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人类在表达自我与情绪时，最大的外部表现为肢体动作、语言与面部表情。其中，面部表情作为一种重要的社交线索，尤其在微表情的研究中占据了心理学的核心地位，能够有效地帮助识别谎言等非语言行为。
本文将分享一项关于使用机器人作为互动和可控的实验对象，探究不同的面部表情（快乐或愤怒）如何与不同的动作生机形式（粗鲁或温和的请求）相结合，从而影响参与者的运动行为的研究。
人类通过肢体动作、语言和面部表情自然地交流。例如，当我们看到别人伸手去拿杯子时，我们不仅能理解他们在做什么（如拿杯子喝水），还可以推测他们为什么这样做（例如，是为了喝水还是要把杯子递给别人）。
除了行为的目标和意图，动作的形式（即如何做）也很重要。例如，同样是拿杯子，人可能会用力地抓或轻柔地拿，这反映出他们的情绪和态度。
该研究的目标是验证面部表情（比如快乐或愤怒）是否能改变人们的运动反应。研究使用了一个机器人（iCub）——可以精准控制面部表情和动作（对比真人演员演绎表情，能更有效控制实验因素）。
动作请求方式：
温和请求（用蓝色曲线表示）：表示机器人以友好的方式请求参与者的帮助。
粗鲁请求（用红色曲线表示）：表示机器人以不礼貌的方式请求参与者的帮助。
面部表情：
快乐表情（A1、A2）：机器人在请求时展现出积极的情绪。
愤怒表情（B1、B2）：机器人在请求时展现出消极的情绪。
基线测试：
在实验开始前，每位参与者需进行10次无请求的基线试验， 以排除因运动行为引起的潜在干扰（如焦虑、抓球方式不同等）。
实验流程：
1.目标指示：参与者在实验开始时会收到一个关于目标颜色的指示（黄色或橙色），这个指示持续2秒。
2.机器人请求：iCub机器人会展示请求的动作（温和请求约2.2秒，粗鲁请求约2秒），参与者随后需执行动作（抓取小球并放置到目标上，最长可达4秒）。
3.重新定位：参与者在完成动作后，需要用左手将小球放回起始位置，并等待下一个试验的开始，期间会有一个黑屏和白色固定十字作为休息时间（持续4秒）。
实验设计：
• 实验分为两个回合，每个回合大约持续5分30秒，每个回合包含20个实验试验，顺序随机。
• 总共展示了40个刺激：20个温和请求（其中10个是快乐面部表情，10个是愤怒面部表情）和20个粗鲁请求（同样包含快乐和愤怒的面部表情）。
• 实验采用了2×2因子设计，因子包括“动作活力”（温和和粗鲁）和“面部表情”（快乐和愤怒）。
实验记录了每位参与者对iCub机器人的请求反应，共40次动作。每种请求类型包含以下四种组合：
• 10次温和请求（快乐面部表情）
• 10次温和请求（愤怒面部表情）
• 10次粗鲁请求（快乐面部表情）
• 10次粗鲁请求（愤怒面部表情）
每个参与者的运动反应被分为两个主要阶段：
• 抓取阶段：参与者伸手去抓取小球。
• 传递阶段：参与者将小球移动到目标位置。
在这两个阶段中，实验提取了以下运动学参数：
• 峰值速度
• 峰值加速度
• Z轴坐标轨迹（表示参与者右手的抬高程度）
• 动作阶段持续时间
• 达到峰值速度的时间
• 对于抓取阶段，还计算了右手的最大开口度
对于每位参与者和每个运动参数，我们计算了每种条件下的10个值的平均值。
将这些平均值归一化到基线条件，即参与者在没有接收到请求时的表现。
将平均和归一化的运动学参数组织起来，进行一般线性模型（GLM）分析。GLM模型考虑了两个重要因素：
动作形式（VITALITY）：温和与粗鲁
面部表情（FACIAL EXPRESSION）：快乐与愤怒
此外，该模型用于研究iCub机器人的面部表情和动作形式如何影响参与者的运动反应。实验还计算了反应时间，即从iCub请求结束到参与者开始动作的时间，并通过GLM分析各条件间的反应时间差异。
实验结果
到达阶段：VITALITY（温柔，蓝色条；粗鲁，红色条）对峰值速度（A1）、峰值加速度（A2）和最大高度（A3）的主要影响。通过阶段：活力（温柔，蓝色条；粗鲁，红色条）对峰值速度（B1）、峰值加速度（B2）和最大高度（B3）的影响；面部表情（高兴，蓝色阴影；愤怒，红色阴影）对峰值速度（C1）、峰值加速度（C2）和最大高度（C3）的主要影响。100% 对应的虚线指的是基线条件。垂直条表示标准误差。水平条表示统计显著性（*p ≤ 0.05、**p ≤ 0.01、***p ≤ 0.001）。
