Исследовательская статья

Исследования инклюзивных систем навигации в транспортных узлах для пожилых людей с нарушениями зрения

45 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/71828

⸱

11 августа 2026 г.

 ,  , 
1Xiamen Academy of Arts and Design, Fuzhou University, 2Xiamen Rekey Medical Technology Co., Ltd.

В этой статье

Краткое содержание

В данном исследовании изучаются проблемы пространственной навигации, с которыми сталкиваются пожилые люди с нарушениями зрения в сложных транспортных узлах, используя симуляции с отслеживанием зрения и смешанной реальности. Результаты показывают, что возрастные нейрокогнитивные упадки требуют применения доказанных универсальных дизайнерских вмешательств, включая усиленный визуальный контраст и упрощённую архитектурную геометрию, чтобы сохранить независимую мобильность.

Аннотация

По мере того как глобальная демография смещается в сторону всё более стареющего общества, сохранение независимой мобильности и пространственной навигации стало ключевым приоритетом общественного здравоохранения. В данном исследовании изучаются пространственные исследования пожилых людей с нарушениями зрения в сложных терминалах аэропортов, используя реальные задачи навигации в сочетании с интегрированной технологией отслеживания глаз. С помощью сравнительного анализа между группой пожилых людей с нарушениями зрения и контрольной группой с более молодым зрением, это исследование количественно оценивает навигационные усилия с помощью угловой скорости взгляда (AV), продолжительности навигации и тепловых карт распределения взгляда. Экспериментальные результаты показывают, что пожилые люди с нарушениями зрения демонстрируют значительно более высокий AV взгляд во всех навигационных участках, что здесь характеризуется как компенсаторная поведенческая реакция на снижение визуально-пространственной функции. Однако этот компенсаторный механизм демонстрирует «точку насыщения» на структурно сложных пересечениях, например, с острыми углами соединения, где пожилые участники не могут дальше масштабировать свои исследовательские усилия. Анализ также показывает, что динамические движения, в частности пешеходы, создают эффект «привязанности внимания», который непропорционально подавляет периферийное внимание у старших навигаторов. Соотнося эти поведенческие маркеры с клиническими индикаторами, включая среднее отклонение (MD), стандартное отклонение шаблона (PSD) и полезное поле зрения (UFOV), эта статья устанавливает логическую основу для инклюзивного дизайна, основанного на доказательствах. Рекомендации сосредоточены на геометрическом упрощении транзитных узлов, мультисенсорной избыточности и интеграции адаптивных вспомогательных технологий для смягчения «экологического давления» на стареющий мозг.

Введение

Глобальный переход к всё более стареющему обществу представляет собой глубокую междисциплинарную задачу для городской инфраструктуры, общественного здравоохранения и архитектурногоинжиниринга 1. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), математически прогнозируется численность населения в возрасте 65 лет и старше в мире до 1,6 миллиарда человек к 2050 году. Параллельно с этим демографическим сдвигом наблюдается заметный рост возрастных сенсорных и когнитивныхнарушений 3. Глобальная комиссия по здравоохранению Lancet сообщает, что примерно 1,1 миллиарда человек жили с нелеченой потерей зрения в 2020 году, и ожидается, что к 2050 году эта цифра возрастёт до 1,8 миллиарда. На самом деле, эпидемиологическая статистика показывает, что один человек в мире становится функционально слепым каждые 5 с5. Несмотря на эти значимые демографические тенденции, пожилые люди с нарушениями зрения остаются структурно маргинализированными. Важно признать, что «пожилые люди с нарушением зрения» не составляют однородную группу; наоборот, они представляют собой очень разнообразную популяцию, характеризующуюся пересекающимися переменными, включая разную степень прогрессирования сенсорных потерь, базовые когнитивные резервы, параллельные ограничения физической мобильности и различные социально-экономические системыподдержки 6.

Для систематического анализа взаимодействия между стареющими навигаторами и сложными застроенными средами необходимо закрепить дискурс на знаковой гипотезе М. Пауэлла Лоутона «Гипотеза экологической покорности», впервые задуманной в 1968году. Эта экологическая модель старения предполагает динамическое взаимодействие между личной компетентностью (биологическое здоровье, сенсорные способности и когнитивные способности) и экологической прессой (требованиями, возлагаемыми на индивида его окружением)8. Фундаментальная аксиома заключается в том, что по мере снижения внутренней компетентности человека характеристики его физической среды объясняют значительно большую долю его поведенческихрезультатов 9. В сложных пространственных узлах, таких как аэропорты, существующие системы навигации накладывают непропорционально высокий «навигационный налог», делая независимую мобильность практически невозможной и вызывая прямое «экологическое исключение»10,11.

