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基于LMM模型的實(shí)證研究：環(huán)境清潔度是降低老年人神經(jīng)壓力的關(guān)鍵

瀏覽次數(shù)：449　發(fā)布日期：2025-12-31　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

環(huán)境清潔度才是降低老年人神經(jīng)壓力的關(guān)鍵 —— 基于 LMM 模型的實(shí)證研究

引言/背景介紹
全球城市更新正從大規(guī)模重建轉(zhuǎn)向以人為本的質(zhì)量提升，而人口老齡化加劇了這一挑戰(zhàn)。在中國(guó)，單位制社區(qū)（Unit-based Communities）作為計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期形成的住宅區(qū)，容納了超過(guò)40%的城市老年人口。這些社區(qū)普遍存在公共空間老化、設(shè)施不足等問(wèn)題，與年齡友好目標(biāo)存在差距。國(guó)際上的年齡友好城市指南（WHO）又在高密度亞洲城市中面臨適應(yīng)性障礙。以往研究多依賴(lài)主觀方法，如問(wèn)卷和行為觀察，缺乏客觀生理證據(jù)。

老問(wèn)題需要新工具。神經(jīng)建筑學(xué)（Neuro-architecture）的發(fā)展讓研究者能通過(guò)腦電圖（EEG）和眼動(dòng)追蹤（Eye-tracking）直接"讀取"人對(duì)空間的生理響應(yīng)：β波升高意味著大腦拉響警報(bào)，視線聚集點(diǎn)揭示潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域�，F(xiàn)有研究多關(guān)注空間功能布局，卻忽視了環(huán)境整潔度這一基礎(chǔ)要素。本研究將這兩種技術(shù)引入單位社區(qū)，首次嘗試量化回答一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：對(duì)老年人而言，環(huán)境整潔與空間功能孰輕孰重？

這一探索不僅填補(bǔ)了舊社區(qū)改造的神經(jīng)證據(jù)空白，更將為年齡友好社區(qū)更新提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)城市更新從"宏觀改造"轉(zhuǎn)向"微觀關(guān)懷"的實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)變。

文章信息

論文概要
本篇論文發(fā)表于《Journal of Asian Architecture and Building Engineering》（2025年11月16日在線發(fā)布），標(biāo)題為“EEG-Eye tracking integration for neural stress responses to environmental cleanliness versus spatial function in China's unit-based community renewal”。作者來(lái)自湖北工業(yè)大學(xué)建筑系。

課題組整合腦電（electroencephalography, EEG）與眼動(dòng)（eye-tracking）技術(shù)，對(duì)30名60–80歲老年人進(jìn)行30幅公共空間場(chǎng)景的刺激實(shí)驗(yàn)，核心發(fā)現(xiàn)顯示，環(huán)境清潔度（cleanliness）是影響老年人神經(jīng)應(yīng)激的關(guān)鍵：低清潔度空間使EEG β/α比率顯著升高（至少2%），而空間功能類(lèi)型（如體育區(qū)或社交區(qū)）無(wú)顯著影響。眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明，老年人視覺(jué)注意力集中于地面鋪裝、車(chē)輛等實(shí)用元素。結(jié)論提出“安全-功能-心理舒適”框架，強(qiáng)調(diào)清潔度優(yōu)化在年齡友好更新中的優(yōu)先性。

研究方法
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概述
研究以武漢市武昌區(qū)9個(gè)單位社區(qū)為樣本（表1），基于馬斯洛需求理論將公共空間分為五類(lèi)功能類(lèi)型（如生活支持設(shè)施、體育區(qū)等）（表2），并標(biāo)記高/中/低三級(jí)清潔度。技術(shù)路徑借鑒了前人研究，空間分類(lèi)通過(guò)SAM2模型實(shí)現(xiàn)圖像分割，清潔度評(píng)價(jià)經(jīng)專(zhuān)家雙盲評(píng)分驗(yàn)證（Kappa=0.442）。實(shí)驗(yàn)刺激材料包含30張圖片（2 張 / 功能類(lèi)型 ×5 類(lèi) ×3 清潔度），且無(wú)重復(fù)地呈現(xiàn)。

表1. 社區(qū)樣本細(xì)節(jié)

表2. 五種空間類(lèi)型

實(shí)驗(yàn)采用EEG和眼動(dòng)設(shè)備采集生理以及行為信號(hào)，對(duì)30名老年人進(jìn)行圖像刺激測(cè)試，流程包括10秒/圖的隨機(jī)呈現(xiàn)，在封閉環(huán)境中進(jìn)行以控制干擾（圖1）。

腦電信號(hào)以β/α 比值作為神經(jīng)壓力的量化指標(biāo)（α 波對(duì)應(yīng)放松狀態(tài)，β 波對(duì)應(yīng)活躍 / 警覺(jué)狀態(tài)，比值越高神經(jīng)壓力越大），采用線性混合模型（LMM）分析，核心是探究社區(qū)公共空間的空間類(lèi)型（5 類(lèi)，基于馬斯洛需求層次劃分）和清潔度（高 / 中 / 低三級(jí)）對(duì)老年人神經(jīng)壓力的影響，同時(shí)控制受試者個(gè)體差異。具體操作為：納入 “空間類(lèi)型 + 清潔度 + 二者交互項(xiàng)” 作為固定效應(yīng)，以 “受試者 ID” 為隨機(jī)截距（控制個(gè)體生理差異），采用限制性最大似然法（REML）估計(jì)模型參數(shù)，并通過(guò) Ⅲ 型平方和檢驗(yàn)效應(yīng)顯著性。另外，研究人員使用眼動(dòng)儀捕捉注視點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)熱圖可視化關(guān)注區(qū)域（紅色為高關(guān)注、藍(lán)色為低關(guān)注）和注視點(diǎn)計(jì)數(shù)，量化老年人對(duì)空間元素的視覺(jué)注意力分配，識(shí)別核心關(guān)注對(duì)象。

