来宝网 2025/5/20点击11次
一、背景介绍
城市公园景观通过提供休闲空间显著影响居民身心健康，但其舒适度评估长期依赖主观问卷与基础生理指标，缺乏量化数据支持，且现有研究多基于静态图片或单一感官刺激，对景观布局特征（如节奏感、封闭性）的认知神经机制探索不足。景观形态研究以及运用认知神经科学进行该研究十分必要，对城市规划、景观设计及人类福祉意义重大。景观形态影响人们的舒适度和体验，而认知神经科学能从生理层面揭示其中机制，为景观设计提供科学依据。
二、论文摘要
来自河北工程大学建筑与情感国际研究中心、中国建筑科学研究院的研究团队利用EEG和VR技术探索了景观形态的认知神经科学机制，并将相关研究成果发表在MDPI旗下的Applied Sciences期刊，题为“Electroencephalography (EEG)-Based Comfort Evaluation of Free-Form and Regular-Form Landscapes in Virtual Reality”，报告了自由形态景观和规则形态景观通过激活不同脑区的α波注1引发舒适感，揭示了大脑对不同景观的反应机制，尤其是景观自然度、节奏性等特征与特定脑区α波值呈线性关联，为量化评估景观舒适度提供了神经科学依据。
注1：α波（Alpha Wave）是人类脑电波的一种，频率范围在 8 - 13Hz 之间。当人体处于放松、平静且无压力的清醒状态时，α 波通常较为活跃。在本文的研究中，α 波被用作衡量人体是否处于舒适、平静状态的关键指标。
图1 文章信息
三、研究设计与结果呈现
（一）实验设计——研究团队采用双模态数据采集方案
1.虚拟场景构建
研究者使用SketchUp Pro 2023建模，结合MARS渲染软件生成14,500㎡虚拟景观，其中自由形态景观（D1，见表1）以“无轴线+曲线步道+自然植被”为特征，植被高度3-5米、叶色偏深（RGB 100-150）；规则形态景观（D2，见表2）设东西向主轴线，几何化空间通过直线步道连接，植被修剪为球形/柱形，叶色明亮（RGB 180-220）。
2.视频参数
360°全景、2K分辨率（2048×1080）、60帧/秒，模拟成年男性（178cm）正常步行速度（1.39m/s vs. 1.37m/s）的视角，以确保场景沉浸感。
3.主观问卷
采用15项李克特量表（-5到5分），聚焦物理感知（空间封闭度、色彩丰富度）与心理感知（安全感、依赖感），其中以与身体感觉相关的问题，如“节奏感知”“秩序感”“自然度”为核心对比指标。
4.数据采集
共30名健康大学生参与实验（见图2 左图），佩戴64通道电极帽，但是选取覆盖枕叶（O1/O2/Oz）、颞叶（T7/T8）、顶叶（P3/P4）等区域的32个电极数据进一步做分析（见图2 右图）。被试被要求先观看自由形态景观后观看规则形态景观，间隔5分钟休息以避免疲劳效应，实验全程在25℃、无噪音的封闭实验室进行。实验数据采集流程见图3。
研究者主要分析了脑电信号的α 波，并比较了每个被试在观看两种景观时的α 波幅值大小。
图2 实验设备和脑电极分布
图3 数据采集流程
（二）核心结果解读
1.生理舒适度的脑区特异性激活
（1）自由形态景观（D1）
图4展现了相比于规则形态景观，左颞叶（FC5/T7/C3）与右顶叶（P4/P8）等11个电极表现出显著更高的α波幅值（p<0.05），集中于。结果表明，自由式景观中更自然的植物配置、曲折的路径、隐蔽的空间等特征可以增加左颞叶和右顶叶的 α 波值。左颞叶负责情绪调节与视觉记忆处理，其激活提示自然景观通过“非规则路径+植被随机性”促进放松；右顶叶主导空间定位，反映自由形态景观的“探索性”对空间感知脑区的正向刺激。
（2）规则形态景观（D2）
同样在图4中，相比于自由形态景观，7个电极α波更高（p<0.05），集中于枕叶（Pz、POz、Oz 和O2）与右颞叶（T8）。枕叶作为视觉皮层核心区，其激活与规则景观的“直线轴线+几何图案”强视觉刺激直接相关；右颞叶（T8）涉及视觉信息整合，表明规则布局的可预测性可能通过简化视觉处理提升局部舒适度。
图4 两组景观设计方案中各脑区电极差值（p 值）与各脑区电极 α 值的比较
2.主观认知差异的量化对比
（1）物理特征感知