Пространственная навигация — это сложная когнитивная функция, координируемая гиппокампально-энторинальной цепью, часто описываемая как внутренняя глобальная система позиционирования мозга (GPS)12. Знаковые исследования в журналах Nature and Science выявили специализированные нейроны, такие как сетчатые клетки и клетки места, которые позволяют строить внутренние когнитивныекарты 13. Однако с возрастом мозга эти нейронные представления становятся всё болеенестабильными 14. Исследования высокоразрешающей функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показывают, что пожилые люди проявляют меньшую сходство нейронных паттернов при извлечении пространственнойинформации 15,16. Для пожилых пассажиров с нарушениями зрения, большинство из которых используют статичные указатели в незнакомых терминалах, недостаточные системы навигации представляют собой серьёзный барьер для самостоятельной мобильности и социального участия. В долгосрочной перспективе такое пространственное и экологическое исключение напрямую приводит к серьёзным реальным подвижностям, включая хроническую социальную изоляцию, вынужденный переход к малоподвижному образу жизни и, как следствие, ускорение как физической слабости, так и когнитивного снижения.

Кроме того, пожилые люди демонстрируют «дедифференциацию» нейронных паттернов, из-за чего их нейронные представления разных пространственных сред становятся менее различимыми, что приводит к серьёзным трудностям в различении пространственных расстояний и аллоцентрической ориентации (то есть когнитивной способности картографировать и понимать взаимоотношения между объектами в пространстве независимо от собственного физического положения)17,18.

Традиционные оценки ориентирования в основном опираются на постзаданные анкеты или наблюдательные протоколы, которые часто не отражают когнитивную нагрузку в реальном времени и временные сдвиги внимания пользователей19. Кроме того, традиционные исследования обычно оценивают старение и нарушения зрения в изоляции, используя стандартизированные клинические тесты, которые не отражают динамичные, мультисенсорные требования крупных транспортных узлов. Чтобы преодолеть этот методологический разрыв, исследование предлагает интегрированный подход, сочетающий реальный трекинг зрения с симуляциями нарушений зрения в смешанной реальности (МР). Основная цель этого исследования — количественно выявить и оценить специфические навигационные нагрузки, возлагаемые на пожилых людей с нарушениями зрения в сложном терминале аэропорта. Применяя эту методологию с двумя модальными методами, мы стремимся выявить точные визуальные и архитектурные переменные, приводящие к неудачам в поиске пути, тем самым превращая поведенческие дефициты в основанные на доказательствах и инклюзивные проектные требования.

Протокол

Все экспериментальные процедуры с участием людей проводились в соответствии с Хельсинкской декларацией. Протокол исследования был пересмотрен и утверждён Комитетом по этике науки и технологий Университета Цинхуа (медицина) (проект No ЧТ 01-20250087). Письменное информированное согласие было получено от всех участников до их включения в исследование. Расходные материалы и используемое оборудование указаны в Таблице материалов.

Двухмодальная экспериментальная структура

Методология использовала систему двойной модальной верификации для отражения пересечения реальности и нарушения. На первом этапе участники носили носимую систему отслеживания глаз с частотой дискретизации 50 Гц. Это устройство фиксировало динамику взгляда в высоком разрешении, включая саккадическую частоту и длительность фиксации, когда участники самостоятельно проходили реальный терминальный маршрут от входа до выхода на посадку. На втором этапе использовались гарнитуры смешанной реальности (MR), установленные на голову, для моделирования патологической потери зрения. Используя шейдеры OpenGL в реальном времени, система наложила дефекты зрительного поля на виде терминальной среды участниками, воспроизводив характеристики макулярной дегенерации (центральная скотома), глаукомы (периферическая потеря), диабетической ретинопатии (пятнистое зрение) и пигмента ретинита (туннельное зрение). Для выявления конкретных переменных, вызывающих навигационные сбои, была реализована стандартная конструкция ортогонального массива L9. Этот статистический дизайн систематически оценивал четыре независимые переменные, каждому из которых было присвоено три отдельных уровня: плотность информации (низкая, средняя, высокая), формат кодирования (только текстовый, только иконка, гибридный), помехи окружающей среды (низкий, умеренный, сильный) и временное давление (отсутствие, среднее, высокое). Эти параметры породили девять симметричных экспериментальных комбинаций. В дополнение к одному невзвешенному базовому контрольному сценарию, это дало всего 10 экспериментальных условий. Для смягчения последовательных эффектов обучения и смещения переноса порядок представления этих 10 сценариев был строго рандомизирован для каждого участника с использованием стратегии латинского квадрата (Дополнительная таблица 1).

