基于BCI和方向传感器的益智玩具设计和实现硕士学位论文.doc

摘要目前，中国青少年中多动症患者的数量逐年增加，青少年在患有多动症后容易产生注意力不集中，做事缺乏耐心，情绪不稳定等一系列的消极影响，其危害性越来越大。如何治疗多动症的问题受到社会各界的广泛关注，目前治疗多动症的方法存在着各种各样的不足,多动症已经成为一个亟待解决的社会问题。本文通过深度挖掘多动症患者的需求，分析用户需求，提出了一种全新的多动症治疗方法：将多动症的治疗和趣味玩具结合起来，将BCI技术运用到了普通的儿童玩具中，研发了一种基于BCI和加速度传感器的益智玩具小车。在该系统中，利用BCI技术用户可以通过控制自己的注意力集中程度来控制小车的运行速度，注意力集中程度越高，小车的行驶速度越快。用户可以通过控制自己身体部位的摆动来控制小车的前进方向。此外，该系统还设计实现了脑电控制模式、循迹模式和颜色识别模式等3种游戏模式，这些游戏模式可以充分提高了整个玩具的趣味性。通过这种寓教于乐的全新方式来缓解治疗多动症和提高孩子的注意力。此款玩具的出现必将在社会价值和商业价值两方面取得巨大的成功。关键词：多动症，BCI，加速度传感器，益智小车AbstractNow there are more and more adolescents are diagnosed with attention deficit and hyperactivity disorder in china. These adolescents cannot focus their attention and listen classes carefully, they have no patience and they will lose their temper. Attention deficit and hyperactivity disorder is so harmful that more and more people notice this problem. But there are so many shortcomings in treatments. Now Attention deficit and hyperactivity disorder becomes a social problem.This article researches demands of users, analyzes these demands. This article introduces a new ADHD treatment. This new treatment combines with toys, it applies BCI to the toys and develops a new toy based on BCI and acceleration sensor, and this toy has three game modes. Users can control the cars speed by controlling their EEG and users can also control the cars directions by shaking their heads. This toy will realize commercial value and social value.Key Words：ADHD,BCI, Acceleration Sensor, Educational Toys 目录摘要iAbstractii图目录III表目录IV第1章 绪论51.1 课题背景51.2 国内外研究现状61.2.1 玩具市场概况61.2.2 新型益智玩具研究概述91.2.3 BCI技术研究现状111.3 课题研究的意义141.4 本论文的研究内容和结构151.4.1 本文研究的内容151.4.2 本论文的结构161.5 本章小结16第2章 产品需求分析与功能设计172.1 多动症患儿心理特点172.2 用户需求分析182.2.1 多动症群体对产品的需求182.2.2 其他用户群体对产品的需求242.3 产品需求总结262.4 