A Virtual Reality study investigating the influence of architecture in the perception of emotional body postures : an EEG Time-Frequency analysis

Abstract

The study of spatial and social cognition represents one of the main focuses in Neuroscience. However, the ways in which space influences social domains are still unknown. Since we spend most of our time in built environments with other people, it is fundamental to investigate how the architectural space around us affects the perception of the other’s emotional states. To this aim, we set up an experimental paradigm using Virtual Reality (VR) and high-density electroencephalography (EEG) to characterize the influence that a dynamic architectural experience plays on brain oscillatory activity elicited by the observation of emotional body expressions. Participants experienced low-and high-arousing architecture as a virtual promenade and then judged the arousal level conveyed by an avatar’s Body posture (low – middle – high). Arousal ratings were analyzed by repeated measure ANOVA. EEG data were continuously collected during the dynamic experience of virtual architectures and the observation of emotional body postures, then subjected to time-frequency analysis. Cluster-based permutation tests were performed separately for the factor Form and Body, for each frequency band (θ, α, β, γ). As to the arousal ratings, the effect of BODY factor revealed that participants coherently judged the level of arousal expressed by the postures. In fact, high arousing body postures received higher arousing ratings with respect of middle and low. Architecture significantly affected the subjective judgments of the avatar’s body postures, in fact the effect of the FORM factor revealed that ratings were higher in the low arousing architecture. The analysis of the EEG time-frequency decomposition returned differences within the BODY factor revealing a significant modulation of the alpha band across the left parietal region. In detail, we show an alpha desynchronization during the observation of high- and low-arousing body postures when compared against middle ones, as widely reported in literature. Strikingly, the analysis of the FORM factor returned a centro-frontal cluster showing a higher theta synchronization when the avatar was presented in the low-arousing architecture. Overall, our findings showed that the dynamic experience of architecture influences avatar’s bodily arousal perception. These behavioral results suggest a proper discrimination of avatar body postures and, likely, an aftereffect adaptation mechanism, generated by the virtual walk within the architecture, on the following perception of emotional body expressions. Regarding EEG data, left parietal alpha desynchronization could reflect a discriminatory capability between bodies expressing emotional content and neutral ones. Instead, synchronization of center-frontal activity in theta band could reflect both a facilitation of attentional mechanisms after the experience of relaxing environments, and a facilitation of sensorimotor integration mechanisms which are responsible of aesthetic e. These results increase our knowledge of how architecture around us influences our perception of others’ emotional state. Such findings could pave the way for creating human-centered spaces facilitating the interaction among people, thus eventually making better our everyday social life.

Lo studio della cognizione spaziale e sociale rappresenta uno dei principali interessi delle Neuroscienze. Tuttavia, il modo in cui lo spazio influenza i domini sociali resta ancora sconosciuto. Poiché trascorriamo la maggior parte del nostro tempo con altre persone all’interno di ambienti costruiti, risulta fondamentale esplorare come lo spazio architettonico che ci circonda influenzi la percezione degli stati emotivi altrui. A questo scopo, abbiamo realizzato un paradigma sperimentale usando tecniche di Realtà Virtuale (VR) ed elettroencefalografia ad alta-densità (EEG) al fine di investigare come un’esperienza dinamica dell’architettura influenzi i ritmi cerebrali elicitati dall’osservazione di posture corporee emotive. I partecipanti esperivano architetture ad alta e bassa attivazione (arousal) attraverso una camminata virtuale, giudicando successivamente il livello di arousal riferito dalla postura corporea assunta dall’avatar. Le valutazioni sull’arousal sono state analizzate tramite ANOVA a misure ripetute. Il dato EEG registrato durante l’osservazione di posture corporee emotive è stato sottoposto ad una analisi in tempo-frequenza ed analizzato utilizzando una statistica non parametrica di cluster. Quindi, abbiamo considerato modulazioni dei ritmi cerebrali per ogni banda di frequenza (θ, α, β, γ) in funzione sia delle caratteristiche corporee dell’avatar, sia dell’esperienza dinamica dell’architettura. Per quanto riguarda i rating soggettivi di arousal, i risultati mostrano che i partecipanti hanno giudicato coerentemente i livelli di arousal espressi dalle posture. Infatti, le posture ad alto arousal hanno ricevuto le valutazioni più alte, rispetto alle posture a medio e basso arousal. Inoltre, l’esperienza dinamica dell’architettura ha influenzato significativamente il giudizio sulle posture corporee dell’avatar. Infatti, gli score di arousal erano più alti nell’architettura a basso arousal rispetto a quella ad alto arousal. Per quanto riguarda i correlati elettroencefalografici, abbiamo trovato una maggiore desincronizzazione parietale sinistra in banda alpha durante l’osservazione di posture ad alto e basso arousal rispetto a quelle a medio arousal, come ampiamente riportato in letteratura. Sorprendentemente, l’analisi sul fattore Forma ha rivelato un cluster centro-frontale che mostra una maggiore sincronizzazione in banda theta quando l’avatar viene presentato nell’architettura rilassante (basso arousal), rispetto a quella più angosciante (alto arousal). Complessivamente, i nostri risultati mostrano che l’esperienza dinamica dell’architettura influenza la percezione dell’arousal espressa dalle posture dell’avatar. Questi risultati comportamentali suggeriscono una discriminazione appropriata delle posture corporee dell’avatar e, probabilmente, un effetto di adattamento generato dalla camminata virtuale all’interno delle architetture, sulla seguente percezione di espressioni emotive corporee. In merito ai dati EEG, la desincronizzazione parietale sinistra potrebbe riflettere una capacità discriminatoria tra corpi che esprimono un contenuto emotivo e un contenuto neutro. Invece, la sincronizzazione theta centro-frontale potrebbe riflettere sia una facilitazione dei meccanismi attenzionali dopo l’esperienza di ambienti rilassanti, e sia una facilitazione dei meccanismi di integrazione sensorimotoria, la quale risulta essere responsabile dell’esperienza estetica. Questi risultati aumentano le nostre conoscenze su come l’architettura che ci circonda influenzi la nostra percezione dello stato emotivo altrui. Questa conoscenza potrebbe aprire la strada alla creazione di spazi sintonizzati sulle esigenze e necessità dell’uomo che facilitino l’interazione tra le persone, migliorando la nostra vita sociale quotidiana.