Навигационные задачи и симуляции нарушений зрения

В исследовании использовался двухуровневый методологический аппарат. На первом этапе участники выполняли последовательность стандартизированных реальных задач навигации (вход → охрана → ворота, охватывающие примерно заранее определённый маршрут длиной 450 м) в действующем крупном аэропортовом терминале. Участникам было рекомендовано ориентироваться в естественном темпе ходьбы без запроса внешней помощи. Все экспериментальные сессии проводились при стандартизированных суточных условиях окружающего освещения (примерно 300–500 люкс). Каждая сессия длилась примерно 30 минут и включала обязательный 5-минутный период адаптации, чтобы участники могли привыкнуть к весу гарнитуры и визуальным дисплеям перед записью данных. Непрерывные данные наблюдения записывались на частоте дискретизации 50 Гц. Предварительная обработка данных и операционный анализ выполнялись с использованием специализированного программного обеспечения для отслеживания глаз. В этот период участники носили упомянутые выше очки с отслеживанием глаз. До навигации система калибровалась индивидуально для каждого участника с помощью стандартной процедуры одноточной калибровки через сопутствующее приложение контроллера. Экспериментальные испытания начинались только после успешного подтверждения калибровки, обеспечивающего порог точности пространственного картирования в <0,5 градуса угла зрения. Необработанные векторы взгляда сглаживались с помощью медианного фильтра (размер окна = 3 образца) для изоляции высокочастотного шума сигнала. Фиксации были оперативно определены с помощью алгоритма идентификации порога скорости (I-VT), при этом порог скорости был параметризован на уровне 30 градусов/с и минимальной длительностью фиксации 60 мс. Параметры фильтрации взгляда исключали периоды потери сигнала свыше 100 мс, вызванные миганием или аппаратными артефактами. Во втором этапе, чтобы строго изолировать поведенческое влияние зрительных дефицитов от общего возрастного когнитивного снижения, только группа с более молодыми зрячими контролями использовала гарнитуры МР для моделирования специфических профилей патологической потери зрения. Запуская специально запрограммированные шейдеры OpenGL в реальном времени (разработанные на стандартном кроссплатформенном игровом движке), система MR накладывала визуальные фильтры на физическую среду. Перед каждым блоком симуляции исследовательская группа систематически проверяла активацию шейдера и точную окклюзию зрительного поля по стандартизированной физической калибровочной сетке как важной промежуточной контрольной точке. Для обеспечения воспроизводимости параметры симуляции были закреплены в устоявшихся клинических офтальмологическихмоделях 20: макулярная дегенерация моделировала с помощью центральной абсолютной скотомы, закрывающей центральные 10° зрительного поля; Глаукома и пигментный ретинит моделировали с разной степенью периферической окклюзии (туннельное зрение ограничено центральным отверстием 20° и 10° соответственно); а диабетическая ретинопатия была воспроизведена с помощью рандомизированных пятнистых скотом с равномерным снижением чувствительности к контрасту на 40%.

Методологическое устранение неисправностей и контроль качества

Для обеспечения надёжности двухмодального протокола были введены строгие меры контроля качества. Критическим шагом для точности отслеживания глаз было поддержание порога точности пространственного картирования <0,5 градуса; Калибровочный дрейф, распространённая проблема при длительной реальной ходьбе, был решен путём обязательных контрольных точек перекалибровки каждые 10 минут. Для симуляций смешанной реальности поддержание стабильной окклюзии поля зрения несмотря на движение головы участника представляло собой значительные технические задачи. Это было компенсировано за счёт использования пространственных возможностей MR-гарнитуры для жёсткой фиксации шейдеров на межзрачковой дистанции пользователя (IPD), а также систематической проверке выравнивания окклюзии по физической калибровочной сетке перед каждым испытанием.

Расчёт средней угловой скорости

Основной количественный показатель был средней угловой скоростью (AV) взгляда, служивший операционным индикатором интенсивности пространственного сканирования, который потенциально отражает как компенсаторные исследовательские усилия, так и базовую навигационную неопределённость. AV рассчитывался как величина углового смещения вектора взгляда на дискретных интервалах дискретности (Δt = 20 мс, что математически соответствует аппаратной частоте дискретизации 50 Гц). Мгновенная угловая скорость, обозначенная как ω(t), вычислялась с помощью фильтрованных двумерных координат взгляда (x, y) на проецируемой визуальной плоскости:

 figure-protocol-1(3)