圖1. 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)過(guò)程

主要結(jié)果
神經(jīng)壓力指標(biāo)（β/α）：圖2顯示，整潔度主效應(yīng)顯著（F(2,8421) = 3.942, p = 0.019），低整潔場(chǎng)景β/α平均升高≥2%，提示雜亂環(huán)境通過(guò)增加認(rèn)知負(fù)荷提升皮層警覺(jué)�？臻g類(lèi)型及交互項(xiàng)均未達(dá)顯著水平（p = 0.805, 0.968），表明功能類(lèi)別本身并不主導(dǎo)老年人的神經(jīng)壓力差異。圖3箱形圖進(jìn)一步呈現(xiàn)單調(diào)梯度：高整潔（1.193）→中整潔（1.200）→低整潔（1.281），IQR逐層擴(kuò)大，反映個(gè)體對(duì)凌亂環(huán)境敏感度差異加劇。

圖2. 線性混合模型（LMM）固定效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果自變量：β/α 比值. Intercept：截距項(xiàng)；Space Type：空間類(lèi)型；Cleanliness：整潔度；Interaction term：交互項(xiàng)（Space Type × Cleanliness）

圖3. 三種清潔度水平下腦電圖（EEG）數(shù)據(jù)影響比值 β/α

眼動(dòng)數(shù)據(jù)凸顯視覺(jué)注意力模式熱圖（圖4）和注視點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（表3）顯示，老年人注意力集中于功能性和雜亂元素：地面鋪裝（注視點(diǎn)占比14.32%）、電動(dòng)汽車(chē)（8.06%）和車(chē)輛（8.69%）成為熱點(diǎn)，而雜亂物體引發(fā)分散性注視。綠色元素（如樹(shù)木）雖占比高（12.68%），但多作為背景，吸引力較低。

圖4. 30種刺激材料的眼動(dòng)熱圖

表3. 空間與元素注視點(diǎn)總結(jié)

腦電和眼動(dòng)分析結(jié)果共同表明，清潔度而非功能類(lèi)型是驅(qū)動(dòng)老年人應(yīng)激的核心，眼動(dòng)數(shù)據(jù)支持了EEG發(fā)現(xiàn)，與前人研究中關(guān)于注視點(diǎn)預(yù)測(cè)環(huán)境評(píng)價(jià)的結(jié)論一致。

跨空間類(lèi)型驗(yàn)證：圖5將生活保障設(shè)施、運(yùn)動(dòng)、社交、綠化四類(lèi)場(chǎng)景按整潔度分層，β/α比值均呈隨整潔度下降而升高的一致斜率，證實(shí)“整潔度—神經(jīng)壓力”關(guān)聯(lián)不受功能類(lèi)型調(diào)節(jié)，為更新實(shí)踐提供了可泛化的干預(yù)靶點(diǎn)。

圖5. 四種空間類(lèi)型及三種清潔度等級(jí)的腦電圖數(shù)據(jù)影響比

結(jié)論與展望
本研究通過(guò)神經(jīng)證據(jù)揭示，環(huán)境清潔度而非空間功能是影響老年人社區(qū)體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。這一發(fā)現(xiàn)促使重新思考年齡友好社區(qū)的建設(shè)邏輯：應(yīng)當(dāng)確立"清潔安全-功能完善-心理舒適"的遞進(jìn)式更新路徑。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)正推動(dòng)三方面工作：一是將神經(jīng)指標(biāo)納入社區(qū)評(píng)估體系，建立量化標(biāo)準(zhǔn)；二是開(kāi)發(fā)輕量化裝備實(shí)現(xiàn)實(shí)景監(jiān)測(cè)，突破實(shí)驗(yàn)室局限；三是開(kāi)展跨文化比較研究，探索普適性設(shè)計(jì)原則。

這些探索不僅推動(dòng)"神經(jīng)參與式設(shè)計(jì)"范式革新，更致力于讓老年人通過(guò)生理反饋直接參與社區(qū)改造，使年齡友好從理念轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的科學(xué)實(shí)踐。未來(lái)研究將聚焦技術(shù)落地與政策轉(zhuǎn)化，推動(dòng)城市治理從"經(jīng)驗(yàn)判斷"向"證據(jù)驅(qū)動(dòng)"轉(zhuǎn)變。

原文信息鏈接
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

作者及單位介紹
該研究由湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院的Xu Xiang（第一作者）、Shang Wei（通訊作者）和Huang Wendi共同完成，Shang Wei同時(shí)任職于湖北工業(yè)大學(xué)河湖智慧感知與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及河湖生態(tài)環(huán)境巖土與生態(tài)修復(fù)創(chuàng)新示范基地，研究團(tuán)隊(duì)聚焦建筑與環(huán)境領(lǐng)域，深耕適老化社區(qū)更新相關(guān)研究。

關(guān)于維拓啟創(chuàng)
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