نبرد نورون‌ها: افزایش تمرکز با استفاده از بازی رایانه‌ای مبتنی بر بازخورد عصبی و رابط مغز-رایانه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد هنرهای رایانه‌ای، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، تبریز، ایران.

2 استادیار علوم اعصاب شناختی، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، تبریز، ایران.

3 استادیار علوم کامپیوتر، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، تبریز، ایران.

10.30473/clpsy.2020.47141.1449

چکیده

مقدمه: هدف این پژوهش، تعیین تأثیر استفاده از سناریوهای مجازی مبتنی بر بازخورد عصبی در قالب بازی‌ رایانه‌ای بر افزایش تمرکز افراد سالم است. روش: طرح پژوهش حاضر تجربی است و جامعه آماری این پژوهش کلیه دانشجویان پسر دانشگاه هنر اسلامی تبریز در سال 1397 بودند. به منظور برآورد حجم نمونه از جدول کوهن استفاد شد که حجم نمونه معادل 24 نفر به شکل داوطلبانه وارد پژوهش شدند و در سه گروه تقویت منفی(اعمال جریمه)، تقویت مثبت(اعمال پاداش) و تقویت رقابتی(تأثیر بر عملکرد حریف) مورد آزمون قرار گرفتند. داده‌های مربوط به میزان تمرکز هر فرد و عملکرد وی در طول بازی از طریق دستگاه مغزنگار الکتریکی و ساختار چندنخی بازی ضبط و ثبت می­گردید. در سناریوهای طراحی شده، از آستانه تمرکز هر فرد برای تنظیم جریان بازی استفاده می‌شد تا از این طریق فرآیند آموزش تمرکز، نسبت به فعالیت مغزی همان شخص تنظیم گردد. به منظور آزمودن فرضیات این پژوهش یک مطالعه کاربری صورت پذیرفت و نتایج حاصل با استفاده از روش آماری تحلیل واریانس مختلط و با استفاده از نرم­افزار SPSS نسخه 21 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج نشان داد روش تقویت رقابتی، تقویت منفی و تقویت مثبت در افزایش تمرکز مؤثر است. همچنین تحلیل داده‌های حاصل از پرسشنامه تجربه کاربری نشان داد که سناریوهای طراحی شده توانسته‌اند بازیکنان را در جریان بازی غوطه‌ور ساخته و جذابیت و تعامل لازم را به وجود آورند. نتیجه­ گیری: استفاده از بازی‌ رایانه‌ای مبتنی بر رابط مغز- رایانه و بازخورد عصبی منجر به بالا بردن بازده آموزش تمرکز ‌می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Battle of Neurons: Increased focus using a nerve-based computer game and brain-computer interface

نویسندگان [English]

  • hesam sakian mohammadi 1
  • yazdan movahedi 2
  • yones sekhavat 3
1 M. A in Computer Arts, Tabriz Islamic Art University, Tabriz, Iran.
2 Assistant Professor of Cognitive Neuroscience, Tabriz Islamic Art University, Tabriz, Iran.
3 Assistant Professor of Computer Science, Tabriz Islamic Art University, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Aim: The aim of this study was to evaluate the effectiveness of neurofeedback-based virtual scenarios in form of a computer game in healthy individuals. Method: The design of this study was experimental and the statistical population was all male students of Tabriz Islamic Art University in 2019. The sampling estimation was based on Cohen's table and a sample of  24 volunteers was included in the study. To collect data they were tested in three groups include positive(reward), negative(punishment) and Competitive(effect on the opponent) reinforcement. The attention level of each player and hisher performance are collected through electroencephalogram(EEG) and recorded by the multithread structure of the game. In designed   scenarios, the threshold of each individual's concentration is used to regulating the flow of the gameplay, thus the attention training process is adjusted to the same person's brain activity. In order to test the hypotheses of this research, a user study has been conducted; The results were analyzed by repeated measures ANOVA using SPSS 21 software. Findings: The results showed that competitive reinforcement, negative reinforcement and positive reinforcement are effective in increasing attention level. Also, analyzing the data from the user experience questionnaire showed that designed scenarios are capable to immerse players in the gameplay and engage them with the training flow. Conclusion: using BCI based game and neurofeedback result in increasing the efficiency of attention training.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Brain-Computer Interface
  • Neuro-feedback
  • Computer Games
  • Attention Training
امینی، م؛ بیات، پ و واعظ­قاسمی، م.(1396). مروری بر بازی­های رابط مغز و رایانه: پارادایم­های کنترلی، رویکردهای ترکیبی و روش­های طبقه­بندی. سومین کنفرانس ملی فناوری در مهندسی برق و کامپیوتر.