Результаты

Количественный анализ данных отслеживания глаз выявил значительный разрыв в эффективности между первичными когортами, выделяя области, где современный дизайн терминалов может недостаточно учитывать нейрокогнитивное старение. Количественный анализ выявил значительные различия в навигационной эффективности между двумя группами. Группа пожилых людей с нарушениями зрения требовала значительно больше времени для завершения последовательности от безопасности до выхода по сравнению с контрольной группой молодых зрящих (1092,9 с ± 134,5 с против 467,3 с ± 42,1 с; t(60) = 24,62, p < 0,001). Кроме того, уровень ошибок, определяемый как движение по неправильному коридору, требующему физической коррекции, был значительно повышен у пожилых людей с нарушениями зрения (22,8% ± 5,4 % против 5,2% ± 2,1%; t(60) = 16,85, p < 0,001). Подробные демографические характеристики и базовые навигационные показатели по группам, а также их статистические сравнения приведены в таблице 1.

Данные отслеживания глаз и анализ траектории

Динамика необработанного взгляда, зафиксированная системой отслеживания глаз, дала представление о динамике визуального поиска, а также о модуляционной когнитивной нагрузке и внутренней дезориентации пожилой группы. На рисунке 1 показаны сырые данные отслеживания глаз и полученные траектории пространственного исследования обеих групп на этапе принятия решений на крупном перекрёстке коридоров.

Метрики средней угловой скорости (AV) служили основным индикатором когнитивной нагрузки и усилий по визуальному поиску. Группа пожилых людей с нарушениями зрения демонстрировала значительно более высокий средний AV взгляда по сравнению с контрольной группой зрения (129,0 градуса/с ± 14,8 градуса/с против 75,1 градуса/с ± 9,3 градуса/с; t(60) = 17,24, p < 0,001). Повышенная пространственная частота выборки даёт количественные доказательства возросшего информационного спроса на участников с дефицитами структурного поля зрения. Генерация тепловых карт ещё больше осветила эти расхождения. Прицельные органы управления демонстрировали высокоэффективную визуальную обработку «сверху вниз», плотно сгруппировав фиксации на высокоуровневых указателях. В то же время участники с нарушениями зрения демонстрировали непредсказуемое распределение взгляда «снизу вверх». Они часто сосредотачивались на ненавигационных структурных элементах, таких как отражения пола при сильных бликах или движение динамических объектов, полностью игнорируя критически важные ориентиры сверху.

Визуализация пространственного внимания на тепловой карте

Генерация тепловых карт дополнительно прояснила фундаментальное расхождение в распределении внимания между двумя когортами. Рисунки 2 и 3 дают сравнительный взгляд распределения взглядов на входе в зону охраны.

Анализ моделирования патологической перспективы

Использование шейдеров смешанной реальности показало, как специфические офтальмологические условия нарушают процесс навигации (Таблица 2). Участники, имитировавшие макулярную дегенерацию (ВМД), столкнулись с центральной скотомой, которая уничтожила фовеальное зрение. В результате они продемонстрировали увеличение вращения головы с высокой скоростью (рыскание) на 45% для использования эксцентрического наблюдения, что заставляло периферийную сетчатку с низким разрешением интерпретировать удалённый текст, что часто приводило к ошибочной идентификации. В рамках симуляции глаукомы (туннельное зрение) участники полностью пропустили 65% знаков, установленных на высоте ниже 1,4 метра, поскольку их узкое визуальное отверстие было строго зафиксировано на непосредственном полу, чтобы предотвратить споткновение. Диабетическая ретинопатия сильно нарушала гештальтное распознавание символов из-за пятнистых скотом, что вызывало высокое рассеивание взгляда. Наконец, пигментный ретинит (RP) значительно нарушил пространственное обновление; Экстремальные потери периферии ограничивали непрерывный оптический поток, связанный с интеграцией путей, что приводило к полной «утечке памяти» относительно границ окружающей среды, когда участники маневрировали вокруг динамических объектов.

ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:

Наборы данных, созданные и проанализированные в ходе текущего исследования, были размещены в Zenodo и доступны по адресу: https://zenodo.org/records/20772473.

figure-results-1
Рисунок 1: Записи данных экспериментов движения глаз и экспериментальный анализ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-2
Рисунок 2: Визуализация пространственного внимания на тепловой карте. Распределение взглядов наблюдаемой контрольной группы на входе в зону охраны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-3
Рисунок 3: Визуализация пространственного внимания на тепловой карте. Распределение взглядов группы пожилых людей с нарушениями зрения у входа в зону охраны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Группа участниковСредняя продолжительность (мин:сек)Средний AV Gaze (градус/с)Коэффициент ошибок (%)
Прицельный (Control)07:47.375.15.2
Слабовидящие (пожилые)18:12.912922.8

Таблица 1: Навигационные метрики и субъективная нагрузка по группам.

