神經(jīng)電影學(xué)探索：2D與3D腦電反應(yīng)比較

摘要：目的：文章比較觀眾觀看2D與3D影像的腦電反應(yīng)，旨在助力電影創(chuàng)作、電影理論研究等領(lǐng)域采用神經(jīng)電影學(xué)這一新興交叉研究場(chǎng)域帶來(lái)的新手段，將原本依靠個(gè)體感知和經(jīng)驗(yàn)的窄域性主觀判斷轉(zhuǎn)化為客觀、可測(cè)量、可重復(fù)的量化標(biāo)準(zhǔn)。方法：比較分析20名大學(xué)生觀看電影《頭號(hào)玩家》2D和3D版本的腦電反應(yīng)數(shù)據(jù)，分析對(duì)照組腦電變化，探索2D與3D電影對(duì)觀眾大腦活動(dòng)的影響，對(duì)應(yīng)分析不同類(lèi)型的影片在美學(xué)本體上的差別。結(jié)果：兩個(gè)對(duì)照組的腦電總體呈現(xiàn)出明顯的差異性，不同受試對(duì)象之間呈現(xiàn)出明顯的差異性。大部分情況下，3D組的腦電反應(yīng)強(qiáng)于2D組，在觀看同樣的情節(jié)時(shí)，2D組的興奮點(diǎn)與3D組有所不同。隨著影像時(shí)間的推進(jìn)，兩組的腦電差異呈現(xiàn)出縮小趨勢(shì)。結(jié)論：3D影像在觀眾的視覺(jué)刺激上更有優(yōu)勢(shì)，前提是影像必須充分利用3D的特性。相較于傳統(tǒng)的2D影像，3D影像更接近人觀察真實(shí)世界的感受。隨著敘事的進(jìn)行，時(shí)間線與刺激差異呈現(xiàn)反比關(guān)系，具有明顯的去敏化特征，這意味著對(duì)具備時(shí)間性的影像藝術(shù)而言，敘事性仍然占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)電影學(xué)；腦電圖；2D；3D電影

中圖分類(lèi)號(hào)：J905；TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2024）19-0-03

本文引用格式：孫傳林，付饒，袁一茗.神經(jīng)電影學(xué)探索：2D與3D腦電反應(yīng)比較［J］.藝術(shù)科技，2024，37（19）：-.

1 3D電影與生物電手段

自1922年第一部3D電影公開(kāi)放映以來(lái)，3D電影經(jīng)歷了20世紀(jì)50年代的黃金期、20世紀(jì)70—80年代的波動(dòng)期、21世紀(jì)的新發(fā)展期等不同階段。2009年，電影《阿凡達(dá)》的上映，將3D電影推向一個(gè)新的高度。數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展和放映設(shè)備的更新?lián)Q代為3D技術(shù)在電影產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用帶來(lái)了新的機(jī)遇，以真實(shí)的空間感和運(yùn)動(dòng)幻覺(jué)為觀眾帶來(lái)了更豐富和逼真的體驗(yàn)。1924年，德國(guó)精神病學(xué)家Hans Berger首次記錄了人類(lèi)大腦的電活動(dòng)。1929年，他發(fā)表了關(guān)于腦電波（即α波）的研究，開(kāi)了腦電圖記錄的先河。20世紀(jì)三四十年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EEG設(shè)備逐步改進(jìn)，記錄精度和信號(hào)質(zhì)量得到提高。50年代，EEG技術(shù)在臨床神經(jīng)科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，EEG記錄和分析的自動(dòng)化程度與精度更高，數(shù)字EEG設(shè)備開(kāi)始普及，提供更高的時(shí)間和空間分辨率。2004年，普林斯頓大學(xué)的Uri Hasson及其同事首次提出神經(jīng)電影學(xué)的概念，并進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性的研究，首先采用了功能性磁共振成像（fMRI）手段。2010年后，fMRI和EEG等多種成像技術(shù)不斷發(fā)展，為更全面地理解大腦對(duì)電影的反應(yīng)提供了新的工具。神經(jīng)電影學(xué)不僅為神經(jīng)科學(xué)提供了新的研究范式，也為探索電影中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和敘事元素如何影響觀眾的心理和情感體驗(yàn)提供了新的視角。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

第一，選擇電影《頭號(hào)玩家》的4個(gè)段落，分別放映2D和3D版本。第一段：世界觀交代（00：00：58～00：04：05）；第二段：蒙太奇段落（00：06：27～00：07：06）；第三段：交代游戲規(guī)則（00：09：08～00：09：38）；第四段：發(fā)現(xiàn)線索（00：24：32～00：25：18）。

第二，選擇20名非相關(guān)專(zhuān)業(yè)在校大學(xué)生，男女各半。其中10人觀看2D版本，另外10人觀看3D版本。要求受試對(duì)象沒(méi)有重大疾病史，皆為右利手。在測(cè)試之前，保持頭發(fā)干凈，不使用護(hù)發(fā)產(chǎn)品。在正式測(cè)試前，有半個(gè)小時(shí)的靜息期。

