of auditory event-related potentials to measure immersion during a computer game
作者 authors：christopher g. burns, stephen h. fairclough
** source：international journal of human-computer studies,2015, p107–114
关键词：auditory erp; immersion; task demand; attention
研究背景：沉浸在一个活动中，例如看书或者玩电脑游戏，意味着一个心理状态，参与活动的内在动机是选择性注意的主要驱动原因，在一定程度上，人仅仅注意到任务相关的刺激，而对环境中其他感官刺激失去意识。jennett (2008)形容选择性注意状态的分级是从活动的参与（对外部环境有一些意识）到完全沉浸（对虚拟世界的唯一感觉）。
最初的沉浸研究主要关注与数字世界的交互（mcmahan,2003;lombard and ditton,1997），尤其是电脑游戏和虚拟现实环境（slater,2009）。mcmahan（2003）通过在一个虚拟世界中完成一个固定的目标。沉浸和参与的偏差会导致两个方面与数字世界的交互：
(1)硬件用于呈现数字世界和(2)在数字世界中完成任务目标需要的是努力参与的程度的。在交互式数字任务中，沉浸的程度是由感官经验相关的变量决定的，如屏幕尺寸的增大，声音质量，图形保真度或添加3d显示功能。有一些证据表明，感官沉浸（ermi and mayra,2005）是由游戏硬件视听性能驱动的；例如，增加屏幕大小与更大的沉浸度的有密切关系，在许多研究中使用桌面显示器(hou, 2012;wu, 2011 and van den hoogen, 2009),触摸屏系统(thompson,2012)和头盔显示器(tyndiuk.
,2004;bowman and mcmahan 2007;schnall,2012)。另外，沉浸的程度可能取决于任务的内在能力激励和参与个体的认知能力(fairclough,2013)。认知浸泡的影响是独立的感官因素和反映手头任务的内在动机。
一些研究人员(chen, 2007 and nacke and lindley, 2008) 描述沉浸挑战的状态的最佳状态是在流动的环境中最大限度地参与（csikszentmihalyi，1990），但这些分类模型具有高度的描述性。沉浸的认知决定因素的研究是有限的，但已经证明沉浸程度会随着认知挑战的增加而增加(cox, 2012 and qin, 2010). 这些研究结果表明，通过动机强度模型描述（mim）可以知道，沉浸和认知需求之间的关系与需求和努力之间的关系是非常相似的（wright，1996，2008）。
根据mim框架，当任务要求高，成功的可能性高时，努力**值达到峰值。如果成功的可能性低，由于不参与努力急剧下降。假设挑战沉浸的经验增强达到峰值，只能当成功完成任务的目标或者至少是可能的情况下才能达到。
沉浸式实验操作强调主观数据的收集，如身临其境的体验问卷(ieq）(jennett,2008)。这种做法是合乎逻辑的，因为沉浸是与人的环境经验紧密联系在一起的人的。但是，主观的措施有明显的弱点(nisbett and wilson, 1977) ,应该增加其他措施 (darken,1999)。
jennett(2008)认为减少环境感官意识的刺激与首要任务无关。这种解释强调了选择性注意是支撑沉浸体验的**机制。根据这一概念，一个沉浸的任务(例如看书、玩电脑游戏)会和其他外部环境刺激(如背景**、谈话)在选择性注意上竞争。