Тип моделированияКлючевая визуальная характеристикаПоведенческое воздействие
AMDЦентральная скотома (чёрное пятно)Неспособность распознавать текст первичного затвора; Высокая частота рисования.
ГлаукомаПериферическая потеря (туннельное зрение)Постоянно отсутствуют указатели вспомогательных объектов (например, лифты).
Диабетическая ретинопатияПятнистые, неправильные скотомыНарушение распознавания персонажей; Высокое рассеяние взглядов.
Пигментный ретинитСильная потеря периферии + размытиеПотеря пространственного контекста; Неспособность восстановиться после отвлечения.

Таблица 2: Анализ моделирования патологической перспективы.

Дополнительная таблица 1: L9 Ортогональное проектирование массива для сценариев симуляции маршрута.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

Переход от необработанных эмпирических данных к практическому архитектурному интеллекту требует строгого дедуктивного мышления. Для поддержания научной прозрачности следующее обсуждение чётко разграничает прямые поведенческие наблюдения, измеряемые в наших парадигмах отслеживания глаз и смешанной реальности, и теоретические экстраполяции, основанные на устоявшейся нейрокогнитивной литературе. Основным теоретическим открытием этого исследования является поведенческое проявление эффекта «Потолка компенсации». Для понимания повышенных показателей AV у пожилой когорты в данном исследовании применяется гипотеза компенсационно-связанного использования нейронных цепей (CRUNCH), разработанная Ройтер-Лоренц. Модель CRUNCH предполагает, что стареющий мозг пытается противодействовать снижению нейронной эффективности, чрезмерно привлекая корковые ресурсы при более низких уровнях нагрузки. В аэропортовой навигации это, вероятно, проявляется как повышенная окуломоторная активность; У пожилых испытуемых с нарушениями зрения наблюдалась повышенная частота пространственного отбора проб (что приводило к повышению AV), что может отражать сочетание активного компенсаторного сканирования и увеличения визуальной неопределённости при попытке синтезировать связную карту из деградированной сенсорной среды. Однако этот компенсаторный механизм достигает строгого функционального плато. В коридорах с острыми угловыми пересечениями молодые группы расширяли свои исследования вверх, чтобы удовлетворить структурный спрос, тогда как пожилая группа этого не сделала. Это снижение адаптивности подразумевает когнитивный срыв; Когда сложность окружающей среды превышает оставшийся «резерв» мозга, происходит пространственнаядезориентация 21.

Это говорит о том, что стареющие навигаторы могут испытывать трудности с построением устойчивых структурных опор в сложных хабах, что может привести к более рассредоточенным и менее эффективным стратегиям визуального поиска. Следовательно, повышенный взгляд AV, наблюдаемый у пожилых людей с нарушениями зрения, указывает на усиленную, но потенциально фрагментированную, стратегию визуального поиска для получения сигналов окружающей среды, что может ускорять когнитивную усталость и способствовать последующим ошибкам в принятиирешений 22.

Кроме того, данные выявили явление «Attentional Lock-in». Отслеживание динамических пешеходов поглотило ограниченную способность разделенного внимания пожилых людей (что оценивается более низкими показателями НЛО), из-за чего они пропускали периферийные знаки. Это объясняется понятием «фовеальной нагрузки» в визуальной психологии (когнитивная нагрузка, возлагаемая на центральное, высокоразрешающее зрение). Высокая когнитивная фовеальная нагрузка связана с функциональным сужением периферического зрительного поля (часто называемого когнитивным «туннельным зрением», когда человек не воспринимает периферические пространственные сигналы при сильной нагрузке на центральное внимание). Эта динамика может способствовать «парадоксу поиска»: по мере того как старшие навигаторы проводят ресурсоёмкий отбор проб (более высокий антивирус) для компенсации потери центрального зрения, их эффективная скорость комплексного сбора информации, по-видимому, снижается. Они ищут внимательнее, но видят меньше23. Однако важно отметить, что хотя повышенный антивирус здесь интерпретируется преимущественно в рамках компенсаторного исследования, этот поведенческий показатель по своей сути сбивает с толку множество базовых состояний, включая локальную незнакомость окружающей среды, неэффективность поиска и когнитивные отвлечения.