本章小结27第3章 益智小车的设计283.1 系统总体设计方案283.2 系统功能设计293.3 系统不同游戏模式的设计313.3.1 脑电控制模式设计313.3.2 循迹模式设计313.3.3 颜色检测模式333.4 系统展示333.5 本章小结34第4章 益智小车关键技术研究和实现364.1 系统总体实现方案364.2 系统的架构及各核心模块之间的关系364.3 系统的详细设计374.3.1 脑电信号处理模块设计374.3.2 加速度传感器模块设计384.3.3 小车电机控制模块设计394.3.4 小车循迹模块设计394.3.5 小车颜色检测模块设计404.3.6 无线传输模块设计414.4 本章小节42第5章 系统测试与验证435.1 耳机测试435.1.1 测试平台435.2 小车测试445.3 系统总体测试44第6章 总结与展望456.1 本文完成的主要研究工作456.2 本文的主要贡献以及创新点456.3 存在的不足和进一步的研究工作46参考文献47作者简历49致谢50图目录图 1.1各地区玩具销量占世界销量的比例6图 1.2 主要国家儿童2010年人均玩具消费支出7图 1.3 中国人均消费支出水平和玩具零售额8图 1.4 各年段主要益智玩具图9图 1.5 Necomimi脑电波猫耳朵10图 1.6 MindFlex意念控制玩具11图 1.7 NeuroSky Mindest12图 1.8 OCZ NIA13图 1.9 Emotiv Epoc13图 2.1 观察研究的流程21图 3.1 产品概念分析图28图 3.2 玩具可拼接地图32图 3.3 地图组合图32图 3.4 小车的外观设计33图 3.5 耳机的外观设计34图 3.6 产品的效果图34图 4.1系统原理框图36图 4.2系统的架构及各模块之间的关系图37图 4.3 脑-机接口框图38图 4.4 系统加速度传感器模块框图39图 4.5 电机控制电路图39图 4.6 小车寻径模块原理图40图 4.7 颜色检测模块电路图41图 5.1 NeuroView43表目录表2.1受访人群体访谈记录19表2.2 普通儿童群体的问卷22表2.3 相关群体访谈记录表25表2.4 核心需求列表26表3.1 产品功能描述29表3.2功能细化表30第1章 绪论1.1 课题背景国内青少年出现注意力不集中的症状越来越普遍，青少年多动症的患病率也越来越高。注意力不集中看似普通，潜在危害却是巨大的，所以，它成为了家长、老师关注的热点问题。有许多的4-14岁中国儿童具有不同层度的心理健康疾病。综合国内7项大型的调查研究显示，其中注意力缺陷多动障碍（ADHD，Attention-deficit hyperactivity disorder）患病率为4.31%-5.83%1。粗略估计，我国约有1461-1979万的多动症患儿。患了多动症后，尤其是重症患儿，如果不能得到及时的诊断和治疗，病情会逐渐加重，不仅会影响自己的学习和生活，而且还会给家庭、学校和社会造成极大的伤害，据了解，多动症患者的成年期物质依赖、反社会性人格障碍和违法犯罪的风险是一般人群的5至10倍，长久下去将严重影响国民整体的心理健康素质，将不利于国家在全世界竞争力水平的提升。因此，青少年“多动症”问题已经成为严重的社会问题。目前，对多动症的治疗方法主要可以分为两类：药物治疗和脑电反馈（EEG feedback）治疗。一般药物治疗多用于中度或重症患者，但是有无治疗的副作用较大，对孩子的消极影响较大，所以这种治疗方法不被一般家庭所接受。相比与药物治疗脑电反馈治疗普及，这种疗法在国外已经相当普及，在治疗“儿童多动症”方面的效果比较好。但是脑电反馈疗程往往需要相当长的时间，特定的地点和昂贵的治疗费用，这些缺点也使得脑电疗法很难被普通患者所接受。另一方面，医疗机构里的脑电反馈治疗还有一个缺点：脑电疗法的治疗过程往往是枯燥乏味的重复训练，这有违孩子爱玩的天性，所以很多患儿对这种治疗方法也是相当抗拒3。通过对这些医疗方法的了解，市场上还是缺少一款治疗效果好、无副作用、价格低廉、从满趣味的治疗方法，因此，需要针对患儿这群人的需求进行针对性的产品的研发，是整个产品研发的关键，尤其是针对儿童市场的产品，每个细节都要符合儿童的特征，才能给此类用户更好的体验，从而实现其商业价值和社会价值。