长期以来，研究人员一直难以在真实场景中捕捉和测量这一过程。部分原因在于现有设备操作不便且复杂，还常常无法区分人体自身信号与头部内外的其他活动干扰。

来自马里兰大学、格拉斯哥大学和剑桥诺基亚贝尔实验室的研究团队正试图改变这一现状 —— 他们的切入点是一个日常用品：耳机。相关研究论文近期在 IEEE 国际声学、语音与信号处理会议（ICASSP 2025）上发表。

这一想法源于马里兰大学计算机科学博士生Harshvardhan Takawale去年夏天在诺基亚贝尔实验室实习期间的灵感。当时诺基亚团队已在使用传感耳机监测心率、血压等生理信号，但他们开始思考：能否超越生理健康监测，进一步捕捉注意力等认知状态？

“这种好奇催生了新思路 —— 通过耳道肌肉收缩来检测听觉注意力。” Takawale解释道。作为该系统研究的第一作者，他认为这一概念“架起了生理学、声学与认知感知之间的桥梁”。传统听觉注意力测试通常使用笨重的脑电图（EEG）头戴设备或不适感较强的入耳式传感器，而该系统有望替代这些设备。

最终研发的系统采用现成耳机，搭配人耳几乎无感的超声波音调，用于捕捉耳道内的细微变化 —— 具体而言，当我们专注聆听时，耳道内会发生微妙的非自主性肌肉收缩，就像我们会眯起眼睛来聚焦视觉一样，耳部肌肉也会通过细微调整来增强听觉专注度。

系统通过标准耳机内的扬声器发出人耳不可闻的信号，该信号会从耳道肌肉反射回来，再由同一设备中的麦克风接收。当这些肌肉收缩时，会细微改变耳道的形状和张力，信号处理流程能检测到由此产生的微振动，并将其与用户的注意力状态关联起来：当人专注时，振动模式更稳定；分心时，振动则变得紊乱。

Takawale提到，如何在受控环境中验证这些注意力变化是最大挑战之一。团队利用一个广为人知的心理学原理解决了这一问题：注意力是有限的，且会在不同感官间分配。当人们专注于视觉任务时，听觉注意力自然会下降。

基于此，研究人员设计了一项实验：参与者在专注聆听和玩高认知负荷游戏之间交替进行，从而形成明确的 “专注” 与 “分心” 阶段以便对比。

为测试该方法，8 名参与者在一侧耳朵佩戴团队开发的可穿戴原型设备，并戴上头戴式耳罩以减少外部噪声。在部分环节中，他们仅专注聆听音频；另一些环节则在播放音频的同时玩视觉游戏。

实验显示，当参与者专注时，系统能捕捉到清晰一致的振动模式；注意力分散时，信号则变得杂乱无章。这一模式在所有参与者中均成立，系统区分注意力状态的准确率接近 86%—— 对于不依赖脑电波或眼动追踪的方法而言，这一结果尤为可观。

团队还探索了注意力随时间的变化规律。通过以 10 秒为间隔分析 20 秒的数据片段，他们能够检测到注意力的自然转变 —— 无论是突然转移还是逐渐变化。

不过，该系统仍存在局限性：目前无法区分注意力相关信号与无关的身体运动，且准确率可能因耳形或耳机佩戴贴合度而有所差异。

Takawale的导师是马里兰大学计算机科学助理教授Nirupam Roy。Takawale表示，团队计划提升系统的可靠性，并在更多用户和聆听场景中进行测试。

实际应用可能很快落地：它可以是一个能标记你听播客时分心段落的应用，或者是可以根据你的专注度实时调节的助听器；在教育领域，该系统或许能追踪学生在线上课时的参与度；长远来看，它甚至可能帮助更早发现注意力障碍，或为响应心理状态的交互界面提供技术支持。

这一方法的优势在于其简洁性和可扩展性。“我们的系统利用了大多数耳机已内置的扬声器和麦克风，” Takawale说，“这使其天然适合现实场景应用。”