第三，使用16導(dǎo)無(wú)線腦電圖測(cè)試儀采集受試對(duì)象的腦電信號(hào)。因其中一路信號(hào)不穩(wěn)定，最終有效數(shù)據(jù)為15導(dǎo)。

第四，通過(guò)MATLAB軟件對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行處理，去除偽跡后，將10個(gè)腦電波進(jìn)行平均，形成2D的平均腦電圖和3D的平均腦電圖。參照受試對(duì)象的腦電圖和平均腦電圖進(jìn)行分析［1］。本次實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)為2D和3D畫(huà)面在視覺(jué)皮層、空間處理、注意力以及運(yùn)動(dòng)感知上的異同，所以提取視覺(jué)區(qū)、頂葉區(qū)、運(yùn)動(dòng)區(qū)、感覺(jué)區(qū)四路信號(hào)進(jìn)行分析。其中，視覺(jué)區(qū)反映了視覺(jué)刺激的程度；頂葉區(qū)反映了觀眾在處理空間信息和集中注意力時(shí)的反應(yīng)；運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)區(qū)對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)皮層，顯示觀眾對(duì)情感和動(dòng)作場(chǎng)景的反應(yīng)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 初始段落腦電信號(hào)對(duì)比分析

第一，每個(gè)受試對(duì)象的反應(yīng)不同；對(duì)比測(cè)得腦電圖，部分微伏較高的時(shí)間點(diǎn)因人而異，但在某些時(shí)間點(diǎn)，腦波變化有較大比例的一致性。兩者在前段、中段變化都較大，后段趨緩。

第二，在開(kāi)始段落，觀看3D版本的觀眾相比觀看2D版本的觀眾，各個(gè)通道的活動(dòng)頻率相對(duì)更高，波動(dòng)更強(qiáng)（見(jiàn)圖1、圖2）。

第三，視覺(jué)區(qū)和頂葉區(qū)通道的活動(dòng)顯著增強(qiáng)，反映了視覺(jué)皮層對(duì)電影畫(huà)面強(qiáng)烈的處理需求。同時(shí)，α波段（8～13 Hz）的活動(dòng)明顯減少，表明受試者的注意力高度集中。

第1分10秒左右為電影正式開(kāi)始后的第一個(gè)鏡頭，畫(huà)面為觀眾呈現(xiàn)了一個(gè)極富想象力的未來(lái)底層世界的生活圖景。在巨大的視覺(jué)刺激下，觀眾的注意力被深度吸引。

對(duì)鏡頭設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，第一段是電影創(chuàng)作者所設(shè)計(jì)的未來(lái)空間展現(xiàn)，涵蓋大遠(yuǎn)景穿過(guò)樓群直到主人公全景出場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程，鏡頭在運(yùn)動(dòng)路線上透視不停地發(fā)生變化。在立體的幻覺(jué)下，空中飛翔的運(yùn)動(dòng)方式，使視覺(jué)、空間、運(yùn)動(dòng)感知活動(dòng)更為強(qiáng)烈。在觀看尺寸足夠的情況下，無(wú)論是否為3D電影，觀看者都會(huì)產(chǎn)生愉悅的運(yùn)動(dòng)幻覺(jué)［2］。在劇情正式開(kāi)始之前，視覺(jué)刺激往往更為有效。2D和3D信號(hào)圖中出現(xiàn)的同樣顯著的變化點(diǎn)，為第一段的最后一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏡頭——韋德·沃茲拿出眼鏡，鏡頭從人臉旁邊劃過(guò)，進(jìn)入主人公的主觀世界——虛擬世界“綠洲”中。

3.2 第一幕結(jié)束時(shí)腦電信號(hào)對(duì)比分析

第一個(gè)片段巧妙通過(guò)運(yùn)動(dòng)鏡頭設(shè)計(jì)完成了從現(xiàn)實(shí)空間到虛擬空間的變化，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的視覺(jué)刺激。物距不斷發(fā)生變化，從近景到大特寫(xiě)再到全景，視覺(jué)節(jié)奏快。受試對(duì)象觀看3D版本時(shí)，模擬世界到虛擬世界出現(xiàn)在一個(gè)連續(xù)不斷的鏡頭中，在空間上變化更為顯著。第一幕接近結(jié)束，韋德來(lái)到虛擬空間收錄哈利迪畢生回憶的博物館尋找線索時(shí)，其中一句提及“回到過(guò)去”的話讓他靈機(jī)一動(dòng)，找到了尋得第一把鑰匙的關(guān)鍵線索。這一片段沒(méi)有激烈的動(dòng)作場(chǎng)面和復(fù)雜的鏡頭調(diào)度，采用常規(guī)的鏡頭切換方式，場(chǎng)景較為單一，外部節(jié)奏較為平緩。兩組腦電信號(hào)見(jiàn)圖3、圖4。

