这款智能眼镜可实现调节人类情绪

有人说硬件技术将很快达到极限，而在我们看来，硬件创新，尤其是中国硬件工程师的创新，还远未走到尽头，而只是刚刚开始。作为致力于为全球硬件开发者提供技术共享服务的平台，与非网母公司SupplyFrame旗下最大的全球硬件开发者社区Hackaday．com已连续三年举办全球硬件开发者大赛Hackadayprize，有超过3000多个硬件团队在这个赛事中互动交流、切磋技艺。

这个《硬件改变世界》系列，我们挑选在前几届Hackadayprize大赛中获奖的优秀作品加以展示，硬件技术可以多有意思，硬件开发者可以多有创意，从这些作品中你可以看到。

2019年3月，Hackadayprize中国区赛事将隆重开启，我们很期待看到国内的硬件开发者大开脑洞、大展技艺。你准备好了没，与来自全球的硬件开发者同台PK？

迄今为止，所有增强现实设备都提供了和现实世界进行交互的环境，这个环境是由计算机生成的感知信息。相比之下，EmotiGlass项目探索了用计算机调制用户情感感知的方式。我们的项目旨在开发第一款“调控情绪现实”设备。EmoTIGlass在增强现实领域开启了新的应用，其中情感偏差可以由计算机应用操控。此外，EmoTIGlass还拥有治疗应用，可以帮助患者控制压力和焦虑。

背景

当你忽然看到狗的时候，你是高兴还是害怕？当你周围有其它种族的人时你感到舒服吗？我们通常认为，我们周围的事件引起的情感取决于我们的偏见和先前的经验。确实是，但是当理解我们的大脑如何将情绪内容与我们的感知联系起来时，除了眼睛看到的，还有很多东西。

我们开发了一套可植入的心脏医疗设备，几个月前，我们发现了一篇期刊文章，它引起了我们的好奇心。在本文中，来自伦敦大学的研究人员和他们的同事表明，在心脏循环的不同时期呈现的图像会导致受试者会在情感上感知图像的方式发生变化。

该报告指出，通过改变图像呈现的时间，可以明显调节种族偏见。在这项研究中，持有各种物体的深色皮肤或者浅色皮肤的个体图片呈现与心脏收缩或者放松一致。结果显示，如果图像是在心脏收缩期间出现，当被深色皮肤的手抓住时，受试者明显错误地将无害物体识别为武器。非常好！

来自伦敦大学的一个小组进行了一项相关研究，通过这项研究，他们发现感觉处理取决于与心跳时间相关的刺激时间。尤其是，疼痛的感知—被情绪强烈带偏—取决于在心动周期中何时将有害刺激传递给受试者。

这些影响背后的机制似乎是刺激引起情绪唤醒，这取决于大脑从身体内部血压传感器（压力感知器）接收的信号。简单地计算针对心动周期的刺激传递可以改变大脑处理刺激的方式。

刺激的时间成分不仅可以改变其引起的情绪，空间成分也对视觉场景的情感感知产生重大影响。在他的令人兴奋的著作“两中思想：双脑心理学的科技革命”中，哈佛医学院精神病学教授兼麦克莱恩医院出席精神病学家Fredler Schiffer博士表示，通过选择性地阻止视野进入大脑一个半球的做法可以引发非常明显的情绪。

在视觉场景中的时空变化也会引起情绪反应的深刻改变。EMDR（眼动脱敏和再处理）是一种已知的心理治疗技术，其中引起侧向眼睛运动被认为解锁了可用于再处理创伤事件的记忆机制。在外部治疗环境外，视野的轻微左右扫视似乎减少了令人痛苦事件的情绪影响。

EmoTIGlass项目的目标是开发一对主动式眼镜，可以通过适当的定时或者空间分布来控制选择性地遮挡视力，以便允许计算机调节用户对现实的情感感知。与通过计算机生成的内容限制自身以增强现实的增强现实设备不同，我们的目标是开发第一款允许计算机调制实际的情绪内容的设备。（编辑有感：这个功能太可怕了，先不说眼镜本身的功能，仅调制情绪这一项如果实现，人工智能机器人的“无感情”缺憾就能弥补了，如果再高度仿真，人类还有存在的必要吗？）

图1： EmoTIGlass的概念视图

图2： EmotiGlass的概念模块框图

图1展示了EmotiGlass护目镜的概念图，而图2展示了可能的模块框架。这个概念要求具有多像素光闸的眼镜框架，其可由一个片上微控制器控制选择性地同步遮挡视觉范围，同时心动周期由光电薄膜传感器或者ECG频道来检测。现实情绪效价可由计算机调节，或者用户通过用户界面调节。方便起见，眼镜包括所有的实时电子设备，而操作模式控制可以通过BLE无线连接实现。

