麻省理工学院研究人员开发更便捷人机交互系统帮助严重运动障碍者更快、更准确地打字

2007年5月22日在法国上映了一部剧情片《潜水钟与蝴蝶》， 该片以法国时尚杂志Elle主编 Jean-Dominique Bauby的同名回忆录为蓝本，讲述了其在开车途中突发中风并导致其身患闭锁综合征，在身体机能遭到严重损坏后，仅通过眼皮与世界交流的故事。

这场事故发生在1995年，从此Bauby成为了一个植物人。他全身瘫痪， 不能活动身体、不能吞咽、不能说话，为了避免没有作用的右眼遭受感染，医生像缝袜子一样缝合了他的右眼，因此他全身唯一能动的只剩下左眼。

“除了我的眼皮，还有两样东西没有瘫痪： 我的想象和我的记忆。” 尽管全身瘫痪，Bauby的意识却是清醒的，他的左眼成为他与世界能产生联系的唯一工具。

这部130页的回忆录就是Bauby用他的左眼在听写系统的辅助下写出来的。在该系统中，他的言语治疗师背诵字母表，当其说出正确的字母时，Bauby就会眨眼。

自从Bauby的故事发生以来，该技术已经取得了长足的进步。许多因闭锁综合征、脑瘫、肌萎缩侧索硬化症或其他疾病而导致严重运动障碍的人可以使用计算机界面进行交流，他们通过哈气或眨眼的方式以激活单个开关（类似于按下按钮）在屏幕网格中选择字母或单词。

但是这些技术非常死板，与Bauby语言治疗师的方法类似，这种技术一次仅能够突出显示某个选项，而无法实现需要以网格形式排列多个选项的复杂任务，例如绘图、浏览网页或游戏等。

为此，来自麻省理工学院的研究人员正在开发一个更灵活的系统，他们在计算机屏幕上的每个选项旁边都放置了单独的选择指示器。也就是说，任何一个可以点击的选项旁边都会配备一个选择指示器，因此用户不再需要在网格中循环进行选择。

在Nomon界面中，每个选项旁边都有一个小型模拟时钟。当用户锁定一个选项时，需要在时钟的指针经过红色“中午”线时单击其开关，每次点击后，系统都会改变时钟的相位以选中最可能的下一个目标。用户可以反复点击，直到他们的目标被选中。

与使用行列扫描系统相比，该项研究的参与者能够使用Nomon更快地打字，并且除了打字，在图片选择任务上的表现也更好。

“能够开发有潜力真正帮助人们的软件真是太酷了，太令人兴奋了。能够像我们习惯的那样找到这些信号并将它们转化为通信是一个非常有趣的问题，”该研究的作者、麻省理工学院电气工程和计算机科学系、信息和决策系统实验室以及数据、系统和社会研究所副教授Tamara Broderick说道。

为了收集更多有代表性的数据，该研究的主要作者Nicholas Bonaker设计了一种基于网络摄像头的开关，它比简单地单击一个键更难使用。非运动障碍者必须将身体靠在屏幕的一侧，然后再回到另一侧才能完成点击选择动作。

然而，经过实证研究，这种速度更加缓慢的选择方式却更接近运动障碍者的反应时间。

并且，据研究结果显示，非运动障碍者使用Nomon的打字速度提高了15%，而运动障碍用户的打字速度甚至比前者更快。在输入不熟悉的单词时，用户的整体速度提高了20%，并且出錯的次数减少了一半。在最后一次试验中，他们使用Nomon完成图片选择任务的速度比行列扫描系统提高了36%。

在此之后， 研究人员在这个名为Nomon的系统上整合了概率推理来学习用户如何做出选择，然后调整界面以提高他们的速度和准确性。

凭借其概率推理，Nomon整合了它所知道的关于用户可能单击的位置的所有信息，以使该过程更快、更容易、更准确。这种概率推理使Nomon功能强大，但也需要比行列扫描系统更高的点击负载。对于严重的运动障碍用户来说，多次点击可能是一项艰巨的任务。

Broderick希望通过将凝视跟踪整合到Nomon中来减少点击负载，这将为系统提供更可靠的信息，即系统根据用户正在查看的屏幕部分推测下一步可能会选择什么。研究人员还希望找到一种更好的方法来自动调整时钟速度，以帮助用户更加准确和高效。

这项研究已经得到了残障人士先进技术赛斯泰勒纪念基金、Peter J. Eloranta夏季本科生研究奖学金、麻省理工学院智力探索和国家科学基金会的部分支持。