随着脑电测量等脑神经系统活动的技术进步，神经脑功能与工业工程的结合，研究生产活动中的人脑神经活动的特征、人脑对各类信号的反应特征，以及如何依据这些特征来改进生产管理、生产调度，改进安全系统的设计和产品设计；实现人、机、环系统总体性能的优化。在人的大脑结构功能与生产决策行为、生理心理指标与工作状态、安全生产与社会和谐之间架起了一座桥梁。
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脑电与工业工艺设计
神经工业设计（Neural Industrial Design，Neuro ID）借用神经科学的最新技术和成果，依据使用者对产品的外形、功能、质量、使用价值的神经感知（用神经科学手段测量），改进优化设计。对功能的神经感知、对质量的神经感知，已经分别深入到了神经价值工程和神经质量管理的领域。应用于神经工业工程研究的平台还包括功能核磁共振（fMRI）、生理记录仪、生物反馈仪和眼动仪等。
神经设计之一：消费者神经响应导向的设计。产品设计考虑从外观的美观感知到使用功能的有用性感知（产品的有用性和用户的有用性感知，是两个不同的概念），过去的评分方法会受到与感知以外的诸多因素的影响，例如，别人的看法常常导致评分偏离消费者的感知。饰品企业为了设计的产品受消费者欢迎，进行市场调研用量表做客户调查，在很多情况下，评分可能并不能客观反映评分者对产品功能或质量的瞬间的真实感知。图一给出了测量消费者对不同设计产品的神经感知的过程。依据脑电信号，可以得到客户对设计的真实评价，从而客观筛选受客户欢迎的产品设计[1]。
图一：用事件相关电位技术测量消费者对饰品设计的神经感知
神经设计之二：生产者神经负荷导向的设计。产品设计和工艺设计决定了制造该产品过程中的生产工人的体力负荷与脑力负荷。因此能够通过对“生产工人在操作过程中的体力（如肌电）和脑力（如脑电中Theta 波、低段Beta波、Gamma 波等）的测量与分析（图二），反过来改进产品设计与工艺设计。依据数据，可以找出产品和工艺设计的不合理之处，从而实施设计的改进。
图二：不同工作状态的不同体力和脑力负荷
上图中，EMG是肌电的缩写，表示相应肌肉的负荷状态；Theta是脑电波中的频段为4-8Hz的生物电，通常是心力负荷状态；SMR是脑电中频段为12-16Hz的生物电，通常表示注意力的负荷；此外，表示脑力负荷的还有脑电波中Gamma频（30Hz以上），它表示记忆活动的负荷[1]。
神经工效学使用有关大脑功能和人类绩效的知识去设计技术和工作环境，以便用户进行更加安全和有效的操作；加深对真实环境下与人类绩效相关的大脑功能神经机制的理解。除了应激、疲劳和体力工作，新兴领域体力神经工效学关注的是与体力工作控制与设计相关的人脑活动的知识。功能性的脑电主要强调在选择性运动任务中人脑活动的时域分析。与体力工作有关的大脑活动知识对于理解一系列体力任务中人脑的能力和局限性具有重要意义，对于工作场所的设计具有重要的指导意义。Jiang 等人采用ERPs 技术，提供了大脑老化会导致运动朝向加工和视觉运动启动加工延迟神经生理学证据。认知老年化的认知神经科学研究可以揭示与年龄效应相关的神经机制，为不同年龄群体的产品设计提供神经科学的证据[2]。
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汽车工业设计与脑电研究
汽车工业设计是整个汽车设计的第一个环节，随着产品设计从以产品为中心向以用户为中心转移，设计师开始重视用户对产品设计的感受和评价。
根据心理学研究，人类所有的认知和知觉都是评价性的，这种评价和判断信息会通过人们的生理和心理信号表达出来。实际过程中产品的美感、舒适性等因素通过实验评价法测试（采用脑电仪对产品舒适度、外观等进行用户体验测试、结合生理和心理的汽车工业设计评价研究与实践）进行新产品工业设计审美体验的相关生理和心理反应指标，能更好判断产品工业设计偏好[3]。用户的审美认知体验是一个接受信息和处理信息的过程，可分为感知、理解、偏好和决策四个阶段。整个大脑皮层的神经活动及心理活动等信息通过脑电波表达出来。
根据汽车造型刺激诱发的认知加工中，不同汽车造型刺激下脑电活动具有明显的差异性。喜欢造型的反应速度较不喜欢造型要快，喜欢造型的大脑活跃性高于不喜欢造型状态（α波信号在顶枕部最为明显，已有脑地形图的顶枕区研究分析得知〉不喜欢造型。人们对汽车头部重视程度较尾部高，对车灯重视程度高于一般形态元素。不仅注重整体形态，而且对细节也非常重视。饱满流畅一体化汽车形态最为人们偏爱[3]。通过科学的方法，进行汽车造型的脑电信号分析，分析认知脑电与汽车造型的关系，以及脑电信号研究汽车造型的可行性。不断探索研究向实用阶段过渡，是现代汽车造型设计方法中的新阶段。
图三：两种刺激下的α波能分布
α波频率为8~13HZ，是成人脑电信号中的基本节律，在大脑各区均可采集到，顶枕部信号最为明显，波功率越大代表脑活动性越小；喜欢造型刺激下α波能量均显著大于不喜欢造型，即喜欢造型大于不喜欢造型。因此推断喜欢造型下脑活跃性高于不喜欢造型[4]。