规则景观在节奏感知和秩序感上得分显著更高，反映其“直线道路+对称节点”布局的强规律性；自由景观的自然度和隐蔽性评分突出，与其“曲径+植被遮挡”设计密切相关。
（2）心理情感反馈
规则景观的安全感和依赖感得分更高（见图5），可能源于清晰的空间结构降低了环境不确定性；自由景观在愉悦感上略优，但未达显著水平。
图5 15组主观评价因素的平均得分和差异检验结果
3.景观特征与脑区的关联性解析
为了探索主观因素评分与脑电α波之间的关系，研究者选取了18组电极上对两种景观的α波幅值差异（αD1–αD2），与主观因素评分差异（SD1–SD2）进行了相关分析（结果见图6）。主要结果有：
（1）节奏感知与枕叶O1和Oz电极α波呈正相关（见图6），进一步比较两种景观在O1（代表左枕叶）和O2（代表右枕叶）上诱发的α波幅值的差异与节奏感评分的均值 （见图7左），提示强节奏刺激对左右枕叶的非对称影响——左侧枕叶可能更敏感于规律性视觉输入，右侧枕叶则在自然无规律场景中更活跃。
（2）自然度与左颞叶T7和右颞叶T8电极α波呈显著负相关（见图6），与右颞叶T8电极负相关，然而在这两个电极上两种景观诱发的α波幅值和自然度评分均值呈相反的关系（见图7 右），表明自然元素可能通过激活左侧情绪调节脑区提升舒适感，而规则景观的人工特征可能过度刺激右侧视觉整合区域，导致局部疲劳。
图6 主观因素得分与脑电图α波值相关。
注：*：p ≤ 0.05
图7 设计 D1 和 D2 中电极的 α 值与主观因素得分的比较
四、结论与讨论
（一）研究结论与科学价值
该研究在基于虚拟现实的自由形态与规则形态景观研究中，创新性地借助EEG技术揭示了景观布局对脑区活动的差异化影响：自由形态景观的“去规则化”特征通过多脑区协同激活（情绪调节+空间感知）实现广泛的生理舒适，与Roger Ulrich（1981）“自然景观促进压力恢复”的经典结论一致；而规则形态景观的“几何秩序”依赖视觉皮层（枕叶）的高效处理引发局部舒适响应，补充了Linhong Wang（2016）关于“高对比度景观刺激脑波α值”的发现。主观问卷与生理数据的交叉验证，构建了“景观特征—脑区响应—舒适体验”的三层关联模型，为量化评估提供了跨学科框架。
（二）研究局限与展望
尽管本研究通过EEG与VR技术揭示了景观形态对脑区活动的差异化影响，但仍存在以下局限：首先，样本量较小（n=30）且参与者群体以学生为主，可能限制结论的普适性，未来需扩大样本覆盖不同年龄、职业及文化背景人群；其次，VR模拟虽提升了实验控制力，但与真实环境的感官反馈（如触觉、嗅觉）存在差异，后续可结合混合现实（MR）技术增强生态效度；此外，研究主要聚焦α波指标，未整合其他生理参数（如心率变异性、皮电反应），多模态数据融合将更全面解析景观感知机制。
原文链接
Ren, H., Zheng, Z., Zhang, J., Wang, Q., & Wang, Y. (2024). Electroencephalography (EEG)-Based Comfort Evaluation of Free-Form and Regular-Form Landscapes in Virtual Reality. Applied Sciences, 14(2), 933.
https://doi.org/10.3390/app14020933.
作者及研究团队介绍
本研究由河北工程大学建筑与情感国际研究中心（International Research Center of Architecture and Emotion, Hebei University of Engineering）的Hongguo Ren、Jing Zhang、Yujun Wang团队与中国建筑科学研究院建筑安全与环境国家重点实验室（State Key Laboratory of Building Safety and Built Environment, China Academy of Building Research）的Ziming Zheng、Qingqin Wang合作完成。研究得到韩国国家研究基金会（NRF）的资助（项目编号：RS-2023-00239818），实验方案经河北工程大学伦理委员会审批（协议代码：BER-YXY-2023031）。
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