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脑电EEG和fNIRS在游戏领域的研究成果汇总,助力游戏神经科学研究

2024-09-06     来源:本站     点击次数:1164

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随着国产3A大作《黑神话:悟空》的上线,凭借精美画面与深度剧情,迅速吸引全球玩家关注,相关话题持续热门。截至目前,《黑神话:悟空》的总销量已经达到了1730万份,且该游戏的总收入已经超过了8.3亿美元(约合人民币57亿)。

据《2024年1-6月中国游戏产业报告》,国内游戏用户规模达6.74亿,同比增长0.88%,彰显庞大玩家基数与市场潜力。

 

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游戏,作为现代文化的重要组成部分,其影响力已远远超越娱乐范畴,触及认知科学、教育学、心理学及神经科学等多个学科,成为探索人类大脑复杂活动机制的重要窗口。特别是随着脑电图(EEG)与近红外脑功能成像(fNIRS)等无创脑成像技术的广泛应用,以更加客观精细的角度,深入剖析游戏如何塑造并影响我们的大脑结构与功能。
 
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本文收集整理了近年来脑电 EEG 和 fNIRS 在游戏领域的研究成果,旨在为游戏神经科学研究提供有力支持与启发。这些研究不仅揭示了游戏过程中大脑在认知处理、情感体验及社交互动等方面的复杂运作机制,更为游戏设计、教育应用、心理健康干预等多个领域开辟了全新的视角与可能性。
 

EEG在游戏领域的科研探索

当前,众多研究人员正积极运用EEG(脑电图)等技术,对游戏过程中的大脑活动展开了深入而广泛的探索,并已取得了丰硕的研究成果。

1.《恐怖视频游戏中的感知压力和认知功能量化:脑电图特征和生化测量》
该文研究了恐怖视频游戏对玩家心理压力和认知功能的影响,通过EEG特征和生物化学测量,发现恐怖游戏会显著增加玩家的心理压力、兴奋和厌恶感,降低催产素和脑源性神经营养因子水平,从而对认知能力产生负面影响。

参考文献:Aliyari H, Golabi S, Sahraei H, Sahraei M, Minaei-Bidgoli B, Daliri MR, Hazrati R, Tadayyoni H, Kazemi M. Perceived Stress and Cognition Function Quantification in a Scary Video Game: An Electroencephalogram Features and Biochemical Measures. Basic Clin Neurosci. 2023 Mar-Apr;14(2):297-309. doi: 10.32598/bcn.2022.3811.1. Epub 2023 Mar 1. PMID: 38107533; PMCID: PMC10719968.

2.《反映游玩<英雄联盟>时网络游戏障碍特征的脑电图参数选择》
本研究通过一系列统计过程分析了EEG数据,以确定区分互联网游戏障碍(IGD)受试者和健康受试者的最有效参数。研究发现在玩游戏时,特定EEG波段的参数(如Alpha波、SMR和中Beta波)在IGD受试者中表现出显著差异,这些参数可以作为IGD症状的定量评估指标。此外,研究还揭示了EEG相对功率的动态变化,这可能解释了以往研究中的不一致结果。

参考文献:Kim JY, Kim DJ, Im SK, Kim HS, Park JS. EEG Parameter Selection Reflecting the Characteristics of Internet Gaming Disorder While Playing League of Legends. Sensors (Basel). 2023 Feb 2;23(3):1659. doi: 10.3390/s23031659. PMID: 36772696; PMCID: PMC9919677.
 

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3.《游戏相关任务对游戏障碍诊断和分类的影响》
本研究探讨了游戏障碍(GD)患者在执行不同认知任务(持续操作任务和在线视频游戏)时的认知功能变化。通过脑电图(EEG)和心率变异性等指标,发现游戏障碍组在在线视频游戏任务中表现出左额区和心率变异性的显著变化,这些变化与网瘾和冲动性相关。研究表明,游戏障碍患者的认知功能下降具有任务依赖性,这为游戏障碍的诊断和分类提供了新的视角。

参考文献:Choi J, Choi Y, Jung YC, Lee J, Lee J, Park E, Kim IY. Effects of Game-Related Tasks for the Diagnosis and Classification of Gaming Disorder. Biosensors (Basel). 2024 Jan 13;14(1):42. doi: 10.3390/bios14010042. PMID: 38248419; PMCID: PMC10812970.