本文正基于此背景展开系统的研究。1.2 国内外研究现状1.2.1 玩具市场概况本文以儿童经常玩的玩具作为切入点对玩具市场做了的调查，总结为以下几点。一、国内玩具市场潜力巨大随着娱乐需求的全球增长，玩具及其周边产业已发展成为非常重要的产业分支，2011年全球玩具产业销售额达833亿美元，世界各地的销量分布如图2.1所示。目前，仅中国玩具年销售额约为56亿美元,约占市场份额的6.7%。可以看出国内玩具市场潜力还是相当巨大。 图 1.1各地区玩具销量占世界销量的比例与发达国家相比，我国人均玩具消费的潜力还是相当巨大的，报告显示，中国14岁以下儿童人均玩具消费仅20-30元人民币，远远低于亚洲儿童人均玩具消费13美元和全世界人均消费34美元的水准。但不可否认的是国内庞大的消费群体和经济发展带来的消费水平的提高，给玩具消费提供了巨大的市场，内需将成为玩具市场的重要动力。图 1.2 主要国家儿童2010年人均玩具消费支出我国的玩具消费潜力大主要变现为两个方面：一、玩具消费的核心年龄段消费人群基数大。二、国内GDP增速快，人民生活水平不断提高。玩具消费的核心年龄段消费群体为15岁以下的儿童。2010年第六次全国人口普查结果显示，中国大陆地区0-14岁的人口数量约为2.22亿，占总人口是我16.6%。而新生儿将明年保持1600W左右的增长水平；巨大的儿童人口数量意味着中国将是一个巨大的潜在玩具市场。虽然全球各国的经济都受经济危机的影响，但是我国GDP和居民消费水平依旧保持着了较高增长的水平，十多年来中国的GDP增速基本维持在9%-10%左右，2010年人均GDP超过三万元人民币，随着GDP的增长我国农村和城镇的整体消费水平也得到了明显的提高，如图2.3所示：2011年为我国农村居民人均消费支出水平为5221元，城镇居民为15161元，近十年同比增长率均保持在10%左右。随着人均GDP的高速增长，消费者投入到玩具的消费将越来越大22。图 1.3 中国人均消费支出水平和玩具零售额二、玩具市场开始向高端的益智玩具转变目前玩具市场的益智玩具所占的份额越来越大，但是以往玩具市场多集中在在中低端产品，如图1.4所示是目前国内玩具市场上各年龄层主要的益智玩具。这类产品主要以外形、色彩或者是简单的声光电功能来吸引消费的注意，消费者很难对这类产品保持持久的兴趣，所以导致这类产品目前都处于供大于求的局面。随着我国出生于80年代、90年代的青年慢慢进入生育期，他们已经或者即将成为父母，这批人有着不同于老一辈人的消费观念，他们很多接受过高等教育，思想观念比较开放，对孩子的早期教育也是相当的重视，益智玩具在孩子的成长过程中能够活跃孩子的思维、开发孩子的智力，所以他们愿意为还在在这方面花钱，他们观念的转变也为玩具消费、尤其是益智类玩具的消费提供的新的增长力。目前欧美发达国家的玩具市场结构已经做出了相应的调整，能够开发智力、活跃思维的高科技益智玩具的需求开始快速增长。玩具市场的需求开始向高端的益智玩具转变。图 1.4 各年段主要益智玩具图1.2.2 新型益智玩具研究概述目前，随着玩具市场开始向高端的益智玩具转变随着，市场上出现了一些比较流行的高端益智玩具，这些玩具将一些平时在实验室的技术带到了普通的消费领域，充分提高了游戏的交互体验，并且还能达到提高孩子注意力、开发孩子智力的目的。目前这些玩具收到了广大消费者的热捧，以下将对其中的一些典型的新型益智玩具的研究状况做概述。(1) Necomimi脑电波猫耳朵Necomimi是日本neurowear公司运用脑电波技术开发出来的一款可爱特别的意念控制脑电波装置，它可以体现出穿戴者的心情。大脑神经会发出微弱的电信号，当处于特定的精神状态时，大脑神经就会呈现相应的脑电波模式，Necomimi通过轻轻的接触头部皮肤就能捕捉到这些脑电波，并进一步分析出大脑的思维状态，这些思维状态信息被转化成不同发热耳朵转动方式，并分享给周围的人。如图1.4所示，脑电波猫耳朵像个发箍一样，只要戴在头顶上，头上的脑电波传感器就会探测并自动分析观察到的脑电波，随着人类情绪起伏，做出相对应的表示性动作。例如， 配戴者心情悲伤时，猫耳朵会垂下；集中注意力时，则会竖起来；心情愉快时，猫耳朵会来回摆动；身心疲倦时，它也会平躺着。