本文档报道了一项名为《探索凤头鹦鹉对视听刺激的参与度：一种包容性的鸟类-物联网交互设计》的原创性研究。该研究旨在为圈养鸟类，特别是凤头鹦鹉，设计一种低干预、注重动物福利、多感官模态的交互式物联网系统，以促进其认知丰容和环境参与。

作者、机构与发表信息 本研究由多位研究者合作完成。第一作者及主要团队成员包括：东京大学研究生院尖端科学研究科的Haoran Hong，东京大学研究生院尖端科学研究科的Zhuoneng Sui，东京大学大气与海洋研究所的Leo Uesaka，京都市动物园野生动物研究与教育中心的Hiromi Kudo，以及东京大学信息科技中心的Hill Hiroki Kobayashi。该研究发表于动物-计算机交互领域的顶级会议——ACM第十二届国际动物-计算机交互大会的会议论文集中，会议于2025年12月1日至4日在美国印第安纳州布卢明顿举行，论文已于2025年12月1日在线发表，并可开放获取。

学术背景与研究目的 该研究隶属于跨学科领域——动物-计算机交互。这一领域致力于通过技术手段增进人与动物之间的理解和互动，提升圈养动物的福利，并为野生动物研究和管理提供新工具。研究的背景知识主要建立在三个方面：一是针对鹦鹉类的交互技术，已有研究表明鹦鹉能够使用触摸屏、视频通话系统甚至音乐接口进行交互，显示出高度的社会性和认知潜力；二是面向动物的多感官丰容研究，证明多模态刺激能更有效地吸引动物注意力并减少刻板行为；三是动物-物联网应用的发展，物联网技术已成功用于野生动物观测、行为追踪和圈养动物管理等，为远程、低干扰的交互提供了技术可能。

尽管现有研究已取得进展，但仍有诸多局限。例如，许多交互系统依赖饲养员现场指导和训练，增加了人力负担；动物需要进行长时间的学习；刺激多为单一感官模态；系统缺乏灵活性和实时可定制性，难以适应动物园等复杂动态环境。

因此，本研究旨在解决上述问题，并提出三个核心研究问题：RQ1： 如何开发一个可远程访问的、用于与鸟类进行多感官模态交互的系统？RQ2： 外部视听刺激能否有效吸引凤头鹦鹉的注意力？RQ3： 在交互过程中，单一模态刺激还是多模态刺激更能维持凤头鹦鹉的参与度？研究目标是设计并实现一个原型系统，该系统应注重动物自主性、对日常活动干扰最小、维护需求低，并能通过移动应用实现远程控制和实时监测。

详细研究流程 本研究主要包括以下几个步骤：系统设计与原型开发、实验方案设计、在动物园进行试点实验、数据收集与分析。

1. 系统设计与原型开发： 研究团队设计了一个双向可控的鸟类-物联网交互模型。该模型强调动物与人类操作者之间的“共享可控性”：人类可通过移动应用选择视觉、听觉或组合刺激；动物则通过接近或离开安装的设备来触发或终止互动，无需触碰屏幕，降低了动物的学习成本和人员的训练负担。 系统架构由三大模块构成： * 鸟类交互模块：现场安装设备，包含三个单元。 * 数据采集单元：由网络摄像头和麦克风组成，负责捕捉鹦鹉的行为和声音信息。 * 计算单元：处理来自数据采集单元的多模态数据，与移动应用协调，并执行控制命令。包含一个伦理意识控制器，用于调节刺激输出，防止过度刺激。 * 多模态响应单元：管理和激活不同感官模态的刺激。包含模态切换器、内容加载器和刺激触发器。 * 移动应用程序：为用户提供远程控制界面和观察界面。核心功能包括：①可视化场景，其中模拟了鸟群行为，用户可点击屏幕触发刺激；②实时监控访问，用户可配置刺激内容和模态，并观看鹦鹉的实时视频流。 * 中央服务器：负责移动应用与鸟类交互模块之间的通信，确保数据同步、安全传输和访问控制。

原型实现中，听觉刺激采用预先录制的水流声和鸟鸣声，通过有线扬声器播放；视觉刺激采用地面安装的蓝色LED灯提供连续蓝光。通过一个内置运动检测应用Axis Video Motion Detection 4 (VMD4) 的网络摄像头来检测鹦鹉的靠近和离开行为，以此判断其参与状态。软件部分使用Unity3D开发，部署于本地终端设备、移动平台和云服务器。

2. 实验对象与场景： 实验对象为京都动物园的一只圈养雄性橙冠凤头鹦鹉，名为“Ojiro”。实验在动物园闭馆期间进行，以减少外界干扰。所有实验均得到了动物园伦理委员会的批准，并有饲养员、动物园研究员和鸟类行为专家共同监督。

3. 实验设计与流程： 实验分为四组，每组重复进行3次测试，每次测试时长3分钟，组间有休息间隔以减少疲劳。 * 对照组1： 不提供任何视听刺激，作为基线。 * 对照组2： 仅提供听觉刺激（互动式音频）。 * 对照组3： 仅提供视觉刺激（互动式蓝光）。 * 实验组： 提供视听组合刺激。