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4.《电子游戏成瘾与抑制控制问题的早期阶段有关:一项使用提示 Go/NoGo 任务的事件相关潜力研究》
本研究旨在通过使用提示性Go/NoGo任务来研究VGA对与反应抑制相关的大脑活动的影响,以探讨行为反应和事件相关电位与特定反应抑制之间的关系。研究发现,视频游戏成瘾者(VGA)在反应抑制方面存在困难,表现为NoGo试次中遗漏错误增多,且大脑早期抑制性电位N2的振幅显著降低,表明其在主动认知控制方面受损。


参考文献:Fathi M, Pourrahimi AM, Poormohammad A, Sardari S, Rajizadeh MA, Mazhari S, Pourkand D. Video game addiction is associated with early stage of inhibitory control problems: An event-related potential study using cued Go/NoGo task. Addict Biol. 2024 Apr;29(4):e13391. doi: 10.1111/adb.13391. PMID: 38564585; PMCID: PMC10986938.


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fNIRS在游戏领域的科研探索

当前,fNIRS(功能性近红外光谱成像)技术凭借其非侵入性、高时间分辨率以及精准的空间定位能力,成为了研究游戏神经科学的新宠儿,为深入探究游戏过程中大脑血氧活动的变化开辟了开辟了全新的视角与路径,引领着研究向更加精细与前沿的方向发展。

1.《在线视频游戏过程中与事件相关的前额叶激活受到游戏机制、生理唤醒和每日游戏量的调节》
本研究采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)记录了42名男性大学生在玩《英雄联盟》时的前额叶激活情况,同时记录心率以监控生理唤醒。发现不同游戏事件(如击杀和被杀)引发的前额叶激活模式受游戏机制、生理唤醒和个体游戏时长的影响。

参考文献:Long K, Zhang X, Wang N, Lei H. Event-related prefrontal activations during online video game playing are modulated by game mechanics, physiological arousal and the amount of daily playing. Behav Brain Res. 2024 Jul 9;469:115038. doi: 10.1016/j.bbr.2024.115038. Epub 2024 May 3. PMID: 38705282.

2.《以游戏吸引学习者——从功能近红外光谱的见解》
该研究通过神经成像技术探讨了游戏化学习对情绪、行为和认知参与的影响,重点研究了游戏元素在数学学习中对分数理解的作用。

参考文献:De Nicolò M, Kanatschnig T, Hons M, Wood G, Kiili K, Moeller K, Greipl S, Ninaus M, Kober SE. Engaging learners with games-Insights from functional near-infrared spectroscopy. PLoS One. 2023 Jun 6;18(6):e0286450. doi: 10.1371/journal.pone.0286450. PMID: 37279251; PMCID: PMC10243642.
 

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3.《基于棋盘游戏的三合一社会互动的脑间同步模式研究:fNIRS研究》
本文通过使用近红外光谱技术(fNIRS)研究了三方棋类游戏在基于社交互动中的脑间同步模式,并探讨了不同合作方式和沟通模式对脑间同步的影响。

参考文献:Park J, Shin J, Lee J, Jeong J. Inter-Brain Synchrony Pattern Investigation on Triadic Board Game Play-Based Social Interaction: An fNIRS Study. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2023;31:2923-2932. doi: 10.1109/TNSRE.2023.3292844. Epub 2023 Jul 12. PMID: 37410649.
 