所以只要戴上它后，不需要开口说话，就可以让脑电波猫耳朵随你的心情让它竖起或垂下。图 1.5 Necomimi脑电波猫耳朵(2) MindFlex意念控制玩具MindFlex意念控制玩具就是利用大脑，即脑电波控制海绵球在空中的高度，风扇控制小球的前进方向来完成穿越各种障碍物的高难度动作的。用户越专注，小球的高度就越高。降低注意力，降低风力，海绵球的高度就下降了。如图1.5所示，放置于用户头部的脑电设备可以采集到用户在不同精神状态下的脑电波并将这些脑电波实时量化为不同的数值，这些数值被转换成机电量，最终体现在小球的高度上。用户可以自主地改变自己的注意力集中程度，从而达到控制海绵球在空中的高度。该玩具获得美国2011年玩具展最佳儿童玩具奖。图 1.6 MindFlex意念控制玩具1.2.3 BCI技术研究现状BCI（Brain Computer Interface），即脑-机接口，是一种不依赖于脑的正常输出通路（即：外围神经和肌肉）的脑机（计算机或其他装置）通讯系统。它是人或者动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。BCI提供了一个全新的可选择的人机交互模式。BCI技术的概念提出距今已经40多年了，BCI技术的研究呈现上升的态势，尤其是在过去的几十年，BCI技术得到了迅猛的发展，作为一门新兴学科，正受到各界的广泛关注。但传统的BCI设备价格高昂，很难进入普通的消费领域，随着研究的深入，普通消费级的BCI出现了，消费级BCI设备的出现则完美地解决了BCI设备价格高昂，应用范围狭窄的限制，它将BCI技术带了普通的消费领域，从而使我们可以开发出各种面向普通消费者的各种基于BCI技术的产品。目前的主流的普通消费级BCI有以下几种：(1) NeuroSky MindestMindest 的外形类似一个标准的无线耳机，如图所示，但比普通耳机多了一个向前的支脚，能采集佩戴者前额部位可用于研究领域的高精度脑电信号。NeuroSky采用的BCI技术通过干态电极传感器采集大脑的生物信号，并将这些采集的信号送入ThinkGear智能芯片，该芯片集成了脑电信号的采集、滤波、发大、A/D转换、数据处理及分析等功能。ThinkGear将混杂在信号中的噪音以及运动产生的扰动进行滤波，并将有用的信号进行放大，然后将采集到的数据无线发送到电脑、手机等智能设备，实现基于脑电波的人机交互，即通常所说的意念控制。Mindest不但能实时显示用户的原始脑电数据，包括Alpha波、Beta波、Delta波、Gamma波、Theta波8个EEG参数的情况，还能利用NeuroSky的eSense专利算法将原始脑电波数据处理后，解读出描述使用者当前精神状态的eSense参数：专注度和放松度。图 1.7 NeuroSky Mindest(2)OCZ NIA脑电耳机是由OCZ Technology研发的，如图1.7所示，脑电信号按照频率主要可以分为Delta波、Theta波、Alpha波、Beta波。这些脑电信号可以按照人处在不同的状态进行分类，其中Alpha波及Beta波为人清醒时的脑波，Theta波及Delta波是睡眠阶段会出现的脑波。当人们完全放松、平静时，会出现Alpha波;当人们处于紧张、刺激等环境下会出现Beta波。而脑波又会驱动大脑对肌肉做出相应的反应，OCZ的NIA即运用此原理，透过肌肉的反应判定使用者的脑波事哪种类型，同时搭配眼球反应及眉部肌肉的侦测，来判定使用者即将会执行的动作，让使用者不用亲自动手即能进行相应的操作6。图 1.8 OCZ NIA(2) Emotiv EpocEmotiv Epoc是由美国加州旧金山的神经科技公司研发的，它是一种附有电极的特殊帽子 ，它由16个电极构成，这些电极负责采集用户的头皮脑电信号，如图1.7所示，它与医疗水平的BCI系统采用19个电极具有可比性。图 1.9 Emotiv EpocEPOC能探测人脑的12种运动想象，包括6个方向及6种旋转。和Mindest相似的是，EPOC也可以探测人体“高兴”、“失落”等情绪。此外，还可以检测面部表情，但它是通过EEG传感器从面部的肌肉获得信号来检测面部感情，而不是通过读取脑电波。