01

研究背景

恐怖谷假說 (UVH) 描述了一個(gè)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(jī)器人引起的。然而，支持 UVH 的證據(jù)主要基于主觀評(píng)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(gè)懸而未決的問題。本實(shí)驗(yàn)研究了前額葉皮層 (PFC)，一個(gè)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(jī)器人所激活和調(diào)控的。
 

02

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(shí)驗(yàn)材料

視覺刺激采用了60張機(jī)器人圖片和20張人類圖片。機(jī)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(jī)器人或人類的長相人類化程度。灰色會(huì)機(jī)器人，藍(lán)色為人類。
 

2.3、實(shí)驗(yàn)流程

被試在頭帶fNIRS檢測(cè)設(shè)備的同時(shí)觀察80張圖片（隨機(jī)順序），每張圖片呈現(xiàn)6s。在看完80張圖片后，這些圖片會(huì)再次出現(xiàn)，且被試需要對(duì)圖中機(jī)器人或人類的人類化程度和怪異程度進(jìn)行評(píng)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(cè)量參與者的前額葉神經(jīng)活動(dòng)（以血流動(dòng)力學(xué)變化為指標(biāo)）。使用雙通道 NIRS 血氧計(jì)（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(jí) Savitzky-Golay 低通濾波器產(chǎn)生的時(shí)間序列，去除了低頻偽影。然后應(yīng)用第二個(gè)濾波器（1 級(jí) Savitzky-Golay，截止頻率為 0.5Hz）以減少心臟搏動(dòng)。轉(zhuǎn)換和過濾產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)——左右 PFC 的每次試次的氧合血紅蛋白 (HbO)。
 

03

研究結(jié)果
 

3.1、具有不同程度的人類化長相的機(jī)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(gè)顯著的正峰值，與人類相似度等級(jí) (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(gè)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(jī)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(dòng)增加明顯大于對(duì)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(dòng)減少明顯低于與人類刺激相關(guān)的活動(dòng)。
 

04

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

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

Strait, M. and Scheutz, M., 2014, August. Measuring users' responses to humans, robots, and human-like robots with functional near infrared spectroscopy. In The 23rd IEEE international symposium on robot and human interactive communication (pp. 1128-1133). IEEE.

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