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4.《游戏需求分类与实验疼痛的近红外光谱分析》
本研究主要探索了使用功能性近红外光谱(fNIRS)数据来分类游戏需求水平和疼痛状态的可能性。参与者在玩不同难度级别的赛车游戏时,同时接受冷压测试以评估疼痛反应。研究发现,fNIRS数据能有效分类游戏需求的难易程度,但在同时存在另一项任务时,难以准确分类疼痛状态。这显示了fNIRS在评估认知任务需求方面的潜力,同时也指出了在复杂情境下评估疼痛的挑战。

参考文献:Fairclough SH, Dobbins C, Stamp K. Classification of Game Demand and the Presence of Experimental Pain Using Functional Near-Infrared Spectroscopy. Front Neuroergon. 2021 Dec 21;2:695309. doi: 10.3389/fnrgo.2021.695309. PMID: 38235227; PMCID: PMC10790923.
 

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5.《实际实时互联网游戏期间互联网游戏障碍量表高分者的前额叶皮质激活:使用fNIRS的初步研究》
该研究探讨了实时游戏中的神经机制,以区分目前有争议的网络游戏成瘾(IGD)与其他行为成瘾,并使用功能性近红外光谱法(fNIRS)研究了15名IGD组和15名对照组在游戏中的神经活动。研究发现,IGD组在积极事件中显示出更强的左侧背外侧前额叶皮层(DLPFC)激活,而在消极事件中则显示出较弱的侧OFC激活。

参考文献:Cho TH, Nah Y, Park SH, Han S. Prefrontal cortical activation in Internet Gaming Disorder Scale high scorers during actual real-time internet gaming: A preliminary study using fNIRS. J Behav Addict. 2022 Apr 7;11(2):492–505. doi: 10.1556/2006.2022.00017. Epub ahead of print. PMID: 35394923; PMCID: PMC9295239.


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想象一下,当你沉浸在游戏中操控角色进行着异常酣畅淋漓的战斗时,你的大脑正在经历怎样的变化?

可穿戴EEG和fNIRS技术能够捕捉到游戏过程中大脑皮层的脑电波变化,以及前额叶、运动皮层乃至视听觉处理区域的血氧浓度变化,揭示出游戏体验如何激发玩家的决策制定、手眼协调以及情绪反应。
 


这不仅是技术与游戏的碰撞,更是科学探索的新热点。同时也促进了游戏产业与神经科学、心理学等学科的连接。

期待这一研究方向带来更多突破,开启游戏与科学融合的新篇章!
 

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Brite系列
Brite 系列产品是便携式功能性近红外光谱(fNIRS)设备,可测量所有年龄段受试者的大脑活动以及任何大脑区域:从最通用、最便携的 27 通道 Brite到专为前额叶皮层设计的设备,再到专为 0 至 1.5 岁婴儿设计的 BabyBrite,Brite 系列为每项研究提供了完美的解决方案。
 

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PortaLite MKII
PortaLite MKII是一款便携式近红外设备,配有两个可拆卸的传感器,用于测量大脑或肌肉中的氧含量。每个传感器有6个通道,3个长分离通道和3个短分离通道,用于测量氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对浓度变化以及组织饱和度指数(TSI)。使用两个传感器,PortaLite MKII 可以轻松地同时监测不同部位,例如大脑和肌肉,或两个大脑半球。
 

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SAGA
SAGA是一款便携式脑电采集分析系统,可同时采集脑电、高密度肌电、心电、表面肌电、眼电、皮温、皮电、呼吸、压力、角度、加速度和血氧等多种生理数据。SAGA 设备用于脑电数据采集的优势在于其便携可穿戴的特点,可适配独特的环耳电极,加上主动屏蔽电缆结合重力,感应技术,使其更加适合在自然情景中应用,提供了生态效度更高的脑电数据采集方案。
 
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fNIRS - EEG 同步采集
支持与 TMSi EEG 等脑电设备的同步测量。可定制 fNIRS - EEG 采集帽,多达54个fNIRS 通道和 6 个EEG通道,提供完整可行的 fNIRS - EEG 同步测量解决方案。
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