1.3 课题研究的意义随着多动症患者数量的越来越多，多动症对青少年的危害也越来越大，尤其是对处于人生起步阶段的青少年，毫不夸张的所说如果多动症得不到及时的治疗将影响青少年的一生。通过此项目的研究，将脑电技术与趣味性的传统游戏相结合，弥补了以往脑电治疗“多动症”枯燥乏味、简单重复、价格高昂和药物治疗副作用大的缺点，让孩子通过动手动脑的方式学会如何集中注意力、如何放松，同时对儿童“多动症”起到预防作用。从而有效地提高孩子的注意力和学习能力，开发孩子的智力，从而进一步减少“多动症”对个人、家庭和社会的消极影响。由于青少年多动症已经成社会各界广泛关注的焦点问题，该课题的研究将给这个社会问题带来巨大的社会价值。我国的玩具市场潜力巨大，相比与其他国家，我国的人均玩具消费还很低，但随着近几年国内GDP的不断上升和人均消费水平的不断提高以及国内儿童的家长的消费观念的转变，玩具市场潜力无限且市场需求向高端的益智玩具转变，另一方面，我国是制造业大国，我国制造了世界上的大部分玩具，尽管国内制造玩具的制造工艺成熟，但是由于缺乏自主知识产权和创新技术，在很大程度上我国在玩具制造行业只能充当加工者的角色。随着科学技术的进步和发展以及消费需求的改变，我国传统的玩具需要发生改变，益智类的智能玩具成为了各大玩具厂商市场拓展的新目标。与传统的益智玩具相比，脑电控制的智能玩具具备其他玩具所不具备的强大技术优势。从市场角度考虑，此项产品的研发是脑电技术消费化、平民化的实际运用，具有巨大的市场潜力和无限商机：传统智能玩具需要玩家具备一定的动手、动脑的能力和一定的理论基础的累积，这大大限定的传统智能玩具的用户范围。传统智能玩具只能是成人、青年科技爱好者的专属产品，而脑电控制的智能玩具就不具备以上的限制，并且能够以其独特新颖的交互方式开拓儿童玩具市场上的广阔空间并能够以新技术、新产品的绝对优势占领市场先机。所以，通过本系统的开发一实现其巨大的商业价值并为中国传统玩具制造业结构的改变提供新的思路，加快传统玩具制造业的转型。1.4 本论文的研究内容和结构1.4.1 本文研究的内容(1) 建立用户角色、深度挖掘用户需求，分析用户需求。(2) 设计开发实现脑电和加速度传感器控制的玩具。(3) 将BCI技术运用到消费级别的实体玩具当中，形成新的益智玩具。基本构思：本文研究的是一种基于BCI和方向传感器的益智玩具小车。系统共分为两个部分耳机部分和小车部分。耳机部分主要实现两个功能:耳机部分主要是通过脑-机接口采集脑电信号，并将脑电信号进行预处理、特征提取、分类，将脑电信号量化成数据，该数据会随着用户集中程度的不同而改变，从而达到用户用意念控制小车行驶速度的目的。另外一个功能是通过集成在脑-机接口耳机上的加速度传感器来控制小车行驶的方向。即，当用户摆动头部一定的角度时，加速度传感器将用户的这一行为量化为数据，并转化成为小车需要的机电量，用户摆动一定的角度，小车也转动相应的角度，从而达到控制小车行驶方向的目的。小车主要实现的功能的是：小车接收到来自脑-机接口或加速度传感器发送过来的数据，能将这些数据转换成为小车需要的机电量，从而达到改变小车行驶速度或方向的目的。此外，根据不同的游戏模式，小车还需要实现其他的一些功能，例如：红外循迹、按键检测等功能。小车与耳机通过无线方式实现通讯。小车根据设置的游戏模式不同，能进入各种不同的游戏模式:目前共分3种模式:(1)脑电控制模式，小车的行进方向由头部耳机的左右倾斜角度决定。小车的行进速度由脑电波的注意力集中度控制。(2)颜色检测模式，小车的行进方向由头部耳机决定。小车在行进的过程中会驶过地图上的不同颜色。不同的颜色代表不同的区域（地雷，方向反转，加油站等）根据检测到的不同颜色使小车进入不同的模式（暂停，快速前进，降低速度等）。同时配合系统的声音模块和图形显示模块发出相应的声音和显示相应的图形。(3)循迹模式，小车的行进方向由地面的黑色线条决定。小车的行进速度由脑电波的注意力集中度控制。1.4.2 本论文的结构本文主要围绕基于BCI和方向传感器的益智玩具小车的设计和实现，全文介绍了系统的研究背景，课题的研究意义，课题的国内外研究现状，对玩具市场进行了全方面的调查和分析，对产品的用户开展需求调查，确定了产品的设计方案，最后接受了系统的关键技术的研究和实现。