دهقان، ن؛ فرامرزی، س؛ نادی، م و عارفی، م.(1396) .بررسی اثربخشی بسته آموزشی بازی‌های شناختی بر عملکرد مهارت‌های عصب­روانشناختی دانش‌آموزان نارساخوان. فصلنامه علمی-پژوهشی عصب­روانشناسی. سال 3، شماره 2(پیاپی 9).

علی­یاری، ح؛ صحرایی، ه؛ دلیری، م؛ مینایی، ب؛ کاظمی، م؛ حسینی، س و همکاران.(1396). بررسی شناختی اثرات بازی رایانه­ای Runner در بازیکنان. سومین کنفرانس ملّی و اولین کنفرانس بین‌المللی بازی‌های رایانه‌ای؛ فرصت‌ها و چالش‌ها. دانشگاه اصفهان.

علی­یاری، ح؛ صحرایی، ه؛ مینایی، ب؛ دلیری، م؛ کاظمی، م؛ سیدحسینی، س و همکاران.(1396). بررسی شناختی تاثیرات بازی رایانه‌ای پازلی بر حل مسئله و توجه در بازیکنان. نخستین کنفرانس ملی تحقیقات بازی‌های دیجیتال؛ گرایش‌ها، فناوری‌ها و کاربردها.

محمدزاده، الف و خرمی­بنارکی، الف.(1394). آموزش و توانمندسازی مغز با استفاده از بازی‌های رایانه‌ای: فرصت‌ها و چالش‌ها، واقعیت یا مجاز. اولین کنفرانس ملّی بازی‌های رایانه‌ای؛ فرصت‌ها و چالش‌ها. دانشگاه اصفهان.

مصطفائی، ع؛ اورکی، م و نیک‌نام، الف.(1396). تأثیر بازی‌های توجهی بر خودتنظیمی و کارکرد اجرایی دانش‌آموزان مضطرب. فصلنامه علمی- پژوهشی عصب­روانشناسی. سال 4، شماره 3(پیاپی14).

هاشمیان­نژاد، ف؛ ویسی، ن؛ شیرکوند، ن و عاشوری، ج.(1394). مقایسه اثربخشی آموزش نوروفیدبک و بازی­های رایانه­ای بر توانایی توجه پیوسته و برنامه­ریزی دانش­آموزان مبتلا به اختلال نقص­توجه. مجله علمی-پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی اراک. سال 18، شماره 8(پیاپی 101)، 92 - 81.

 

Ahn, M., Lee, M., Choi, J., & Jun, S. C.(2014). A review of brain-computer interface games and an opinion survey from researchers, developers and users. Sensors, 14(8), 14601–14633.

Arns, M., Drinkenburg, W., & Kenemans, J. L.(2012). The effects of QEEG-informed neurofeedback in ADHD: an open-label pilot study. Applied Psychophysiology and Biofeedback, 37(3), 171–180.

Bakhshayesh, A. R., Hänsch, S., Wyschkon, A., Rezai, M. J., & Esser, G.(2011). Neurofeedback in ADHD: a single-blind randomized controlled trial. European Child & Adolescent Psychiatry, 20(9), 481.

 Bayliss, J. D.(2003). Use of the evoked potential P3 component for control in a virtual apartment. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 11(2), 113–116.

Boddy, J., Carver, A., & Rowley, K.(1986). Effects of positive and negative verbal reinforcement on performance as a function of extraversion-introversion: Some tests of Gray’s theory. Personality and Individual Differences, 7(1), 81–88.

Chen, J.(2007). Flow in games(and everything else). Communications of the ACM, 50(4), 31–34.

Cohen, M. X., Elger, C. E., & Fell, J.(2008). Oscillatory activity and phase–amplitude coupling in the human medial frontal cortex during decision making. Journal of Cognitive Neuroscience, 21(2), 390–402.

Csikszentmihalyi, M.(2014). Toward a psychology of optimal experience. In Flow and the foundations of positive psychology(pp. 209–226). Springer.

Csikszentmihalyi, M.(2017). Finding flow. Gildan Audio.

Evans, T. M., Kochalka, J., Ngoon, T. J., Wu, S. S., Qin, S., Battista, C., & Menon, V.(2015). Brain structural integrity and intrinsic functional connectivity forecast 6 year longitudinal growth in children’s numerical abilities. Journal of Neuroscience, 35(33), 11743–11750.

Fairclough, S. H.(2010). Physiological computing: interfacing with the human nervous system. In Sensing emotions(pp. 1–20). Springer.

Gevensleben, H., Holl, B., Albrecht, B., Schlamp, D., Kratz, O., Studer, P., … Heinrich, H.(2010). Neurofeedback training in children with ADHD: 6-month follow-up of a randomised controlled trial. European Child & Adolescent Psychiatry, 19(9), 715–724.