采集自发脑电信号、诱发脑电信号和其他生理干扰信号。以及后续滤波、基线矫正等数据处理，脑电地形图及波形图、测试相关性的分析，研究表明汽车工业设计和脑电的评价指标存在着较强的正相关关系，以及在心理量值、眼动各个维度上的评价结果可以相互验证[4]。为汽车工业设计用户体验评价提供了更为丰富的评价指标，有效降低了在汽车设计阶段由于前期设计方案评选失误而造成后期资金投入的风险。未来可用于其他工业产品设计阶段的设计方案评选以及上市后产品造型的竞争性分析等应用领域。
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图形符号设计认知
图形符号设计认知研究包括社会学、认知心理学、人类工效学、人机交互、设计艺术学等在内的多学科交叉领域，在图形符号的认知过程中，用户首先注意到的是图形符号的视觉属性，其次是它们的含义，图形符号认知内容主要包括视觉搜索和理解两个方面。
图形符号设计认知研究可分为道路交通符号的设计认知研究、安全符号的设计认知研究、人机交互界面中图形符号的设计认知研究及公共信息图形符号的设计认知研究等几个方面、用户因素对图形符号的设计认知影响研究、环境因素对图形符号设计认知的影响研究等[6]。
图四：警示标志中不同风险词语引起的电位差异
当我们用禁止类、警告类、指令类等不同类别的警示信号词，作为视觉刺激呈现给被试者，图四额中央区（如Fz电极位）和中央顶区脑（如CPz 电极位）的ERP的两个成分P200与LPP，在高低风险之间，都有显著差异[1]。该研究从ERPs角度为C-HIP模型提供了总体一致的电生理证据。
采用事件相关电位技术能从更加深层次的大脑加工机制方面研究图形符号认知过程中的问题，这对揭示图形符号认知规律、增强图形符号信息传达能力，在探讨更有效的图形符号设计方法和人机交互界面具有科学指导与应用参考价值。
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广告与认知神经机制研究
随着全球化的不断发展，商品市场竞争日趋激烈，为了使特定商品从众多选择中脱颖而出，市场营销、平面广告在商品推广和促进消费者认知方面起到十分重要的作用。消费者所有的行为实质都是大脑处理信息的结果，因此在脑神经科学层面研究消费者在营销活动中的有关行为具有很强的现实意义。
大脑不同区域接受信息表征图
神经营销学中一个最著名的案例就是消费者品尝百事可乐与可口可乐的实验。该研究利用设备测量消费者在品尝两种品牌可乐时脑部激活情况，经过研究发现，尽管两种可乐在味觉方面存在差异（体现在味曹相关的低级加工脑区），但是消费者对品牌的态度并不受此影响，更多地与高级认知加工脑区相关。
此项神经营销学研究证明促使消费者进行购买决策并不仅仅是产品本身质量的好坏，还有其他诸如品牌等因素。实质是一个“接受信息一脑神经加工信息一一决定行为”的决策过程。神经营销研究使得市场营销策略研究从行为、心理层面进一步深入至脑神经层面，直接获取消费者大脑最真实的数据，意义重大。
例如以动物为原型的车标有德国的保时捷、意大利的法拉利等。隐喻式广告设计的有效性将直接影响市场营销效果，这都最终依赖于消费者的认知和行为。
实验获取的脑电数据模型，从神经层面证实广告隐喻不仅会诱发消费者对广告信息进行浅层次理解，同时还促使消费者进行思考，基于个人经验和知识深层次理解广告信息，从而有效提高广告信息记忆程度[7]。将神经科学技术与传统调研方法结合的“神经营销”，已经越来越多广告公司及提供神经营销服务的公司开始尝试。
ERP研究脑功能的实验技术在工艺设计、生产者神经负荷导向的产品设计、图形安全符号设计、神经营销广告设计领域的初步研究已经为工业设计领域打开窗口，应用领域研究方向广阔，未来ERP神经工业设计的研究还会采用多种脑电成分以及更加趋近于现实的实验设计，如基于汽车疲劳驾驶导向的人因设计、管理设计、移动互联网时代下的产品交互设计等。
参考文献：
[1]马庆国,付辉建,卞军. 神经工业工程:工业工程发展的新阶段[J]. 管理世界,2012,06:163-168+179.
[2]任衍具. 神经工效学—工效学研究的新取向[J]. 人类工效学,2011,03:80-83.
[3]唐帮备,郭钢,王凯,林立,周婧,樊轩,许娜,郭小燕. 联合眼动和脑电的汽车工业设计用户体验评选[J]. 计算机集成制造系统,2015,06:1449-1459
[4]王剑. 基于认知脑电的汽车造型评价研究[D].东北大学,2009.
[5]卞军. 安全管理中安全标志及其设计要素的感知机理研究[D].浙江大学,2014.
[6]宫勇. 图形符号设计认知研究[D].浙江大学,2012.
[7]肖灿. 营销广告中多模态隐喻的消费者认知神经机制研究[D].浙江大学,2014.
深圳市瀚翔生物医疗电子股份有限公司
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