EmotiGlass的治疗应用显然可以帮助控制压力和焦虑。然而，EmotiGlass在增强现实领域开启了全新的应用。例如：警察和其它急救人员的情感偏见可以受到抑制，以减少不必要的武力使用。另一方面，增加的情绪唤醒可以用于娱乐应用，增强电影和游戏的情节效果。

运作方式

视觉遮挡同步到压力感受器激活

事实证明，无论这些信号是否有意识，大脑的内脏传入信号都会影响到思考、感受和行为。比如，Critchley及其在Sussex大学的合作者进行的实验表明，大脑的情感中心更容易发现恐惧，并且在心脏收缩期间出现的刺激所产生的情绪明显高于舒张期的刺激所产生的情绪。

在这些实验中，主观和大脑反应被监测到呈现在心脏收缩之前和期间呈现的面部表情照片。在收缩期出现时，恶心的面部表情更强烈，并且在表达恶心和幸福后，反弹心率增长降低。神经影像研究表明，大脑情绪中枢的活动随心脏周期的变化而变化。

正如背景资料所述，这种取决于时间变化的变化会影响情绪判断，而且影响非常强烈，因此测试对象在对黑皮肤的人持有类似武器的物体做识别时会犯错，但是当图像是在心脏收缩期呈现的，在白皮肤的人持有时则不会犯错。

毫无争议，内脏和情绪过程之间存在着紧密的联系，并且身体中接收内部信息的区域对情感判断具有强烈影响。因此，在心动周期期间进行选择性视觉遮挡，可以针对某一场景调节情绪反应。如图3所示，视觉消隐通过ECG信号或者体积描记信号（当血液进入并离开拾取传感器附近的小血管时，使用从皮肤反射的光来监测）与心脏活动同步。

图3： 视觉遮挡可以与ECG的左上角（左）同步或者当脉冲体积描记信号超过某个阈值时应用。

光电容积描记术可能是更好的选择，因为它只需要一个LED和一个与皮肤接触的光电传感器就能检测。耳垂和颅骨是放置这种传感器的最好测试点，并且不需要定时，因为在那些位置上检测到的压力信号实际上与现有的激发大脑的压力感受器的压力信号一样。

侧脑刺激

众所周知，对脑裂患者的研究表明，右脑和左脑可能有自己的心理和行动，右侧可以拥有完整的智力，并且与人的左侧意识分离，经常超出意识。Fredric Schiffer博士是哈佛医学院精神病学教授兼McLean医院的主治精神病学家，已经证明这种情况不仅在脑裂患者身上存在，而是每个人都有两种自主思想—一个与左脑有关，一个与右脑有关，在健康的个体中，这两种思想和谐地合作，达到个性的平衡。

然而，当两种思想之间存在强烈的不平衡时，会出现令人不安的行为症状，因为这两种自主思想之间可能形成不健康的人际关系，因此适用于两个人之间的相同类型的心理问题和冲突，可能也适用于一个人的两种思想之间。因此，占有优势的半球可以显著地、负面地影响一个个人的个性。

Schiffer博士使用眼镜有选择性地遮挡视觉，只刺激一侧大脑，具有静态透明和不透明的区域，以便有选择性地只刺激右脑或者左脑（图4）。当在心理疗法期间使用时，可以要求患者在侧视野之间交替引起他的症状的增加或者减少，向他表明他的恐惧只存在于他思想的一部分中。

为了减少压力和焦虑，眼镜也可以在心理治疗期间使用。这些眼镜具有固定的遮挡区，因此需要为每个用户专门构造。基于Schiffer的研究，其他人设计了具有可以移动屏幕的治疗眼镜，有选择性地遮挡患者的视觉。比如，在美国专利No． 6，141，797“具有可开窗的不透明护眼镜”（如：图4），Robert Buck描述了具有可移动不透明窗户的眼镜。

图4： Fredric Schiffer使用该类型的护眼镜有选择性地遮挡视觉，让大脑只有一侧刺激。

这些用于选择性横向刺激的眼镜是简单的装置，通过该装置不能精确地控制时空分布以及遮挡面积的大小。另外，这些装置看起来不像普通的眼镜，因此需要注意的是，这在有治疗压力、焦虑或者其它精神障碍时，可能是不希望的。

相比之下，EmotiGlass护目镜可以选择性地阻挡受试者的视觉区域，并且具有可控制的空间分配和遮挡区域大小，同时保持一副普通太阳镜的外观。

这种模式背后的科学真是让人着迷！基础原则是右脑和左脑能够有自己的心灵和行动，右半球可以拥有完整的智力，与一个人的左侧思想分开，往往超出意识。

如此看来，一个人可以有两种自由思想，一个与左脑有关，一个与右脑有关。Schiffer 已经证明，这两种自主思想之间可以形成一种人和人之间的关系，因此两个人之间使用的相同类型的心理问题和冲突，可能适用于一个人的两种思想之间。占有优势的半球可以明显地决定一个人的个性。