Хотя интеграция мобильного отслеживания глаз и МР-симуляций обеспечивает высокую экологическую валидность, необходимо явно признать ряд методологических ограничений. Технически физический вес МР-гарнитур и их ограниченное поле зрения (FOV) могут создавать искусственные биомеханические ограничения в движении, потенциально изменяя естественную походку. Экспериментально моделирование патологических нарушений зрения у здоровых молодых взрослых оценивает острое сенсорное лишение, которое не полностью воспроизводит долгосрочные нейрокогнитивные адаптации и компенсаторные стратегии, разработанные реальные люди с нарушениями зрения на протяжении многих лет. Интерпретативно, как уже отмечалось, антивирус остаётся составной поведенческой метрикой, которая не может окончательно выделить активное компенсирующее сканирование от базовой когнитивной дезориентации без одновременного субъективного самоотчётства. Что касается практической реализации и масштабируемости, обширные требования к калибровке и высокие затраты на аппаратное обеспечение в настоящее время ограничивают быстрое внедрение этого протокола в более крупных и разнообразных архитектурных схемах. Будущие исследования должны уделять приоритетное внимание оптимизации воспроизводимости этих парадигм MR-моделей через стандартизированные открытые библиотеки шейдеров и внедрение более лёгкого аппаратного обеспечения для пространственных вычислений.

Эти поведенческие результаты согласуются с существующими теоретическими рамками пространственной дезориентации. Когда периферийное зрение устраняется (как в RP-симуляциях), участники теряют непрерывный оптический поток, традиционно ассоциируемый с закреплением внутренних пространственных карт, что может способствовать наблюдаемым навигационным ошибкам и потере пространственной памяти. Навигатор не может подсознательно рассчитать свою траекторию и вынужден полностью полагаться на мгновенные, избыточные визуальные сигналы. Поэтому архитектурная среда должна быть систематически упрощена, чтобы оставаться ниже точки CRUNCH пользователя, выступая в роли внешнего когнитивногопротеза 23.

Основываясь на эмпирических результатах данного исследования (например, специфического влияния острых углов и высокой визуальной нагрузки на сканирование) и устоявшейся эргономической литературы, оно предлагает инклюзивную структуру. Следующие рекомендации явно различают наши прямые экспериментальные результаты и рекомендации, подкреплённые дополнительной литературой. Эта рамка направлена на снижение «навигационного налога», налагаемого на хрупкие когнитивные системы посредством стандартизированных экологических вмешательств.

Хотя данные тепловой карты подчёркивают серьёзное негативное влияние центральных скотом на распознавание текста, существующая литература по доступности предполагает, что пространственным дизайнерам следует внедрять проверенные стандарты контраста для смягчения этого эффекта. Например, установленные рекомендации рекомендуют устанавливать разницу в значениях отражания света (LRV) в ≥70% между навигационным текстом и его фоном. Этот специфический порог гарантирует, что символы могут быть обнаружены палочными клетками в периферической сетчатке без необходимости фиксации фовеальности, что часто блокируется у пожилых популяций. Кроме того, высота символа (H) должна масштабироваться в соответствии с расстоянием обзора (D) с использованием формулы H ≥D/100, при этом минимальный размер символа 200 мм для основных указателей, чтобы учесть сниженную остротузрения 24.

Чтобы противостоять «парадоксу поиска» и обеспечить доступ к информации при высокой когнитивной нагрузке, критические точки пересечения должны вводить динамическую или анимированную графику. Пути обнаружения движения человеческой зрительной системы остаются высоко сохранились даже при неудаче распознавания статических объектов, позволяя «мерцающей» стрелке или символу высокой заметности активироватьориентирующий отклик 24. Кроме того, информационные таблички должны быть упрощены и содержать не более 3–4 единиц информации на панель, чтобы предотвратить «перегрузку выбором», которая дестабилизирует ментальные карты у пожилыхнавигаторов 25 лет.

Чтобы решить проблему «Attentional Lock-in», вызванного фовеальной нагрузкой, и физическими ограничениями сканирования надземных мостов, транспортные узлы должны внедрить архитектуру «двойной высоты». Основные верхние знаки длиной 3 м должны быть дополнены дополнительными идентификаторами, установленными на уровне глаз от 1,4 м до 1,6 м. Это вертикальное зонирование пересекает естественный вектор взгляда, направленного вниз у пожилого пешехода, обеспечивая пассивное воспринимание информации без необходимости дорогого саккадического вертикального сканирования. Эта избыточность особенно важна у лестниц и лифтов, где визуальное внимание в основном сосредоточено на препятствиях на уровне земли и физическом балансе.