其具体安排如下所示：第一章绪论介绍了课题研究背景，课题的研究意义以及课题国内外研究现状。第二章 介绍了产品的需求分析和功能实现。第三章 介绍了益智小车的设计。第四章 介绍了益智小车系统的关键技术研究和实现。第五章 总结和展望。1.5 本章小结本章对可以的背景、课题国内外研究现状以及课题的研究意义做了论述。其中，1.1介绍了课题的研究背景；1.2介绍了课题的国内外研究现状。其中，1.2.1介绍了玩具市场的调查；1.2.2介绍了基于BCI技术的同类产品；1.2.3介绍BCI技术的研究现状，介绍了几款目前市场上较为流行的BCI脑-机接口。第2章 产品需求分析与功能设计儿童多动症是在青少年群体中普通存在的疾病。它是一种常见的儿童行为异常问题，又称脑功能微失调或轻微脑功能障碍综合症或注意缺陷障碍。患儿在学习、行为和情绪方面和缺陷，表现为注意力不集中，活动过多。以前人们对这种疾病的关注度不高，通常认为孩子表现出的多动和注意力不集中的问题只是由于孩子贪玩，近年来，随着这种疾病的越来越普遍和危害越来越大，社会各界对儿童多动症的关注度逐渐提高，各种针对这种疾病的治疗方法也开始出现。2.1 多动症患儿心理特点庞大的多动症患者人群是值得我们关注的一个群体。患者在患有多动症后，患者的很多行为都不受自己的控制，很多行为的产生也许不是出于患者的本意，单无可否认的是患者在患有多动症后其身心状态会发生很大变化并且在学习、行为和情绪方面会产生许多缺陷。其最突出的缺陷表现在：对周围事物感知缓慢，认知范围狭窄，分辨力较弱，缺乏认知的主动性和积极性，从而心理上发生障碍、性格孤僻、时间观念逐渐淡化，容易产生悲观消极心理情绪容易冲动等一系列问题。 在人的成长过程中，人的生理和心理的不断变化，使得人的需求也不断变化，由于儿童处在生理和心理变化的旺盛期，所以，儿童这类特殊人群的需求变化也明显，这可能导致部分需求没有被发现。因此充分做好儿童这类人群的需求调查将有助于我们开发出更好的产品。多动症人群是儿童中的较为特殊人群，这类人在心理方面有着不同于普通儿童的心理特征。分析这类人群的心理特征，充分了解他们不同于正常儿童的心理特点，是我们做好产品的基础。经过调查发现多动症儿童主要存在着以下3电心理特征：(1)情感不稳定、意志较为薄弱。多动症患者的情绪会随着外界环境的改变发生较大的变化，且在面对环境发生消极改变时，容易产生消极悲观情绪，意志力薄弱，自控能力差。(2)性格孤僻冷漠、交际能力薄弱。多动症儿童难以沟通，缺乏交际能力和技巧，导致人际交往的挫折，做这类人容易将自己从外界环境中孤立起来，刻意与人保持距离，对人孤僻冷漠，不愿与人进行交流。(3)做事缺乏耐心，易冲动。多动症患者大多缺乏耐心，不能独立完成一件完整的事情，不能有始有终，且行事较为冲动并且不计后果经常会有一些偏激的行为和言论。另外一方面，多动症儿童表现得很不合群，与同龄人很难相处。2.2 用户需求分析本次需求分析将涉及到两类人群,一类是玩具的主要用户，即玩具的使用者。本文将对儿童展开需求分析，这部分包括两个方面：一方面是对患有多动症的儿童展开调研，另一方面是对正常儿童展开调研。另一类是作为玩具次要用户的玩具购买者。产品的核心定位人群主要锁定在这两类人身上。所有需求分析将围绕这两类人群展开，力求能够深度挖掘用户的需求，打造用户符合用户需求能使用户满意的产品。儿童是玩具产品的主要使用者，他们的需求将直接决定产品的需求，对于多动症儿童，此款玩具将配合患儿进行多动症的治疗，产品将定位为一款趣味性强的脑电反馈治疗仪，对于普通儿童，这款产品可以提高孩子的注意力，寓教于乐提高孩子的学习成绩。另一方面，多动症患儿的经济能力薄弱，他们购买的玩具往往是通过成人，通常情况下购买玩具的是家长，所以，在进行系统的设计前很有必要对这类人群做需求分析。接下来，下文会根据这两类用户的不同需求进行详尽的分析与研究。2.2.1 多动症群体对产品的需求目标人群体的需求主要分为用问卷访谈和问卷的形式，由于调差性质的差别和实际情况的限制，患多动症的少年儿童主要采用访谈与跟踪观察的形式进行数据的抓取，属于定性的抓取信息的形式，而普通的少年儿童，采用的是调差问卷的形式，由于此类用户人群基数的庞大，所以此类调查属于是定量的数据分析，从而能够取得更为准确的数据。