如果人对沉浸任务中的积极性高，那么注意力将主要集中在与任务有关的刺激，而对其他与任务无关的刺激的意识将减弱。
目前的研究将定量沉浸在数字世界的程度，通过测量对相关事件刺激的事件相关电位(erps)的振幅。广义的现代的erp和eeg的理论与方法综述可以在luck（2005）中发现。当重复刺激实验的参与者，“原始”eeg记录(即同步电压值超过大约一秒的刺激)可以显示事件相关电位的平均值，或“erps”。
erp是用一个图形表示eeg信号的平均值的变化来响应感知或如有意识地对身体或精神刺激。由于信号微弱（通常在微伏），同时也是无意识的，非故意的和常规的代谢活性产生的，所以重复平均erp突出，有意识地显示出认知心理活动对环境变化的响应或内部心理状态。jasper（1958）用国际10-20系统标准化了脑电图电极在头皮的放置位置，并给放置在头皮和大脑的特定区域命名（如图1），这对在erp分析背景中对脑电图的理解非常重要。
erp的术语（例如p300，n400等）描述的极性和刺激呈现后起始时间的全波形；因此，p300是约刺激300毫秒后呈现的正波，n400是是约刺激400毫秒后呈现的负波。erp的反应通常是研究关于他们出现延迟，延迟的偏差主要反映刺激或者反映的复杂度，同时较大的振幅可能需要动员更多的神经系统资源(即相对较大的神经元的数量)来执行所需的任务。
图1 国际10 - 20体系(jasper,1958)
erps作为实验技术在心理学有几种用途。脑电图作为一个过程是非侵入性的具有良好的时间分辨率，随后的erp的反应可以对刺激事件的因果关系作出良好解释。因为erps记录的精确性，他们相对不受参与者的类型而出现偏差，不像使用主观的自我报告数据。
在本研究中，我们使用的无关的听觉畸变探测任务作为研究注意力的一种手段。在这种方法中，定期发出哔哔的音调来作为参与者感知环境“背景”，在此环境中观察他们的反映。随机地将这些哔哔声变成跟更加尖锐的哔哔声（畸变后），这些声音与建立的背景不同，实验者将在这些新的环境中产生异常的反映，并在erp中显示出来。
p300，n200和后来的erp反应往往与oddball实验范式相关（luck，2005）。
众所周知，硬件特点和任务需求的水平对感官和认知的沉浸都有各自的影响。本研究的主要目标是评估两方面在同一个实验中对研究的影响。因此，我们操纵感官沉浸通过比较两种类型的屏幕显示，大屏幕液晶电视和一个头盔显示器(hmd)。
为了评估认知沉浸的影响，参与者将进行处于增加水平的任务需求。可以预见的是，hmd条件下的沉浸度较高，这与动机强度模型（mim）相一致（wright，1996）。我们预期的认知沉浸峰在任务难度为容易的或不可能的时候达到峰值。
研究假设：显示类型和任务难度需求会对erp中后期负慢波（sw）产生特别的影响，这与**认知加工有关。
具体而言：1)头盔式显示器相比传统的液晶显示器更能增加感官沉浸的sw的振幅。
2)随着任务难度的增加，erp的振幅将会达到峰值。
研究方法/研究过程。
1.参与者。
选择20名学生，其中13名男生，7名女生，平均年龄23.67岁，并且没有人玩过试验中的游戏。
2.实验设计。
使用2*3混合设计，显示类型充当参与者之间的不同因素，游戏难度作为每个参与者操作的基础。
参与者被随机分成两组，每组10人。每组分别使用头盔式显示器和普通液晶电视，每个参与者均会在游戏中经历容易、难、不可能三种不同的难度。
3.实验任务。
参与者使用ps3控制器完成wipeouthd fury游戏。
4.实验测量。
1)eeg和oddball范式。
借鉴经典的erp oddball实验范式进行该实验。audacity软件是用来创建一个1 khz的“标准”和2khz“畸变”的哔哔声的音调，但几乎瞬时的目标频率。在每个游戏环节中使用e-primev2.