 Green, C. S., & Bavelier, D.(2003). Action video game modifies visual selective attention. Nature, 423(6939), 534.

Gunkelman, J. D., & Johnstone, J.(2005). Neurofeedback and the brain. Journal of Adult Development, 12(2–3), 93–98.

Heinrich, H., Gevensleben, H., & Strehl, U.(2007). Annotation: Neurofeedback–train your brain to train behaviour. Journal of Child Psychology and Psychiatry, 48(1), 3–16.

Hjelm, S. I., & Browall, C.(2000). Brainball-using brain activity for cool competition. In Proceedings of NordiCHI(Vol. 7).

Hwang, H.-J., Kim, S., Choi, S., & Im, C.-H.(2013). EEG-based brain-computer interfaces: a thorough literature survey. International Journal of Human-Computer Interaction, 29(12), 814–826.

IJsselsteijn, W. A., De Kort, Y. A. W., & Poels, K.(2013). The game experience questionnaire.

Martinez, P., Bakardjian, H., & Cichocki, A.(2007). Fully online multicommand brain-computer interface with visual neurofeedback using SSVEP paradigm. Computational Intelligence and Neuroscience, 2007.

Mercado, J., Espinosa-Curiel, I., Escobedo, L., & Tentori, M.(2018). Developing and evaluating a BCI video game for neurofeedback training: the case of autism. Multimedia Tools and Applications, 1–38.

Mikołajewska, E., Mikołajewski, D., Komendziński, T., Dreszer-Drogorób, J., Lewandowska, M., & Wolak, T.(2016). Chances for and Limitations of Brain-Computer Interface use in Elderly People. In Human-Computer Interaction: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications(pp. 1723–1734). IGI Global.

Mühl, C., Gürkök, H., Bos, D. P.-O., Thurlings, M. E., Scherffig, L., Duvinage, M., … Heylen, D.(2010). Bacteria hunt. Journal on Multimodal User Interfaces, 4(1), 11–25.

Nabavi Alagha, F., Naderi, F., Heidari, A. R., Ahadi, H., & Nazari, M. A.(2013). The effectiveness of Neurofeedback training on cognitive function. Thou Behav Clin Psychol, 7(4), 27–36.

Niv, S.(2013). Clinical efficacy and potential mechanisms of neurofeedback. Personality and Individual Differences, 54(6), 676–686.

Pineda, J. A., Silverman, D. S., Vankov, A., & Hestenes, J.(2003). Learning to control brain rhythms: making a brain-computer interface possible. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 11(2), 181–184.

Reinschluessel, A. V, & Mandryk, R. L.(2016). Using Positive or Negative Reinforcement in Neurofeedback Games for Training Self-Regulation. In Proceedings of the 2016 Annual Symposium on Computer-Human Interaction in Play(pp. 186–198). ACM.

Saari, T., Turpeinen, M., Kuikkaniemi, K., Kosunen, I., & Ravaja, N.(2009). Emotionally adapted games–an example of a first person shooter. In International Conference on Human-Computer Interaction(pp. 406–415). Springer.

Salen, K., Tekinbaş, K. S., & Zimmerman, E.(2004). Rules of play: Game design fundamentals. MIT press.

Sekhavat, Y. A.(2019). Battle of minds: a new interaction approach in BCI games through competitive reinforcement. Multimedia Tools and Applications, 1-16.

Siniatchkin, M., Kropp, P., & Gerber, W.-D.(2000). Neurofeedback—The significance of reinforcement and the search for an appropriate strategy for the success of self-regulation. Applied Psychophysiology and Biofeedback, 25(3), 167–175.

Song, H., Kim, J., Tenzek, K. E., & Lee, K. M.(2013). The effects of competition and competitiveness upon intrinsic motivation in exergames. Computers in Human Behavior, 29(4), 1702–1708.

Steiner, N. J., Frenette, E. C., Rene, K. M., Brennan, R. T., & Perrin, E. C.(2014). Neurofeedback and cognitive attention training for children with attention-deficit hyperactivity disorder in schools. Journal of Developmental & Behavioral Pediatrics, 35(1), 18–27.

Strobach, T., Frensch, P. A., & Schubert, T.(2012). Video game practice optimizes executive control skills in dual-task and task switching situations. Acta Psychologica, 140(1), 13–24.

Vidal, J. J.(1977). Real-time detection of brain events in EEG. Proceedings of the IEEE, 65(5), 633–641.

Wilkinson, N., Ang, R. P., & Goh, D. H.(2008). Online video game therapy for mental health concerns: a review. International Journal of Social Psychiatry, 54(4), 370–382.