第一，尖峰波動(dòng)對(duì)比。第一張腦電信號(hào)圖中，在中間偏前的位置，運(yùn)動(dòng)區(qū)和感覺(jué)區(qū)2通道顯示出非常明顯的尖峰波動(dòng)［3］。這種尖峰表示受試者在這一時(shí)刻受到了強(qiáng)烈刺激，可能是視覺(jué)內(nèi)容的急劇變化或聲音沖擊。這種尖峰波動(dòng)與大腦中涉及視覺(jué)處理和注意力的區(qū)域相關(guān)。第二張腦電信號(hào)圖沒(méi)有類(lèi)似的尖峰波動(dòng)，波動(dòng)相對(duì)平滑且穩(wěn)定，表明受試者在這一時(shí)間段可能沒(méi)有經(jīng)歷類(lèi)似的強(qiáng)烈刺激，感知活動(dòng)較為平穩(wěn)。

第二，波動(dòng)穩(wěn)定性。第一張腦電信號(hào)圖中的視覺(jué)區(qū)和頂葉區(qū)通道在波動(dòng)中顯示出一些小幅變化，盡管整體波動(dòng)較為平穩(wěn)，但受強(qiáng)烈尖峰波動(dòng)的影響，也出現(xiàn)了一些較大的波動(dòng)。這表明受試者的大腦皮層在尖峰發(fā)生時(shí)也受到了一定的影響。第二張腦電信號(hào)圖的各通道則顯示出更為一致和穩(wěn)定的波動(dòng)，波動(dòng)幅度較小，表明受試者在這一時(shí)間段的視覺(jué)信息處理較為平靜，沒(méi)有明顯的外界干擾或劇烈的情感波動(dòng)。

第三，尖峰后恢復(fù)。第一張腦電信號(hào)圖在尖峰波動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)區(qū)和感覺(jué)區(qū)的波動(dòng)快速回到相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，表明大腦能夠迅速?gòu)膹?qiáng)烈刺激中恢復(fù)到較為常規(guī)的活動(dòng)模式。這種快速恢復(fù)可能與受試者的注意力切換或?qū)ν话l(fā)事件的反應(yīng)結(jié)束有關(guān)。第二張腦電信號(hào)圖則顯示出持續(xù)的穩(wěn)定波動(dòng)，表明受試者在這一時(shí)間段的注意力和感知活動(dòng)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，沒(méi)有經(jīng)歷強(qiáng)烈的注意力轉(zhuǎn)移或情感波動(dòng)。

與前序腦電信號(hào)對(duì)比，此段落2D和3D組的受刺激程度出現(xiàn)了相反的結(jié)果，其原因可能有三：一是此段落為信息交代段落，主要是人物對(duì)白，缺乏視覺(jué)信息刺激，3D手段的優(yōu)勢(shì)并不明顯；二是影片進(jìn)行到25分鐘左右，根據(jù)單個(gè)受試對(duì)象的腦電序列對(duì)比，出現(xiàn)了去敏化的現(xiàn)象，隨著影片劇情的推進(jìn)，純視覺(jué)化的刺激程度會(huì)降低；三是在腦電數(shù)據(jù)平均化的過(guò)程中，難免因?yàn)閭€(gè)體響應(yīng)時(shí)間不同出現(xiàn)均值效應(yīng)，導(dǎo)致平均化的腦電圖無(wú)法準(zhǔn)確反映總體情況［4］。這與樣本數(shù)量、同步信號(hào)的準(zhǔn)確性都有關(guān)聯(lián)，但仍能從信號(hào)中看出總體趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3D電影對(duì)觀眾產(chǎn)生更強(qiáng)烈視知覺(jué)吸引力的前提是能充分運(yùn)用立體影像的手段，包括不同的構(gòu)圖、景別、角度、焦距以及運(yùn)動(dòng)等。僅僅將2D電影三維化，未必能產(chǎn)生區(qū)別顯著的效果，而3D組對(duì)觀眾的視覺(jué)區(qū)域、頂葉區(qū)域、注意力反應(yīng)、運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)區(qū)域的刺激明顯更有優(yōu)勢(shì)。影像信息傳遞與觀眾接收信息的方式之間也有很多不同，而不同受試對(duì)象的反應(yīng)不同，差別較大，且在觀看過(guò)程中，隨著時(shí)間的變化，去敏化現(xiàn)象比較明顯。在一定時(shí)間之后，3D影像和2D影像的刺激開(kāi)始接近，但不排除在后續(xù)的特定場(chǎng)景中重新發(fā)生大的反差。隨著放映時(shí)間的推進(jìn)、故事的發(fā)展，兩者之間的差異逐漸讓位于敘事，人物塑造、情節(jié)變化、戲劇性張力等因素發(fā)揮著更為重要的作用，這對(duì)影視制作、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)等具有較高的參考價(jià)值。

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課題項(xiàng)目：本論文為2022年度河北省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“基于多種生物電信號(hào)的神經(jīng)電影學(xué)交叉研究”階段性成果，項(xiàng)目編號(hào)：SD2022107

作者簡(jiǎn)介：孫傳林 （1980—） ，男，博士，副教授，研究方向：電影攝影技術(shù)與理論；付饒 （1985—） ，女，助教，研究方向：廣播電視藝術(shù)；袁一茗 （1996—） ，男，助教，研究方向：電影制作。