次要用户，采取访谈的形式，访谈8名用户基本就能挖掘出此类用户的核心需求。在访谈调查中，针对目标用户提出最合适的问题是关键，由于主要的需求用户在注意力上有一些障碍，所以设计的问卷应该相应的简单易懂，并且不能超出目标用户的承受能力，数量始终长短相宜。访谈的核心提纲主要为：受访人的个人基本信息、家庭背景、曾经的病史、接受过的一些治疗手法，与对脑电玩具的需求这几方面。访谈的方式主要采用一对一的深入访谈法，希望通过定性的访谈能够深度的挖掘用户的深沉需求，直面用户的需求信息。在研究过程中采集了如表2.1的访谈表格，为研究录入信息。表 2.1受访人群体访谈记录访谈记录表时间地点采访人受访者小王性别男年龄12身体情况已确诊为多动症其他说明访谈者不希望透露个人信息访谈记录：一、 受访者的家庭状况 我来自普通的三口之家，父母都是上班族而且平时上班很忙除了周末与父母待在一起的时间比较少，平时与爷爷奶奶、外公外婆待的时间比较多。二、 曾经的病史和身体健康状况 上课注意力不能够集中注意力，容易开小差不认真听讲，而且有时候自己的情绪会很不稳定，导致了自己的学习成绩一落千丈，最后在父母的带领下到了医院做了检查，最终确诊为“多动症”，由于自己平时情绪不稳定，周围的同学都用异样的眼光看我，以前和我关系比较好的同学，也开始疏远我，这个令我很伤心，自己也不知道怎么办好。三、 接受过哪些治疗？效果怎么样，谈谈你对这些治疗方法的看法？ 自从医生确认我患有多动症后，父母已经带我接受了一系列的治疗，我已经接受过药物治疗、食物治疗、以及脑电反馈治疗。接受药物治疗的时候，一开始效果还是不错的，服下药物后，我能够安静下来，上课的时候注意力也开始能够集中起来，情绪也稳定了一点，但是药物的效果持续时间不长，每次药效过了都要重新服药，但是这种药的副作用很大，我经常会头晕厌食，现在服药的时候我会很犹豫，不知道续表 2.1 受访人群访谈记录该不该服下去。后来父母听说食疗在治疗多动症方面疗效不错，于是我又接受了食疗，但是几个月坚持下来，效果实在不明显，而且我对食疗中的一些食物实在不感兴趣，最近开始到医院接受脑电反馈治疗，一开始我也担心脑电疗法会不会像以前那种治疗一样，即乏味，有没有效果，可是在接受了几期的脑电反馈治疗后，我对脑电疗法的怀疑不存在了，它的治疗方法很有趣，我完全感觉不到自己在接受治疗，自己只是在治疗的过程中玩游戏，而且治疗的效果很好，我现在上课的注意力已经提高了很多，自己的情绪也已经稳定了不少，现在我又和同学们玩到一起，同学们也开始不用异样的眼光看我自己觉得很开心。 三、 日常生活活动 我其实和其他男孩差不多，兴趣爱好比较广泛，喜欢听听歌，喜欢体育运动尤其是足球，自己很喜欢某个足球运动员，自己也很渴望能够成为一个球员，以前，经常和邻居、同学一起踢球。可是自从我有多动症后，我上课注意力不能够集中。老师、同学都用一样的眼光看我，自己不想喝同学玩在一起。虽然自己很想和同学一起踢球，但我很少和同学们一起踢球了，自己也是独来独往的。自己的日常生活完全变了，自己也开始孤僻起来。四、 对脑电玩具的需求？ 将脑电和玩具结合起来，我觉得很有趣，脑-机设备可以像耳机一样戴在头上，很方便也很好看。不用像医院里那样密密麻麻的放在头上，而且使用起来很麻烦，医生还要在开始的时候培训很长一段时间才能接受治疗，那段时间真的很无聊。我很喜欢赛车玩具，我希望可以把脑电与赛车玩具结合，用脑电来控制玩具车速度我觉得很酷，如果我还能控制小车的前进方向并且游戏设置足够多的游戏模式，我还能把玩具贡献出来和我的同学一起玩，那样的话这个玩具实在是很酷，我觉得这个玩具就完美了，我一定会让我爸妈给我买一个这样的玩具，省得以后老往医院跑。 本文对对6个多动症患儿进行深度访谈后。总结得到了一些可以初步描述多动症患儿群体的需求信息。归纳为以下4点： (1)使用方便、能够即拿即用(2)玩具对治疗多动症要有效果(3)最好能够实现不同的控制方式，可以使整个玩家更有有趣(4)玩具能够设计不同的游戏模式由于访谈对象是多动症患儿，多动症患儿本身具有注意力不集中、思维方式活跃并且跳跃等特点。