Кроме того, чтобы когнитивные требования оставались ниже потолка компенсации CRUNCH, фундаментальные геометрии планировки должны быть стандартизированы до прямоугольных (ортогональных) пересечений. Этот подход устраняет серьёзную нагрузку широкоугольного сканирования, вызванную острыми перекрёстками, которые в исследовании были выявлены как основная точка отказа для пожилых навигаторов. Стандартизация узлов по симметричной структуре ветви дерева вместо сложных круговых схем способствует читаемости окружающей среды и снижает частоту «остановок», необходимых для пространственной переориентации. Проектировщикам также следует уделять приоритет «геометрической поляризации» — использованию высококонтрастной маркировки покрытия и крупномасштабных архитектурных стен, чтобы обеспечить гиппокампальную систему устойчивыми конструктивнымиопорами 26.

Наконец, чтобы компенсировать неисправность сетей сетки с сетками медиальной энторинальной коры (MEC) и предотвратить пространственные «утечки памяти», навигационное определение должно перейти от отдельных контрольных пунктов к непрерывным, мультисенсорным векторам наведения. Навигационные системы должны создавать непрерывную «цепочку поиска пути», где каждая точка принятия решения логически связана со следующей. Интеграция проекции пути дополненной реальности (AR), проецирующей высококонтрастные навигационные стрелки прямо на физический пол через MR-экраны, установленные на голове, значительно снижает пространственную нагрузку на сканирование (AV), обеспечивая постоянный эгоцентричныйсигнал 27.

Для пассажиров с тяжёлыми нарушениями зрения эти визуальные сигналы должны сочетаться с акустической и тактильной избыточностью. Акустические маяки, использующие направленный звук или колокольчики на лифтах, могут сообщать о прибытии местоположения, эффективно обходя повреждённые зрительныекоры 28. Высококонтрастные тактильные индикаторы поверхности ходьбы (TWSI) должны быть установлены на основных узлах для обеспечения непрерывного физического заземления, поддерживая «интеграцию пути» через проприоцептивную и вестибулярную обратную связь. Согласовывая экологическую «прессу» с оставшейся функциональной «компетентностью» пожилых людей, эти мандаты реализуют видение универсального дизайна — центра, который движется раньше людей.

Это исследование подчеркивает значительную навигационную нагрузку, возлагаемую на пожилых людей с нарушениями зрения в сложных транспортных узлах. Используя симуляции смешанной реальности и отслеживание глаз в реальном мире, мы показали, что пространственная дезориентация в этой популяции в первую очередь проявляется как более рассредоточенные и менее эффективные визуальные поисковые паттерны (повышенный AV), а не просто как длительное время навигации. Кроме того, текущие эмпирические данные подчёркивают критическую необходимость более чётких, геометрически простых систем навигации, в частности реализации ортогональных пересечений и архитектур двухвысотных знаков. Будущие дизайнерские вмешательства должны уделять приоритет этим геометрическим и визуальным упрощениям, основанным на данных, чтобы эффективно поддерживать независимую мобильность пожилых популяций, избегая чрезмерной зависимости от сложных теоретических когнитивных резервов.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность за поддержку, которая сделала это исследование возможным. Это исследование было профинансировано 7-м набором Министерства образования 2025 года Программы совместного образования промышленности и университетов КНР, в частности программы Kingfar-CES по человеческим факторам и эргономике в рамках программы No 20251109. Также выражаем признательность Академии искусств и дизайна Сямынь при Фучжоуском университете и компании Xiamen Rekey Medical Technology Co., Ltd. за создание необходимой для совместной работы для проведения нейрокогнитивных и пространственных навигационных симуляций.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Airport terminal wayfinding scenariosSelf-developed experimental setupN/A (self-developed)Standardized navigation task design for behavioral assessment
Microsoft HoloLensMicrosoft, USAwww.microsoft.com/hololensSimulation of pathological visual impairment in mixed-reality conditions
OpenGL shadersCustom programmedwww.opengl.orgReal-time rendering of simulated visual field defects
Tobii Pro Glasses 3Tobii Pro, Swedenwww.tobii.com/products/eye-trackers/wearables/tobii-pro-glasses-3Real-world eye-tracking data acquisition during wayfinding tasks
Tobii Pro LabTobii Pro, Swedenwww.tobii.com/products/software/applications-and-tools/tobii-pro-labRecording and analysis of fixation, saccade, and gaze trajectory data

