基于LMM模型的实证研究：环境清洁度是降低老年人神经压力的关键
2025-12-31 来源:本站 点击次数:317环境清洁度才是降低老年人神经压力的关键 —— 基于 LMM 模型的实证研究
引言/背景介绍
全球城市更新正从大规模重建转向以人为本的质量提升，而人口老龄化加剧了这一挑战。在中国，单位制社区（Unit-based Communities）作为计划经济时期形成的住宅区，容纳了超过40%的城市老年人口。这些社区普遍存在公共空间老化、设施不足等问题，与年龄友好目标存在差距。国际上的年龄友好城市指南（WHO）又在高密度亚洲城市中面临适应性障碍。以往研究多依赖主观方法，如问卷和行为观察，缺乏客观生理证据。
老问题需要新工具。神经建筑学（Neuro-architecture）的发展让研究者能通过脑电图（EEG）和眼动追踪（Eye-tracking）直接"读取"人对空间的生理响应：β波升高意味着大脑拉响警报，视线聚集点揭示潜在风险区域。现有研究多关注空间功能布局，却忽视了环境整洁度这一基础要素。本研究将这两种技术引入单位社区，首次尝试量化回答一个关键问题：对老年人而言，环境整洁与空间功能孰轻孰重？
这一探索不仅填补了旧社区改造的神经证据空白，更将为年龄友好社区更新提供科学依据，推动城市更新从"宏观改造"转向"微观关怀"的实质转变。
文章信息
论文概要
本篇论文发表于《Journal of Asian Architecture and Building Engineering》（2025年11月16日在线发布），标题为“EEG-Eye tracking integration for neural stress responses to environmental cleanliness versus spatial function in China's unit-based community renewal”。作者来自湖北工业大学建筑系。
课题组整合脑电（electroencephalography, EEG）与眼动（eye-tracking）技术，对30名60–80岁老年人进行30幅公共空间场景的刺激实验，核心发现显示，环境清洁度（cleanliness）是影响老年人神经应激的关键：低清洁度空间使EEG β/α比率显著升高（至少2%），而空间功能类型（如体育区或社交区）无显著影响。眼动数据进一步表明，老年人视觉注意力集中于地面铺装、车辆等实用元素。结论提出“安全-功能-心理舒适”框架，强调清洁度优化在年龄友好更新中的优先性。
研究方法
实验设计概述
研究以武汉市武昌区9个单位社区为样本（表1），基于马斯洛需求理论将公共空间分为五类功能类型（如生活支持设施、体育区等）（表2），并标记高/中/低三级清洁度。技术路径借鉴了前人研究，空间分类通过SAM2模型实现图像分割，清洁度评价经专家双盲评分验证（Kappa=0.442）。实验刺激材料包含30张图片（2 张 / 功能类型 ×5 类 ×3 清洁度），且无重复地呈现。
表1. 社区样本细节
表2. 五种空间类型
实验采用EEG和眼动设备采集生理以及行为信号，对30名老年人进行图像刺激测试，流程包括10秒/图的随机呈现，在封闭环境中进行以控制干扰（图1）。
脑电信号以β/α 比值作为神经压力的量化指标（α 波对应放松状态，β 波对应活跃 / 警觉状态，比值越高神经压力越大），采用线性混合模型（LMM）分析，核心是探究社区公共空间的空间类型（5 类，基于马斯洛需求层次划分）和清洁度（高 / 中 / 低三级）对老年人神经压力的影响，同时控制受试者个体差异。具体操作为：纳入 “空间类型 + 清洁度 + 二者交互项” 作为固定效应，以 “受试者 ID” 为随机截距（控制个体生理差异），采用限制性最大似然法（REML）估计模型参数，并通过 Ⅲ 型平方和检验效应显著性。另外，研究人员使用眼动仪捕捉注视点数据，通过热图可视化关注区域（红色为高关注、蓝色为低关注）和注视点计数，量化老年人对空间元素的视觉注意力分配，识别核心关注对象。
图1. 实验观测过程
主要结果
神经压力指标（β/α）：图2显示，整洁度主效应显著（F(2,8421) = 3.942, p = 0.019），低整洁场景β/α平均升高≥2%，提示杂乱环境通过增加认知负荷提升皮层警觉。空间类型及交互项均未达显著水平（p = 0.805, 0.968），表明功能类别本身并不主导老年人的神经压力差异。图3箱形图进一步呈现单调梯度：高整洁（1.193）→中整洁（1.200）→低整洁（1.281），IQR逐层扩大，反映个体对凌乱环境敏感度差异加剧。
图2. 线性混合模型（LMM）固定效应检验结果 自变量：β/α 比值. Intercept：截距项；Space Type： 空间类型；Cleanliness： 整洁度；Interaction term： 交互项（Space Type × Cleanliness）
图3. 三种清洁度水平下脑电图（EEG）数据影响比值 β/α
眼动数据凸显视觉注意力模式热图（图4）和注视点统计（表3）显示，老年人注意力集中于功能性和杂乱元素：地面铺装（注视点占比14.32%）、电动汽车（8.06%）和车辆（8.69%）成为热点，而杂乱物体引发分散性注视。绿色元素（如树木）虽占比高（12.68%），但多作为背景，吸引力较低。
图4. 30种刺激材料的眼动热图
表3. 空间与元素注视点总结
脑电和眼动分析结果共同表明，清洁度而非功能类型是驱动老年人应激的核心，眼动数据支持了EEG发现，与前人研究中关于注视点预测环境评价的结论一致。
跨空间类型验证：图5将生活保障设施、运动、社交、绿化四类场景按整洁度分层，β/α比值均呈随整洁度下降而升高的一致斜率，证实“整洁度—神经压力”关联不受功能类型调节，为更新实践提供了可泛化的干预靶点。
图5. 四种空间类型及三种清洁度等级的脑电图数据影响比
结论与展望
本研究通过神经证据揭示，环境清洁度而非空间功能是影响老年人社区体验的关键因素。这一发现促使重新思考年龄友好社区的建设逻辑：应当确立"清洁安全-功能完善-心理舒适"的递进式更新路径。
基于此，研究团队正推动三方面工作：一是将神经指标纳入社区评估体系，建立量化标准；二是开发轻量化装备实现实景监测，突破实验室局限；三是开展跨文化比较研究，探索普适性设计原则。
这些探索不仅推动"神经参与式设计"范式革新，更致力于让老年人通过生理反馈直接参与社区改造，使年龄友好从理念转化为可测量的科学实践。未来研究将聚焦技术落地与政策转化，推动城市治理从"经验判断"向"证据驱动"转变。
原文信息链接
Xiang, X., Shang, W., & Huang, W. (2025). EEG-Eye tracking integration for neural stress responses to environmental cleanliness versus spatial function in China’s unit-based community renewal. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 1–16.
https://doi.org/10.1080/13467581.2025.2589535
作者及单位介绍
该研究由湖北工业大学土木建筑与环境学院的Xu Xiang（第一作者）、Shang Wei（通讯作者）和Huang Wendi共同完成，Shang Wei同时任职于湖北工业大学河湖智慧感知与生态修复教育部重点实验室及河湖生态环境岩土与生态修复创新示范基地，研究团队聚焦建筑与环境领域，深耕适老化社区更新相关研究。
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