这使得在多动症患儿的访谈过程中往往需要采访人的引导和其他人员在场的陪同才能将访谈完整地进行下去，这就导致了以上的访谈具有一定的局限性，获得的数据不够全面也不够准确。为了解决这一问题，所以笔者参与了其中一位目标用户的脑电波的训练，在目标用户身边采用跟踪观察的方式来获取多动症儿童群体的更多的信息，相比直接当面问答的访谈形式，还能获得更生动更准确全民啊的信息进行分析和研究。所以笔者进行了观察并进行记录的研究。确定研究要采集的信息选定研究对象进行观察记录进行数据和资料分析图 2.1 观察研究的流程研究观察的过程主要分为4个部分：第一步确定研究采集的信息，第二步选定研究对象，第三步进行观察记录，最后进行数据和资料分析。深度访谈后得到的信息可以在深入细致的现场观察中得到验证，并得到更有效的信息,为设计需求的获取提供很大的支持。经过观察后基本验证了访谈所得到的信息。但是只是定性的了解并不能代表整个目标人群体的一致需求。更多针对研究内容的信息必须有定量的搜集。这时候采用通过有一定数量并有针对性的问卷进行调查，则能获得直观而科学的数据，为接下来的设计提供有效的支持。本文将对一些随机抽取的普通儿童进行问卷调查，问卷将会根据前访谈和跟踪观察得到的信息进行设计。问卷内容会包括以下内容：被调查的用户的基本信息，如：性别、年龄、专注度情况、兴趣偏好、休闲娱乐等，具体调研内容表格见附录问卷的调查范围主要围绕杭州和宁波城区的少年儿童人群进行随机抽样，进行一对一的指导，提高受访人对问卷题目的理解。由于采用一对一的问卷调查，发放了210份问卷，全部回收，有效问卷达到190，抽取的样本年龄，性别都基本满足了问卷设置和定量分析需要，但是在问卷发放过程中由于使用一对一的指导，可能产生了一定的引导作用，但影响不大。问卷采用问答的形式，方便与受访人交流。表2.2 普通儿童群体的问卷儿童群体问卷时间地点采访人性别年龄身体情况1. 对自己在上课时状态的专注度打分：110分,10分为非常好。2.上课的时候，是否一直能够保持注意力的集中，不开小差？A 一直能够专心听讲不会开小差。B 大部分时间会专心听讲，但是偶尔会也会开小差。C 经常开小差，不能集中注意力。3.做作业的时候的效率如何？A 一门一门作业的完成，基本能够按照计划完成老师布置的作业。B 做语文作业的时候，就急着想做数学作业，恨不得一下把作业做完，效率不高。4需要和同学讨论问题时，经常会聊其他的事情吗?A 能够就一个问题讨论出一个结果B 经常会聊到别的事情上，本来要讨论的事情但是没有结果。续表 2.2 普通儿童群体的问卷5.对于自己的计划安排，你是怎么做的？A 基本能够按照自己的安排做好事情。B 想干的事情好多，却不能静下心来认真做其中一件，结果什么事都没有做好。6.对于什么样的事情会持续专注，不分心？A 对于自己喜欢的东西 一般会专注很长的时间。B 无论是喜欢还是不喜欢的东西都能关注很久。C 对很多事情都无法专注其中。7.在实际情况中，对于新鲜事物与产品 你经常的做法是？A 会主动关注新鲜的玩具新品。 B 站在潮流之中，大家喜欢玩什么都会参与。C 很少关注、参与。8.喜欢的游戏模式？A 单人游戏像是单机版的游戏可以挑战个人的能力。B 喜欢对战的模式充满竞争感。C 更喜欢3人以上的群体游戏。9.喜欢的玩具具有什么特点？A 形状颜色特别的就非常吸引我。B 能发光能发声很酷的玩具。C 最好能把故事情节加进去，像是哈利波特。D 遥控类的电子玩具。10.有一款可以通过脑电波控制的玩具，您想不想拥有？A 只要是能够帮助自己提升注意力或是其他方面能力的，都愿意尝试。B 一定要好玩，又有趣的，再加上可以提升注意力的，我很想买一个试试。C 不是很愿意尝试。以下是具体的问卷回馈分析问卷收集得到的信息中，男孩93人 女孩97人，男女比例基本持平。其中的年龄层是分为6-8岁， 8-10岁， 10-12岁,12岁以上，最多的是10-12岁的年龄层。问卷调查后发现，被调查的少年儿童有注意力不集中问题的比例在60%以上，而经常开小差，不能专心听老师上课的有13%左右，其中表示上课完全会专注地听老师上课的比例只占到10%左右,另外还有将近70%的人愿意尝试脑电玩具。最后对脑电玩具产品的意见，孩子们的意见集中在有趣，好玩，潮流。由于很难在短