Ссылки

  1. Beard JR, et al. The World report on ageing and health: a policy framework for healthy ageing. Lancet. 2016;387(10033):2145–2154.
  2. Vollset SE, et al. Fertility, mortality, migration, and population scenarios for 195 countries and territories from 2017 to 2100: a forecasting analysis for the Global Burden of Disease Study. Lancet. 2020;396(10258):1285–1306.
  3. Swenor BK, Lee MJ, Tian J, Varadaraj V, Bandeen-Roche K. Visual impairment and frailty in older adults. JAMA Ophthalmol. 2020;138(1):11–19.
  4. Burton MJ, et al. The Lancet Global Health Commission on Global Eye Health: vision beyond 2020. Lancet Glob Health. 2021;9(4):e489–e551.
  5. Bourne RRA, et al. Causes of blindness and vision impairment in 2020 and trends over 30 years, and prevalence of avoidable blindness in relation to VISION 2020: the Right to Sight: an analysis for the Global Burden of Disease Study. Lancet Glob Health. 2021;9(2):e144–e160.
  6. Flaxman SR, et al. Global causes of blindness and distance vision impairment 1990-2020: a systematic review and meta-analysis. Lancet Glob Health. 2017;5(12):e1221–e1234.
  7. Wahl HW, Gerstorf D. Person-environment-behavior research: where we have been, where we are, and where we could be heading. Gerontologist. 2020;60(1):108–112.
  8. Chaudhury H, Oswald F. Advancing understanding of person-environment interaction in later life: a commentary. J Aging Stud. 2019;51:100808.
  9. Iwarsson S, Horstmann V, Carlsson G, Oswald F, Wahl HW. Importance of the home environment for healthy aging: a conceptual framework. Gerontologist. 2023;63(3):442–452.
  10. Jia G, Guo C, Han X, Zhu W, Ji M. Wayfinding behaviors of elderly passengers in airport terminals: an empirical study based on eye-tracking technology. Appl Ergon. 2022;106:103901.
  11. Chang YC, Chen CF. Meeting the needs of disabled air passengers: factors that facilitate help from airlines and airports. Tour Manage. 2017;63:161–171.
  12. Lester AW, Moffat SD, Wiener JM, Barnes CA, Wolbers T. The aging navigational system. Neuron. 2017;95(5):1019–1035.
  13. Rowland DC, Roudi Y, Moser MB, Moser EI. Ten years of grid cells. Annu Rev Neurosci. 2016;39:19–40.
  14. Stangl M, et al. Compromised grid-cell-like representations in old age as a key mechanism to explain age-related navigational deficits. Curr Biol. 2018;28(7):1108–1115.
  15. Zheng L, Gao Z, McAvan AS, Isham EA, Ekstrom AD. Hippocampal contributions to novel spatial learning are both age-related and age-invariant. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024;121(3):e2307884120.
  16. Berron D, et al. Age-related functional changes in domain-specific pathways of the hippocampus. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(11):E2595–E2604.
  17. Koen JD, Rugg MD. Neural dedifferentiation in the aging brain. Trends Cogn Sci. 2019;23(7):547–559.
  18. Colombo D, et al. Egocentric and allocentric spatial reference frames in aging: a systematic review. Neurosci Biobehav Rev. 2017;80:605–621.
  19. Wang L, Wang X. Design mechanisms of airport visual guidance systems on passenger wayfinding performance: evidence from causal machine learning and a moderated mediation approach. J Air Transp Manage. 2024;115:102521.
  20. Churchill A, Dada E, de Barros AG, Wirasinghe SC. Quantifying and validating measures of airport terminal wayfinding. Journal of Air Transport Management. 2008;14(3):151–158.
  21. Jones PR, Somoskeöy T, Chow-Wing-Bom H, Crabb DP. Seeing other perspectives: evaluating the use of virtual and augmented reality to simulate visual impairments (OpenVisSim). npj Digital Medicine. 2020;3(1):32.
  22. Cabeza R, et al. Maintenance, reserve and compensation: the cognitive neuroscience of healthy ageing. Nat Rev Neurosci. 2018;19(11):701–710.
  23. Ringer RV, Throneburg Z, Johnson AP, Kramer AF, Loschky LC. Impairing the useful field of view in natural scenes: tunnel vision versus general interference. J Vis. 2016;16(2):1167.
  24. Legge GE, Chung STL. Low vision and reading: what makes a letter legible? Vision Res. 2016;129:117–130.
  25. Theeuwes J. Goal-driven, stimulus-driven, and history-driven selection. Curr Opin Psychol. 2019;29:97–101.
  26. Cowan N. The many faces of working memory and short-term storage. Psychon Bull Rev. 2017;24(4):1158–1170.
  27. Spiers HJ, Gilbert SJ. Solving the detour problem in navigation: a model of prefrontal and hippocampal interactions. Front Hum Neurosci. 2015;9:125.
  28. Rehman U, Cao S. Augmented-reality-based indoor navigation: a comparative analysis of handheld devices versus Google Glass. IEEE Trans Hum-Mach Syst. 2017;47(1):140–151.

Перепечатки и разрешения

Теги

Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.