آثار فرهنگی اجتماعی و روانی فناوری اطلاعات روی انسان/تعامل انسان - کامپیوتر و سنجش مغز با استفاده از طیف‌بینی عملی نزدیک به فروسرخ

' تعامل انسان - کامپیوتر و سنجش مغز با استفاده از طیف‌بینی مادون قرمز - نزدیک کاربردی سالخوردگی و استفاده از فناوری اطلاعات
آثار فرهنگی اجتماعی و روانی فناوری اطلاعات روی انسان


چكيدهویرایش

طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) بعنوان يكي از ابزارهاي تصوير برداري غيرتهاجمي سبك وزن و نوظهور مطرح است كه قابليت سنجش سطوح اشباع اكسيژن يا تركيب اكسيژن با خون را دارا مي‌باشد. ما با انجام آزمايشي نشان خواهيم داد كه چگونه مي‌توان از اين سيستم استفاده نمود و با بهره‌گيري از روال تعامل كامپيوتر با انسان (HCI) چنين مقوله‌اي را به سرانجام رساند. ما از تكنيك فراگيري ماشيني جهت آناليز داده‌هاي طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي استفاده كرده و نسبت به طبقه بندي سطوح مختلف حجم كار مغزي اقدام نموديم. با استفاده از روال اندازه‌گيري fNIRS و الگوريتمهاي فراگيري ماشيني، قادر خواهيم بود سطوح مختلف حجم كاري كاربران را تشخيص داده و سبكهاي تعامل مابين را با بهره‌گيري از برنامه‌هاي كامپيوتري با ميانگين دقت 83% براي موضوعات مختلف مشخص نمائيم. نتايج بدست آمده امكان پذيري بهره گيري از طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) در تحقيقات سيستم تعامل انسان با كامپيوتر (HCI) را نشان مي‌دهد.

عبارات اصلي : طراحي، عوامل انساني، آزمايش

كلمات كليدي : رابط‌هاي كامپيوتر مغز (BCI)، حجم كار، طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS)، سبكهاي تعامل

مقدمهویرایش

اكتساب يا تحصيل سنجشهاي وابسته به حالت ذهني يا دماغي يك كاربر كامپيوتر يكي از مقوله‌هاي با ارزش در حيطه مقوله‌هاي علمي تعامل انسان و كامپيوتر (HCI) مي‌باشد. اهميت چنين مقوله‌اي هم از نكته نظر ارزيابي تعاملات و هم از ديدگاه درونداد زمان واقعي براي سيستمهاي رايانه‌اي قابل توجه مي‌باشد. با وجود آنكه مي‌توانيم بصورت دقيق زمان تكميل يك وظيفه و دقت آن را اندازه بگيريم، سنجش فاكتورهايي نظير حجم كارهاي ذهني، ناكامي‌ها و حواس پرتيها، معمولا امر مشاهده دقيق و كيفي كاربران يا بررسيهاي هدفمند نظارتي وابسته بدانها را با محدوديت روبرو مي‌سازد. اين بررسيها معمولا بعد از اتمام يك وظيفه يا كار محوله به كاربران انجام مي‌پذيرد و بر اين اساس احتمال از دست دادن بينش‌ها و نكته نظرات با ارزش در زمينه تجارب در حال تغيير يك كاربر در طي انجام پروسه كاري يا وظيفه محوله وجود دارد. بدينسان مقوله استفاده از تكنيكهاي ارزيابي جديد كه تجربه‌هاي كاربران، به هنگام كار با رايانه‌ها را مورد كنكاش و نظارت قرار مي‌دهند بصورت روزافزون احساس مي‌شود. جهت مخاطب قرار دادن چنين مقوله‌هايي كه وابسته به ارزيابي و سنجش كاربران مي‌باشند، توانايي سنجش حالات كاربران، همانند حجم كار، احساس و خستگي، بصورت زمان واقعي لازم است.

در اين تحقيق ما طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS)، بعنوان يك تكنولوژي نسبتاً جديد جهت سنجش فعاليتهاي مغزي را بكار گرفته‌ايم و بدين منظور استفاده از فرآيندهاي فراگيري ماشيني جهت آناليز داده‌هاي بدست آمده را به خدمت گرفتيم. دستگاه طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) كه بعنوان يك سيستم ايمن، قابل حمل، غير تهاجمي و با توان كنترل از راه دور در اين مقوله معرفي شده است قابليت استفاده در محيط‌هاي زندگي واقعي را داشته و فرآيند ارتباط انسان با كامپيوتر، مبتني بر اصول طبيعي، را امكان پذير ساخته است.

علاوه بر كمك به ارزيابي رابطه‌ها، خروجي سيستم طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) مضاميني از كاربردهاي بالقوه، بعنوان يك كانال ورودي سبك وزن موازي براي كاربران، را به ارمغان آورده است. از اين اطلاعات بدست آمده از مغز مي‌توان جهت ارتقاي كارايي يا ادراكات وابسته به تعامل كاربر با ماشين بهره گرفت و از اين طريق روشهاي دسترسي جديدتري را براي كاربران معلول بوجود آورد.

طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS)ویرایش

سيستم طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي غلظت هموگلوبين و اشباع اكسيژن بافت در مغز را اندازه‌گيري مي‌كند. اين سيستم از منابع نوري استفاده مي‌كند و با قرارگيري بر روي جمجمه نسبت به ارسال نور مادون قرمز- نزديك به داخل سر اقدام مي‌نمايد. بافتهاي بيولوژيكي در اين طول موج تقريبا حالت شفافي دارند، بر اين اساس ميرايي نور بسمت بافتها مي‌بايست چنان اندك باشد كه امكان تصويربرداري از بافت در عمق 2 الي 3 سانتي‌متري حاصل شود. هموگلوبين اشباع شده و هموگلوبين اشباع نشده با اكسيژن جزء جذب كننده‌هاي اصلي نور مادون قرمز- نزديك در بافتها بشمار مي‌آيند و بر اين اساس آنها ماركهاي مرتبط با تغييرات هموديناميكي و متابوليكي وابسته به فعاليت شبكه عصبي در مغز را فراهم مي‌آورند. بنابر اين، محققيني كه بر روي fNIRS تحقيق مي‌كنند مي‌توانند تغييرات هموديناميكي را از طريق استفاده از حسگرهاي نوري مورد ارزيابي قرار داده و بدينسان نور بازتاب داده شده كه قشر يا لايه مغزي را مورد كاوش قرار داده است را تحت بررسي و كنترل قرار دهند.

حجم كار و تجربه‌اي به سبك تعاملویرایش

هدف ما در اين تحقيق مشاهده اين موضوع مي‌باشد كه آيا چنين ديدگاهي قابليت سنجش فعاليتهاي اجزاي جلويي مغزي نظير حجم كار را خواهد داشت يا خير. علاوه بر اين، هدف ديگر كاربردي سازي اين فرآيند و تكنيكهاي فراگيري ماشيني جهت طبقه بندي نمودن سطوح حجم كار مي‌باشد.

وظيفه الف : بلوكهاي گرافيكيویرایش

هدف اصلي اين آزمايش مشخص نمودن اين است كه آيا داده‌هاي طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) براي تعيين سطح حجم كار كاربران، به هنگامي كه مشغول انجام وظايفشان مي‌باشند، كفايت مي‌نمايد؟

وظيفه ب : بلوكهاي گرافيكي در برابر بلوكهاي فيزيكيویرایش

علاوه بر اين ما خواستار تعيين اين نكته بوديم كه آيا تفاوتي در حجم كار مغزي به هنگامي كه كاربري امر استدلال فضايي بر روي يك نمايشگر گرافيكي، در برابر تكميل وظيفه با استفاده از يك موضوع فيزيكي، همانند يك رابط كاربر قابل لمس، را به اتمام مي‌رساند وجود خواهد داشت با خير؟ تحقيقات قبلي در زمينه مقايسه رابط ملموس و رابط گرافيكي كاربران، بصورت فعل و انفعالات يا كاتاليز شمول اين شرط، محقق شده است. بنابر اين، ما يك مكعب فيزيكي با حجم كار سطح سه، همراه با زمان چرخش و اندازه برابر، بعنوان مكعب گرافيكي آن سطح را در نظر گرفته‌ايم. نتايج بدست آمده موكد سطوح حجم كار ما بودند: افزايش تعداد رنگها منجر به سطح حجم كار بالاتر مي‌شود.

آناليز داده‌ها و نتايجویرایش

ما از طريق نرماليزه نمودن داده‌ها آنها را تحت پردازش مجدد قرار داده، با استفاده از اصل وارسي اعتبار بلوكي، آنها را با يك كلاسيفاير يا رده‌بندي كننده پرسپترون (perceptron) طبقه‌بندي نموديم. سپس بصورت مجزا كليه سطوح حجم كار پنج‌گانه را آزمايش كرده و شرايط سطح حجم كار گرافيكي دو، سه و چهارگانه و سطح سه حجم كار گرافيكي و فيزيكي را با هم مقايسه نموديم. ميانگين دقت بدست آمده 83% برآورد شده و محدوده‌اي از 73% الي 91% بدست آمد. چنين نتايج دسته بندي مثبتي از نقطه نظر ارتباطات انسان و كامپيوتر قابل توجه و مفيد مي‌باشد. در اينجا تفاوتهايي بين نمايش يك مكعب بصورت گرافيكي در برابر يك رابط فيزيكي كاربر بچشم مي‌خورد. به هنگامي كه نتايج خود را در مقايسه با سطوح حجم كار 0، 2 و 4 مقايسه مي‌كنيم، محدوده دقت دسته بندي از 41.15% الي 69.7%، بسته به موضوع، خواهد بود. نتايج NASA-TLX يافته‌هاي ما را تاييد مي‌كنند: با افزايش سطح دشوراي يك وظيفه تعداد رنگهاي روي يك معكب نيز بيشتر مي‌شوند.

نتيجه‌گيريویرایش

هدف ما در اين مقاله تست قابليت دستگاه طيف بيني مادون قرمز- نزديك كاربردي (fNIRS) جهت تشخيص سطوح حجم كار در سيستم تعامل انسان با كامپيوتر (HCI) مي‌باشد، تا بر اين اساس بتوانيم نسبت به توسعه تكنيك‌هاي طبقه‌بندي جهت تفسير چنين داده‌هايي اقدام نموده و نشان دهيم كه استفاده از چنين سيستمي در تعاملات انسان با رايانه امكان پذير مي‌باشد. آزمايشات ما معرف چندين مقايسه حجم كاري با سطوح اميد دهنده در زمينه دقت دسته‌بندي مي‌باشد. يكي از اهداف دراز مدت ما استفاده از اين تكنولوژي بعنوان يك ورودي زمان واقعي رابط كاربر در دنياي واقعي مي‌باشد. بر اين اساس، مشاهده شده است كه دستگاه ما هيچ¬گونه محدوديتي را بر موضوع استفاده از سيستم تعاملي نداشته و قادر است تا بصورت زمان واقعي نسبت به جمع‌آوري و انتقال داده‌ها اقدام كند. اين مطلب براي جوامعي كه در ارتباط با رابط‌هاي بين انسان و ماشين يا كامپيوتر در حال كار مي‌باشند خبري نويد دهنده است.

منابعویرایش

پیوند به مقاله: دریافت منبع