比如，一个人的左侧思想可能“支配”并“压制“他的右侧思想。另外一些人，右侧思维可能占主导地位。在精神健康的人群中，两种思想在互相尊重和合作的基础上共存。然而，当两种思想之间存在强烈的不平衡时，可能出现令人不安的症状。

根据Schiffer的实验，那些受情绪创伤影响的人可能会对这种影响产生偏倚，这可能是为了维持正常运作。一个半球或另一个半球在过去被卡住，并通过患者的症状起作用。

Schiffer已经证明，通过将视力限制，在与大脑的特定半球相连的眼睛视网膜的一部分，可以优先刺激该半球，引起可能对治疗有益的心理状态变化。这是可能的，因为眼睛连接到大脑，使人的左侧视觉主要达到相对的（右）半球，并且人的右侧视力主要达到左半球。图5显示，物体的图像由镜片投射到视网膜上。

每个视网膜分成内侧和外侧。投射到左眼视网膜外侧的图像点直接进入大脑的左半球，而点投射到左眼视网膜内侧的点则直接进入大脑的右半球。同样，投射到右眼视网膜外侧的点则进入大脑的右半球，而投射在右眼视网膜内侧的点则进入大脑的左半球。由视神经传送到一个半球的图像可以通过胼胝体传递到另一个半球。

图5：眼睛和大脑之间的连接

左侧：健康

右侧：裂脑患者的侧视视力

对于侧向脑刺激模态，眼镜需要遮挡视野，使得只有支配左脑或右脑的视网膜部分被场景照亮。这需要至少三个不同的垂直区域，如图6所示。

图6：侧向脑刺激的遮挡分布。 左图显示通过直接神经支配（来自右视网膜的外侧面）和对侧神经支配（来自左侧视网膜的内侧面）优先刺激受试者的右脑半球的配置。

眼镜的正面需要能够创建一个大约1cm宽的透明窗口，并且它是可编程的，从而可以为每个人进行微调。良好的可编程范围在4mm到20mm之间，分辨率为2mm。必须注意的是，由于视野的远端周围的视力是低分辨率，所以侧快门可以由简单的光阀（没有像素，每侧一个）替代，而不会损失治疗效果。

扫视视觉刺激

眼动运动脱敏和再处理（EMDR）疗法诞生于1987年，当时心理学家Francine Shapiro博士意识到侧眼动作似乎可以减少令她痛苦的记忆的负面情绪。她假设眼球运动具有脱敏作用，并在受控的临床条件下进行测试。

这一概念产生了一种标准程序，常用于治疗心理创伤受害者。尽管潜在的机制尚不清楚，但已假设眼睛的左右移动激活了负责REM睡眠的相同神经元网络。实验证据表明实际的眼球运动不是必需的，并且可以通过视野的光图案中的左右运动来引发相同的神经激活。

因此，假设通过EmotiGlass来回扫描一个透明窗户，将减少令人痛苦事件的情绪影响。

图7：EmotiGlass护目镜的扫描视觉刺激

如图7所示，对于这种模式，透明窗口应宽大约1cm，而遮挡区域的不透明度应具有约为透明窗口的20％的可编程范围，并且高达100％。固化正面体验的近似扫描频率约为0．5至1Hz，而创伤性存储器的再处理是在扫描频率高达3Hz的治疗设置中完成的。最常见的空间模式是简单的侧向，但也使用对角线或8字形扫描，特别是与快速移动相结合。

Interoreceptive意识是我们对自己内心感受的敏感性，我们的身体会收集信息，使我们感到饥饿、饱腹感、瘙痒、内部疼痛、恶心，需要浴室，止痒，体力消耗，从而唤起其它内部状态。

来自内部感知系统的感觉提醒我们，我们的内部系统正在失去平衡，需要我们采取行动来恢复平衡。 例如，口渴的感觉迫使我们喝水，以恢复身体的电解质浓度，这是由于液体流失到汗液和排尿所致。我们感知、概念化和记忆我们的情感体验和其他认知过程的方式中，内在感受也很重要，这些感觉让我们感受到了自己的情感。

例如，在公开演讲之前，我们可能会感到心跳加速，轻微的恶心，肌肉紧张和手中的颤抖。如果没有这些感觉会使人难以清楚地识别出焦虑和紧张的情绪。不用解释，我们的内部感知信号本身会导致焦虑，许多生物反馈技术实际上依赖于帮助人们学习如何“阅读”他们自己的身体。例如，一项运作良好的研究表明，改善患有医学上无法解释的症状的患者的心跳感知可以减少症状的困扰。 EmotiGlass护目镜配备齐全，可以为用户提供直接的心跳反馈，例如，通过与侧面体积信号同步地对侧板进行调光。实际上，在对受试者进行“训练”将侧面调光视为心跳的代理之后，可以通过计算机人为地调节调光的节奏改变用户的情绪状态。

自动太阳镜

虽然不是用于调节用户的情绪反应的功能，但是通过添加光传感器可以轻易地实现自动变暗的太阳镜，所以为什么不呢？