在对照组2、3和实验组中，当观察到鹦鹉身体“正朝向”设备时，研究团队会通过移动应用手动触发相应的刺激。整个交互过程尊重动物的自主选择，即鹦鹉可以随时接近（触发互动）或离开（终止互动）。

4. 数据收集与分析： 研究团队主要通过摄像头记录并分析了三种行为指标： * 朝向频率： 鹦鹉身体“正朝向”设备的频率。 * 参与持续时间： 鹦鹉“正朝向”设备的平均时长。 * 扫描行为频率： 鹦鹉表现出“扫描行为”（频繁转动头部观察环境，被视为警惕性指标）的频率。

数据分析主要对不同实验组间的上述指标进行统计比较，以评估不同刺激模态的效果。

主要研究结果 实验数据分析得出了以下主要结果：

1. 朝向频率： 与对照组1相比，仅提供听觉刺激时，鹦鹉的正朝向频率显著增加（从0.207提高到0.476，p=0.0487）；仅提供视觉刺激时，频率略有下降（0.198），与基线无显著差异；视听组合刺激下，频率有所提高（0.451），但提升未达到统计显著水平。这表明，在吸引鹦鹉的初始注意力方面，听觉刺激比视觉刺激更有效。

2. 参与持续时间： 与对照组1相比，听觉刺激显著延长了鹦鹉的参与时间（从9.038秒增加到19.167秒，p=0.0143）；视觉刺激也延长了参与时间（11.675秒，p=0.0220）；视听组合刺激同样显著延长了参与时间（18.061秒，p=0.0464）。这一结果表明，听觉刺激在维持鹦鹉的持续关注上扮演了关键角色，但组合刺激也能有效地延长互动时间。

3. 扫描行为频率： 扫描行为反映了鹦鹉的警觉性。与基线相比，听觉刺激和视听组合刺激均显著降低了扫描行为的频率（分别从10.95次/分钟降至7.78次/分钟和8.70次/分钟）。而单独视觉刺激对扫描频率无显著影响。这说明，基于声音的刺激或组合刺激，可能在吸引鹦鹉注意力的同时，降低了其对环境的警惕性，有助于缓解圈养环境可能带来的压力。

结论与意义 本研究的结论是，所提出的鸟类-物联网交互模型在技术上是可行的，能够实现对圈养凤头鹦鹉的低干预、多模态远程互动。研究为三个研究问题提供了初步答案：RQ1，系统成功实现了远程访问、多模态交互和动物自主参与；RQ2，外部视听刺激，特别是听觉刺激，能有效吸引并维持凤头鹦鹉的注意力；RQ3，在该实验设置下，单一听觉刺激在吸引和维持注意力方面效果显著，而视听组合刺激也表现出积极效果，但视觉刺激单独作用有限。研究建议，未来设计面向鸟类的多模态交互系统时，可将听觉刺激作为主要吸引因子，视觉刺激作为次级增强因子。

该研究的科学价值在于，它拓展了动物-计算机交互的设计范式，将物联网技术与动物福利、动物自主性的理念紧密结合，提出并验证了一个具有“共享可控性”的交互模型。其实践价值在于，为动物园等圈养环境提供了低维护、可远程操作的新型丰容工具，有助于改善高智商鸟类的圈养福利。此外，研究通过量化行为指标，加深了我们对特定鸟类物种感官偏好的理解。

研究亮点与不足 本研究的亮点包括：1. 新颖的交互范式： 首创性地将物联网架构应用于鸟类交互，强调动物通过自然行为（接近/远离）参与互动，极大尊重了动物自主性。2. 系统性原型开发： 完整实现了从硬件安装、软件应用到服务器通信的全套原型系统，具备现场交互和远程控制双重功能。3. 细致的实验设计： 采用对照实验，严格控制变量，并分析了朝向、持续时间和扫描行为等多个维度的数据。4. 深刻的伦理考量： 整个研究设计将动物福利置于首位，实验流程受严格监督，系统内置伦理控制器以防止过度刺激。

研究也坦承了其局限性：1. 样本单一： 研究对象仅为一只个体，结果可能无法推广到其他个体或物种。2. 环境受限： 实验在动物园闭馆的受控环境下进行，未能反映游客存在等更复杂动态环境下的交互情况。3. 刺激适应性有限： 当前原型系统的反馈机制相对固定，缺乏根据动物行为实时动态调整的自适应能力。

未来展望 研究者提出了明确的未来方向：1. 扩大样本与长期研究： 测试更多个体和物种，并进行纵向研究，评估系统对动物福利的长期影响。2. 技术改进： 集成基于人工智能的行为识别算法，实现更自适应、个性化的刺激控制。3. 扩展应用范围： 将研究视角从圈养动物丰容扩展到城市野生动物共存的生态调解领域，探索利用类似技术促进人与野生动物和谐共处的可能性，构建更具包容性的跨物种互动框架。

总而言之，这项研究不仅是一次成功的技术原型验证，更代表了一种以动物为中心、注重伦理、旨在促进跨物种共情与学习的交互设计理念的实践。它为未来设计更智能、更包容、更具生态意识的动物-技术交互系统奠定了重要的基础。