0软件使90个标准和20个畸变的音调随机回放。我们通过调音台混合声音的音频，以及询问参与者，保证wipeouthd中能够接收到清晰的正常的音频信号。eeg对游戏中标准和畸变的音调的反映从64 eeg通道被记录在10-20系统中使用biosemi activetwo adc软件。
我们移除eeg中的误差，过滤0.1~30hz的信号，使用besa research 5.3，分别计算标准和畸变音调的平均值。
滤波和校正后，通常有15个畸变的音调在每一个游戏环节中适合大平均，导致大平均约60个畸变的样本组合（即15的样本4个环节）。
2）主观问卷。
游戏的主观体验使用ieq问卷（共31条， cronbachs α=0.89）来量化（jennett, 2008; 文件附录b）。由于其中某个因素的结构不适用与源出版物，我们选择变形附录b，因为大多数条款都直接强调态度、努力、沉浸游戏中享受作为一个整体的主观体验。
在条我们采用反向评分，因为他们涉及的是在游戏过程中对外部世界主观意识，表明是干扰措施而不是沉浸。
5.实验过程。
在实验过程中，eeg对听觉畸变实验当参与者玩**游戏的4个环节比赛在3个设定的不同的难度时(即容易/新手中的4个环节，在硬/技术难度中的4个环节和不可能/精英难度中的4个环节)的反应被记录下来，并在4个的“纯畸变”声音--只有刺激没有游戏中被记录。当脑电图电极安装(约40分钟),参与者在“容易”的难度中用自己的节奏练习玩这个游戏，他们完成位置被记录下来。实验期间，在“难”或“不可能”的条件下，为了唤起持续的高性能要求，参与者被要求实现比赛位置至少有个一位置高于他们之前最好在练习。
在“简单”的条件下，参与者被要求放松，享受比赛，留在后面的赛车，如果可能的话(如果我们有指示参与者不试图赢，他们可能只是没有回应，直到所有的计算机控制的球员完成比赛)。在仅仅声音条件，显示设备和游戏机被关掉，参与者被指示要睁大眼睛，和听哔哔音调。同时，玩这个游戏，参与者被要求尽量注意畸变的哔哔声通过只听哔哔声，但被告知，他们不需要计数或其他精神上控制音调等。
在每一组完成每一个难度设定的4场比赛后，参与者完成ieq问卷。
研究结果：在研究过程获得erps总平均诱发电位如图2-4。标准和畸变音调产生的波形如图2所示，是在“纯”环境条件（erp的数据没有在游戏进行中收集），这是为了提供畸变的和标准的听觉音调的erp形态。
在图2中，“纯”畸变音调条件下erp显示为调制好的erp，变幅在931毫秒记录中沿fz，cz和pz点的中线。
我们将统计分析限制在那些游戏中的erp畸变反应（如图3和图4所示）作为实验的重点，关注erp振幅的相对大小在不同条件下的游戏。在“纯”环境条件下的erp的范围振幅见图2明显大于那些图3和图4所显示的在玩游戏的过程中的记录。 allison and polich (2008)观察到同样的效果（2008）。
在畸变音调条件下的erp总平均诱发电位的显示如图3和图4，比较了在两种显示条件下的每个游戏难度的5个电极位置。fz视觉检查(图3和图4)表示显示两个感兴趣区域，在320–475毫秒生成p1峰值，在476–685毫秒延迟慢波（sw）发生偏转。在cz,c3,c4和 pz,我们分析了p1,sw,和后期的负波(ln)的形成分在315 - 460毫秒，461 - 720毫秒，分别和721 - 933毫秒。
图2 在没有游戏的条件下中线的畸变和标准音调。
图3 在头盔式显示器条件下游戏中获得的畸变音调erp的平均诱变点位。
图4 在传统液晶显示器条件下游戏中获得的畸变音调erp的平均诱变点位。
1）游戏难度的主要影响。
进行了一系列的重复2×3方差分析测量，对游戏的难度和显示类型的影响通过每个电极位置(fz, cz, c3, c4, pz)和感兴趣区域 (p1, sw, ln)。这这些分析说明显示类型没有显著影响也没有交互作用。游戏操作的难易度的重要影响在表1中作了总结，与事后对比如表2所示。
对于表1，我们发现后期慢波（sw）的挠度在fz，c3和c4位置非常敏感，而在p1和ln的需求影响的唯一显着的效果在c4。事后检验的测试表2表明，与难或者不可能相比，在容易的需求的情况下sw组显着降低（见图5）。同样的效果也出现在c4。
早期的p1能够区分从容易到不可能的需求，但是只有在c4，这种效果能够在c4被发现，能够对ln做出反应。
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