基于生物信号同步性评估共创设计中人际创造力互动水平动态的研究

本研究针对共创设计中人际互动动态难以量化的问题，通过生物信号同步性分析，探索了面部肌电（fEMG）和眼电（EOG）信号与主观互动水平（动机、配对感）的关联。研究发现，动态时间规整（DTW）算法计算的颧大肌（EMGZ）同步性与互动强度正相关，而莱文斯坦距离（Ld）分析的眨眼模式（EOG）同步性可预测互动方向变化。该成果为客观评估共创互动动态提供了新方法，对优化协同设计过程具有重要意义。

在当代设计科学领域，协同设计（co-design）作为一种强调全员参与的创造性社会活动，正日益受到重视。然而，尽管共创（co-creation）方法近年来得到广泛应用，但对其动态机制的研究仍显不足。这些动态源于参与者在主体间性（intersubjectivity）环境中通过密集互动产生的共享主观性。传统研究多通过定性分析设计过程的结果来探讨这些动态，仅能提供对复杂共享设计空间的有限视角。主体间性作为互动参与者共同构建的基础机制，通过社会互动连接个体主观性，为超越以往对创造力等人因的个人层面理解，从人际层面直接研究其构成和互动动态提供了可能。

为深入理解共创过程中的人际因素，日本九州大学等单位的研究人员开展了一项创新性实验，旨在通过生物信号同步性分析来量化互动水平动态。该研究聚焦二人团队（pairwork）的共创任务，通过比较生物信号同步性与主观反馈的互动水平，探索互动动态的客观评估方法。研究成果发表于《Design Science》期刊，为设计科学领域引入了新的跨学科研究方法。

研究采用的关键技术方法包括：1）通过表面电极记录双侧颧大肌（EMGZ）和皱眉肌（EMGC）的面部肌电（fEMG）信号以及垂直眼电（EOG）信号；2）使用达默劳-莱文斯坦距离（Ld）和动态时间规整（DTW）两种算法计算生物信号同步率；3）通过连续主观报告法获取参与者对动机和配对感（pairness）的动态评分；4）将20对健康受试者（40名设计相关专业学生）的粘土故事创作任务数据按15秒间隔划分为3514个数据点进行分析。

4.1 平均互动水平与生物信号同步性的关系

通过DTW算法计算的颧大肌（EMGZ）同步性与互动强度呈负相关关系（χ²(2)=18.55, p<0.001），即较高的互动水平对应较高的EMGZ同步性。这表明共享的微笑行为与积极的互动状态密切相关。同时，Ld算法分析的眨眼模式（EOG）同步性与互动强度呈正相关（χ²(2)=30.69, p<0.001），互动强度越高，眨眼次数越多，反映了更深层次的认知过程共享。

4.2 互动水平差异与生物信号同步性的关联

Ld算法分析的皱眉肌（EMGC）同步性与互动水平差异程度呈现特殊关系（χ²(2)=16.43, p<0.001），低差异和高差异情况下的同步性均高于中等差异情况。这表明EMGC同步性更多反映的是互动中参与者之间的平衡关系，而非单纯的互动强度。

4.3 互动动态方向与生物信号同步性的预测

DTW算法分析的颧大肌（EMGZ）和皱眉肌（EMGC）同步性均与互动动态方向呈负相关（分别为χ²(2)=11.22, p<0.05和χ²(2)=15.50, p<0.05），表明互动水平下降前会出现较高的肌肉同步性。这种现象可能预示着互动强度的峰值状态，为预测互动动态变化提供了生物信号指标。

4.4 熟悉度对研究结果的影响

相关性分析显示，熟悉度与平均互动水平呈弱负相关（r(3514)=-.25, p<0.001），但与互动水平差异无显著相关。这表明实验设计有效降低了情境因素的影响，熟悉度主要影响互动强度的初始水平，而对互动动态过程影响有限。

本研究通过生物信号同步性分析，为理解共创过程中的人际互动动态提供了新的视角和方法。研究发现，不同生物信号及其对应的共享行为在互动中扮演着不同角色：颧大肌（EMGZ）同步性主要反映互动强度，皱眉肌（EMGC）同步性指示参与者间的平衡关系，而眨眼模式（EOG）同步性则与认知过程深度相关。两种同步性计算算法（Ld和DTW）也各有侧重，Ld侧重于行为激活的时间相似性，DTW则更关注生理行为的整体模式匹配。

这些发现对设计实践具有重要意义：首先，共创环境需要保障参与者的动机自由和方向自主，这是一种自下而上的设计方法；其次，配对感作为衡量参与者间共享深度的主要因素，是维持高水平互动的关键；最后，非语言沟通行为的自然性和直接性对达成优质共创体验至关重要。该研究通过挑战传统的以个体为中心的创造力观点，采用对话性研究方法，拓宽了从社会认知科学角度理解设计中人际因素影响的视野，为优化共创过程、提升设计体验提供了科学依据，使更多人能够成为自身创造过程的参与者，实现了创造力民主化的社会设计目标。

研究的局限性主要在于实验任务的简化可能无法完全代表真实设计过程中的所有互动情况，且参与者文化背景相对单一。未来研究可在更广泛的社会文化背景下验证这些发现的普适性，并进一步探索生物信号同步性与共创成果之间的直接联系。