数字界面视觉信息认知的脑机制研究

The degree of information technology keeps raising, digital human-computer interface (DHCI), which has been gradually replaced the traditional display and control interface, plays an essential role in the efficient and precise operation of complex information system. In recent years, unreasonable visual information design of DHCI has been proved to be one of the main reasons that cause a lot of serious accidents which is conducting users' errors in cognitive understanding and decision-making periods. Complex system has a great amount of information and a complicated information structure, which are easy to result in the imbalance between visual information design and cognitive mechanism.The project is planning to start from the brain mechanism research of visual information cognition, and carrying out visual information design research through a perspective that close to the origin attribute of human cognition;It contains, visual information analysis of the information structure and encoding method in DHCI, study of the quantitative analysis model between visual information and cognitive brain mechanism, mapping relations between visual information and brain mechanism in cognitive process, design methods of visual information based on brain mechanism and brain physiological evaluation measures of cognitive performance.The outcomes of the project will improve DHCI design level and interactive efficiency of complex information system, and be a significant importance in strategy and practice. It has great theoretical and academic value on promoting and facilitating the interdisciplinary cross among design science, ergonomics and cognitive neuroscience.

随着信息化程度提高，数字界面在复杂大型系统中已经逐步取代传统的显控界面，对复杂信息系统的高效运行和精准实施起着至关重要的作用。由于数字界面视觉信息设计的不合理，导致用户在认知理解、决策判断时出现失误，已被证实是近年来造成诸多重大事故的主要原因之一。其根源在于复杂信息系统信息量大、信息结构关系复杂，造成视觉信息设计与认知机理失衡。本项目拟从视觉信息认知脑机制出发，以贴近人类认知本源属性的视角开展视觉信息设计研究，研究数字界面视觉信息设计的信息结构和编码方式，探寻视觉信息设计与认知脑机制间量化分析模型，构建界面视觉信息设计与认知脑机制间的映射关系，建立基于认知脑机制的视觉信息设计方法及认知绩效脑生理评价方法。项目成果对提高复杂信息系统数字界面信息设计水平和交互效率，具有重要的战略意义和现实意义；同时也推动和促进了设计科学、人机功效科学与认知神经学科间的交叉融合，具有重大的理论意义和学术价值。

项目主要完成了下述工作，并取得了相应研究成果：.1、基于构成界面视觉信息功能块信息元的编码方式与空间表征的分析，建立了界面布局的设计特征感性意象结构；通过研究意象集与潜在因子之间的归属关系，提出了界面视觉信息功能块布局特征的潜在因子和信息界面布局特征的描述指标体系；通过分析信息编码方式以及信息元的呈现规则和时序关系，建立了信息界面到认知的映射关系及视觉认知与信息呈现时序关系模型，完成了界面视觉信息设计脑电生理实验样本的构建。.2、运用认知神经科学和事件相关电位（ERP）学科理论和实验技术，提出了界面元素脑电实验的刺激呈现范式和界面视觉认知的脑电生理实验方法；通过开展大量界面元素的脑电生理实验，获取了界面视觉认知的脑神经活动的典型成分和界面元素的脑电视觉阈值；结合脑电成分的潜伏期、波幅等指标，构建了数字界面可用性的整体脑电评估方法和局部脑电评估方法及评价原则。.3、开展了数字界面视觉信息认知各阶段的脑生理反应机理研究，通过脑电波潜伏期分析和脑功能区溯源分析，构建了高时空分辨率的脑成像反应与感知和行为反应间的内在联系，通过研究视觉信息系统常见任务环境（监控、搜索、决策、操控）下的信息需求，获取了视觉信息认知失误的生理证据，构建了“视觉行为模式—视觉生理反应—信息认知的时空特征属性”的映射关系模型。.4、通过研究“界面信息-视觉认知”映射模型的知识表征和规则推理，以及从行为到神经的多研究角度不同实验方法所揭示的视觉信息认知间的关系，构建了基于认知脑机制的视觉信息设计方法及认知绩效脑生理评价方法，实现了界面认知量化分析。.项目实施以来共发表38篇论文，其中SCI/EI检索28篇，EI录用5篇。发明专利授权2项。共同出版专著1本。人才培养上，培养博士3人，硕士8人，其中6人已毕业。参加国内、国际会议报告共27次，其中特邀报告13次。.此外，项目组与中国船舶重工集团、航天员训练中心、中国航空科技集团、中国电子科技集团、金智科技等单位积极开展科研合作，直接把项目理论研究成果应用到国防和重大工程等实际设计应用中，取得了显著成果，显示了本研究的理论现实意义和社会经济价值。