使用功能性近紅外光譜測量用戶對人類、機器人和類人機器人的反應(yīng)

1.研究背景

恐怖谷假說 (UVH) 描述了一個人的情感從親近到厭惡的突然變化，這種變化是由與人類相似的機器人引起的。然而，支持 UVH 的證據(jù)主要基于主觀評估。因此，關(guān)于恐怖谷效應(yīng)是否存在行為或神經(jīng)生理學(xué)表現(xiàn)仍然是一個懸而未決的問題。本實驗研究了前額葉皮層 (PFC)，一個與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)的大腦區(qū)域，是怎么被具有不同人類特征的機器人所激活和調(diào)控的。

2.研究方法

2.1 被試

共26名有效被試被招募，其中男性10名，女性16名，平均年齡20.8歲。

2.2 實驗材料

視覺刺激采用了60張機器人圖片和20張人類圖片。機器人或人類的長相人類化程度見圖1所示。

圖1. 視覺刺激中機器人或人類的長相人類化程度?；疑珪C器人，藍(lán)色為人類。

2.3 實驗過程

被試在頭帶fNIRS檢測設(shè)備的同時觀察80張圖片（隨機順序），每張圖片呈現(xiàn)6s。在看完80張圖片后，這些圖片會再次出現(xiàn)，且被試需要對圖中機器人或人類的人類化程度和怪異程度進(jìn)行評分。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

功能近紅外光譜（NIRS， fNIRS 或 fNIR）用于測量參與者的前額葉神經(jīng)活動（以血流動力學(xué)變化為指標(biāo)）。使用雙通道 NIRS 血氧計（ISS Imagent；TR = 11Hz）從參與者的雙側(cè)前內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì) (PFC) 收集數(shù)據(jù)。

NIRS 數(shù)據(jù)首先從原始光衰減轉(zhuǎn)換為血紅蛋白單位，然后過濾以減少全身偽影。通過從原始數(shù)據(jù)中減去截止頻率為 0.08Hz 的 1 級 Savitzky-Golay 低通濾波器產(chǎn)生的時間序列，去除了低頻偽影。然后應(yīng)用第二個濾波器（1 級 Savitzky-Golay，截止頻率為 0.5Hz）以減少心臟搏動。轉(zhuǎn)換和過濾產(chǎn)生兩個信號——左右 PFC 的每次試次的氧合血紅蛋白 (HbO)。

3.實驗結(jié)果

3.1 具有不同程度的人類化長相的機器人及人類所誘發(fā)的腦部血流變化

結(jié)果表明氧合血紅蛋白有兩個顯著的正峰值，與人類相似度等級 (h) 相關(guān)，范圍為 [1 < h <= 2]，再次為 [4 < h <= 5]。此外，在 [2 < h <= 3] 范圍內(nèi)，氧合血紅蛋白中有一個明顯的谷值 （圖2）。

圖2. 人類相似性（h）的函數(shù)的平均基線校正 AUC （area under the curve）。

3.2 高度人類化的機器人所誘發(fā)的腦部變化是否代表著反感

與喚醒量表（arousal）上半部分相關(guān)的前額葉活動增加明顯大于對人類刺激的反應(yīng)。此外，與喚醒量表中心相關(guān)的前額葉活動減少明顯低于與人類刺激相關(guān)的活動。

4.結(jié)論

本研究結(jié)果表明，確實存在對具有怪異外觀的機器人的情感反應(yīng)，而且這種反應(yīng)不僅對高度像人的機器人，而且對整體人像程度較低的機器人（即, 評分為 [1 < h <= 2])、但具有一些關(guān)鍵的類人特征的機器人也有這種情感反應(yīng)。此外，對前額葉血流動力學(xué)的分析表明，單獨的主觀測量并不能完全捕捉到人類相似性與恐怖谷之間的關(guān)系。