VITALITY（温柔，蓝色条；粗鲁，红色条）对动作持续时间（A：到达阶段；B1：通过阶段）和达到峰值速度时间（C：到达阶段；D1：通过阶段）的主影响。
面部表情（高兴，蓝色阴影；愤怒，红色阴影）对通过阶段的动作持续时间（B2）和达到峰值速度时间（D2 ）的主影响。100% 对应的虚线指的是基线条件。反应时间分析（E）。事后分析（左图）显示不同条件之间的显著差异。VITALITY*面部表情有显著的相互作用（右图）。竖线表示标准误差。横线表示统计显著性（*p ≤ 0.05，**p ≤ 0.01，***p ≤ 0.001）。
实验观察到不同因素对运动学参数的显著影响，具体包括以下几个方面：
VITALITY的主要效应：
在抓取阶段和传递阶段，以下运动学参数显著：
峰值速度：
抓取阶段：F(1,17)=10.43,p<0.01
传递阶段：F(1,17)=34.32,p<0.001（见图2A1-B1）
峰值加速度：
抓取阶段：F(1,17)=9.26,p<0.01
传递阶段：F(1,17)=14.25,p=0.001 （见图2A2-B2）
最大高度：
抓取阶段：F(1,17)=15.27,p=0.001
传递阶段：F(1,17)=10.93,p<0.01（见图2A3-B3）
动作持续时间：
抓取阶段：F(1,17)=39.17,p<0.001
传递阶段：F(1,17)=106.32,p<0.001（见图3A-B1）
达到峰值速度的时间：
抓取阶段：F(1,17)=14.54,p<0.01
传递阶段：F(1,17)=80.38,p<0.001 （见图3C-D1）
FACIAL EXPRESSION的主要效应：
在传递阶段，以下参数显著：
峰值速度：F(1,17)=5.07,p<0.05（见图2C1）
峰值加速度：F(1,17)=5.77,p<0.05（见图2C2）
最大高度：F(1,17)=5.42,p<0.05（见图2C3）
动作持续时间：F(1,17)=6.50,p<0.05（见图3B2）
达到峰值速度的时间：F(1,17)=5.21,p<0.05（见图3D2）
没有发现VITALITY与FACIAL EXPRESSION的交互效应。
最大手开口度的分析未显示出VITALITY和FACIAL EXPRESSION的显著主要效应。
图2的下部分展示了参与者在面对iCub机器人请求时的速度、加速度和Z坐标轨迹曲线： 温和（蓝色曲线）和粗鲁（红色曲线）请求下的反应（快乐和愤怒面部表情）。
反应时间分析结果：
VITALITY的显著效应：F(1,17)=7.60,p<0.05
FACIAL EXPRESSION的显著效应：F(1,17)=12.94,p<0.01
VITALITY与FACIAL EXPRESSION的交互效应显著：F(1,17)=51.04,p<0.001
事后分析 （Newman–Keuls校正）显示，所有条件间的反应时间有显著差异，唯独在比较一致条件时未显示显著差异（见图3E）
这些结果表明，iCub机器人请求的动作形式和面部表情显著影响了参与者的运动表现，尤其在抓取和传递阶段的运动学参数方面。这为理解人机交互中的非语言信号如何影响人类反应提供了实证依据。
观察他人执行的行为有助于理解他们的目标和意图。行动的不同形式（如温和或粗鲁）可以传达代理人的态度和情感状态。
情感表达的影响：正面和负面面部表情能够显著影响对代理人行动的感知，进而影响接收者的运动行为。在一致性条件下（面部表情与行动形式相符），参与者更快速、直观地做出反应，而在不一致性条件下（面部表情与行动形式不符），反应时间显著延长。
运动行为的调节：面部表情和动作活力形式的组合显著调节了参与者在运动阶段的运动学特征，如速度、加速度和动作持续时间。
对未来研究的启示：这些发现对研究情感交流障碍（如自闭症、精神分裂症等）具有潜在意义，为未来的临床研究提供了新的方向。
研究的局限性：该实验指出了一些局限性，例如在抓取阶段未观察到面部表情的显著影响，可能与所用物体的特性有关。此外，静态的面部表情可能降低了参与者的反应效果，未来研究可考虑使用动态表情。
（全文结束）
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