说一件事而感受另一种是人类的一部分，但压抑情绪可能会导致严重的心理后果，如焦虑或恐慌发作。为了帮助医疗保健提供者辨别这种差异，一组由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的团队创造了一种可伸缩、可充电的贴纸，可以通过测量皮肤温度和心率等指标来检测真实情感——即使用户表现得勇敢。
说一件事而感受另一种是人类的一部分，但压抑情绪可能会导致严重的心理后果，如焦虑或恐慌发作。为了帮助医疗保健提供者辨别这种差异，一组由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的团队创造了一种可伸缩、可充电的贴纸，可以通过测量皮肤温度和心率等指标来检测真实情感——即使用户表现得勇敢。
研究人员最近公布了一种可佩戴的贴片，该贴片可以在《纳米快报》期刊上发表的研究中同时准确跟踪多种情感信号。
“这是一种通过同时观察多个身体信号来理解我们情感的新方法。”宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学的詹姆斯·L·亨德森教授助理以及论文的主要作者Huanyu “Larry” Cheng说。“仅依赖面部表情来理解情感可能会产生误导。人们往往不会明显表达他们真实的感受，这就是为什么我们将面部表情分析与其他重要的生理信号结合起来，这将最终导致更好的心理健康监测和支持。”
这种类似贴纸的贴片跟踪与情感状态相关的一系列生理反应，如皮肤温度、湿度、心率和血氧水平。最重要的是，Cheng 解释说，该设备的传感器被设计成独立工作，最大程度地减少不同测量之间的干扰。
该设备将生理信号分析与面部表情数据相结合，以更好地区分真实情感和表演的情感。它然后无线传输实时测量数据到移动设备和云端，临床医生可以利用这些数据更好地虚拟评估患者。Cheng解释说，该设备不记录个人信息，仅记录信号，这意味着个人隐私通过设备的设计得到了保护。
“这项技术有潜力帮助那些在心理健康方面挣扎的人，但可能并没有完全对他人或甚至对他们自己坦诚自己的挣扎程度。”论文的共同作者、宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学的博士生Yangbo Yuan说。
Cheng解释说，收集的数据也可以帮助弥合文化或社会差距，这可能表现为一个人在医疗保健提供者面前显得更加坚韧或表现得更为表达。“通过跟踪这些信号，可能会更早发现焦虑或抑郁等问题。”
研究人员通过将薄层柔性金属（如铂和金）叠在一起并切割成波浪形状来构建这种可伸缩的创可贴大小的设备，这些形状在拉伸或扭曲时仍然保持灵敏度。他们还使用了会随着温度变化电流流动的材料层，并内置了由碳原子制成的空心管，能够吸收水分并监测湿度水平。
多个传感器的设计和布置方式，确保它们不会干扰彼此的测量。例如，研究人员在温度和湿度传感器下放置了一层刚性材料，以保护它们免受面部表情传感器在拉伸过程中所受到的影响。他们还使用了一层防水材料，以保护温度和应变传感器免受湿度的影响。
“我们已经对这个设备进行了工程设计，使其能够独立测量这些不同的信号，而不会相互干扰，从而提供更清晰、更准确的表面下发生的情况。”论文的共同通讯作者以及厦门大学的副教授Libo Gao说。
接下来，团队训练了一种人工智能（AI）模型，以识别和理解表演与真实人类情感的迹象。研究人员招募了八人，这是一个常见的初步研究样本量，让他们表演六种常见的面部表情：快乐、惊讶、恐惧、悲伤、愤怒和厌恶。
参与者每种情感表情展示100次，同时设备跟踪他们的运动。研究人员然后将这些数据输入到一个AI模型中，训练它将特定面部动作与不同情感相关联。随后，他们又招募了三名参与者，以进一步评估模型的能力。它以96.28%的准确性对表演的面部表情进行分类。
在跟踪真实情感方面，研究人员测试了该设备在观看旨在唤起情感的视频片段时，如何良好地跟踪同一参与者的心理反应。该设备以88.83%的准确率正确识别情感，传感器确认心理反应与已知的情感与心理反应之间的联系一致，比如在惊讶和愤怒时皮肤温度和心率的增加。
Cheng指出，能够无线传输数据意味着医疗保健专业人员可以潜在地远程监测个体，并通过远程医疗提供及时的情感支持。
“这个传感器可以在弥合护理获取差距中发挥重要作用。”他说。“考虑到现代社会中压力水平的上升，监测情感的能力可以提供虚弱病症的早期指示，并允许主动支持。”
他解释说，该设备还为其他基于人工智能的疾病诊断和治疗系统开辟了可能的应用，而不仅仅是情感识别。他指出，临床医生可以利用这些应用更好理解非言语患者的心理和情感状态，更好识别痴呆症的行为和心理症状，并识别阿片类药物过量。该技术未来甚至可用于慢性伤口监测和疾病管理，以及跟踪神经退行性疾病进展和运动表现。
“虽然仍处于研究和开发阶段，但该设备在我们监测和理解人类情感的能力上迈出了重要一步，可能为更主动和个性化的心理健康护理铺平了道路。”Cheng说。
其他贡献者包括西安交通大学的Hongcheng Xu。美国国家卫生研究院和美国国家科学基金会资助了宾夕法尼亚州立大学研究人员对此工作的贡献。
