文献阅读：虚拟现实中时间知觉的脑信号

Brain Signatures of Time Perception in Virtual Reality

（曲雪 西南大学心理学部 时空认知实验室）

将时间知觉作为一种用户心理状态应用于虚拟现实（VR）一直存在两大挑战：首先是实现对用户时间感知精准且有目的性的调控；其次是时间知觉作为一种心理状态，只能通过适当的生理状态测量进行实时获取。

基于此，Niknam等人通过实验探索了EEG作为VR中时间知觉客观测量的潜力。探究经典的时间知觉调节器在VR中的应用，包括探索VR本身作为一种时间知觉调节器，以探测出一种客观、在线且基于生理学的时间感知的测量方法。（时间知觉调节器就是影响时间感知的因素）

该研究的基本思路是：在VR环境中设置多种经典的时间知觉调节器，涵盖视觉与听觉模态；然后收集被试时距估计的数据集；之后记录被试的EEG信号，并标记为高估、正确估计、低估三种时间知觉状态；最后将收集到的数据按时间知觉状态进行分组，并进行EEG分析，以检测可能的相应特征。

在时间知觉调节器的设置上，该研究一共分为六个模块，分别为情绪模块、认知负荷模块、oddball模块、量值信息模块、预期模块和没有调节因子的空白模块，其中空白模块为模块间对照组，剩余模块均为模块间实验组。其中各模块均划分为实验组与模块内控制组：情绪模块（视觉）设置高 / 低唤醒度积极情绪、低唤醒度消极情绪、中性情绪四种模式；认知负荷模块（视觉）设低、中、高三种认知负荷模式；oddball 模块（视觉）含情境相关、情境无关、无奇异刺激三种模式；量值信息模块（听觉）为高音调、低音调、自然音调三种模式，且该模块仅呈现听觉刺激；预期模块（视觉）设慢速、快速两种进度条模式，无模块内控制组；无调节器控制组仅呈现黑色屏幕，无任何视听觉刺激。

该研究采用基于 Welch 方法的功率谱密度（PSD）分析、拓扑图分析、信噪比（SNR）分析探究不同时间知觉状态的脑电特征，并通过 Morlet 小波变换（MWT）进行时频分析，刻画神经振荡的时间-频率动态演化。主要结果如下：

1.时间知觉调节器的调控效应：各类调节器对主观时间知觉均存在显著调控作用。其中无任何刺激的模块间空白控制组表现出高度显著的时间压缩效应。

2.不同时间知觉状态的脑电振荡特征：PSD 分析显示，三种时间知觉状态的 EEG 频段能量存在显著差异，高估状态表现为 δ 波、θ 波等低频段能量增强，正确估计状态以 α 波、β 波活动增强为特征，低估状态则呈现高 β 波、γ 波等高频段能量增加的特点。拓扑图分析进一步揭示了脑电活动的区域特异性，正确估计状态的脑电活动覆盖全频段，在 α 波、β 波段达到峰值，后随频段升高逐渐衰减；高估状态集中表现为 δ 波、θ 波的高强度活动，其余频段呈衰减趋势；低估状态在 α 波及以前频段活动极低，自 β 波起开始增强，在 γ 波段达到峰值。

3.信噪比及时频分析：信噪比分析显示，除 α 波频段外，所有频段在不同时间知觉状态间均存在显著差异，其中高估与低估状态在所有频段差异显著，正确估计与低估状态在 δ、θ、γ 波频段差异显著，高估与正确估计仅在 β 波频段存在显著差异。时频分析发现 2 秒事件未检测到更高频率振荡是因为瞬态反应的存在，且不同时间知觉状态的时频特征与 PSD 分析一致，即高估状态低频段活动更高，正确估计状态 α、β 波段活动更显著，低估状态则表现为高 β、γ 波段的高活动水平。

这些结果表明，虚拟现实（VR）对时间知觉存在压缩效应；不同时间知觉状态对应特异性神经特征，具体来说，时间高估状态下呈现出δ波与θ波等低频段活动增强的典型模式，时间准确估计状态下呈现出与α波及β波活动增强的脑电频谱特征密切相关，时间低估状态下则表现为高频β波与γ波等高频段能量上升的特征；时频分析还显示，在2秒事件的前半段存在抑制高频振荡的瞬态神经反应。

该研究首次明确了 VR 环境中不同时间知觉状态（高估、正确估计、低估）对应的特异性 EEG 脑电特征，验证了 EEG 作为 VR 中时间知觉客观、在线测量手段的可行性，为 VR 场景下时间知觉的精准调控提供了生理学指标与理论支撑，也为基于生理信号的用户心理状态实时检测奠定了基础。

参考文献：

Niknam, S., Duraisamy, S., Botev, J., & Leiva, L. A. (2025). Brain signatures of time perception in virtual reality. Ieee Transactions on Visualization and Computer Graphics, 31(5), 2535～2545. https://doi.org/10.1109/TVCG.2025.3549570