情绪音乐对驾驶疲劳的双相调节作用：瞳孔测量揭示的延迟与唤醒机制及其在神经工程中的应用

本综述通过瞳孔测量技术（Pupillometry）系统探讨了不同情绪背景音乐在模拟驾驶环境中对疲劳的双相影响机制。研究揭示积极音乐在疲劳延迟阶段通过调节自主神经系统（ANS）活动（如降低瞳孔变异系数PDVC）有效延缓疲劳进程；在疲劳唤醒阶段，其通过激活蓝斑-去甲肾上腺素系统（LC-NE）显著提升警觉性（眨眼率BR升高）。该成果为驾驶安全领域的神经工效学干预提供了量化生理学依据，对疲劳管理策略的开发具有重要实践价值。

　　

引言

驾驶疲劳是长时间连续驾驶后驾驶员身体功能失调的现象，严重影响正常驾驶操作并成为交通事故的重要诱因。由于驾驶员对自身脑疲劳状态常缺乏清晰认知，开发有效的疲劳延迟与唤醒方法至关重要。现有研究多集中于疲劳后的应对措施，如视觉唤醒带、声音刺激等，其中音乐干预因应用限制较少而更具实用性。然而当前研究存在明显局限：多采用单一情绪类型音乐，且长期连续刺激会导致听觉适应性，降低干预效果。更缺乏对音乐能否预防疲劳及不同情绪类型音乐差异效应的深入探讨。

研究目的与内容

本研究旨在通过双阶段实验设计（0-40分钟疲劳延迟阶段与40分钟后疲劳唤醒阶段），系统探究三种听觉条件（积极音乐、消极音乐、无背景音乐）对驾驶疲劳的影响。重点解决两个核心问题：一是不同情绪背景音乐是否具有疲劳延迟效应；二是疲劳发生后二次引入音乐刺激能否产生唤醒作用。研究采用瞳孔直径变异系数（PDVC）和每秒眨眼率（BR）作为客观疲劳评价指标，通过严谨的生理信号分析揭示音乐干预的神经机制。

实验设计与材料

实验采用60分钟模拟驾驶测试，12名20-30岁持有C1驾照的健康受试者参与。实验变量包括三种背景音乐条件（B0:无音乐；B1:积极音乐；B2:消极音乐）和三种唤醒刺激（C0:空白音；C1:积极音乐；C2:消极音乐），形成五种实验组合。眼动行为数据通过Tobii X2-30眼动仪采集，重点分析PDVC（公式：C_v=σ/μ?×100）和BR（公式：BR_i=(BT_ei-BT_si)/T_br）两个核心指标。

音乐材料选自主流音乐平台，经情感语义分析和节奏筛选（110bpm±5），确保积极与消极情绪分类的准确性。所有声音响度统一控制在70dB，避免响度差异对结果的干扰。

实验流程

实验在13:00-18:00人体易困时段进行。每位受试者需完成5次实验，每次包含：前测问卷→5分钟情绪稳定→5分钟驾驶适应→正式实验（60分钟）。在40分钟时自动给予1分钟声音刺激，实验结束后填写主观评价问卷。实验场景采用JDM-9C模拟驾驶平台，确保实验环境与真实驾驶的高度仿真性。

数据分析结果

主观问卷显示，89.59%的受试者能准确判断音乐情绪类型，77.08%认为音乐刺激改善了驾驶疲劳。所有受试者无论背景音乐是否存在，均在30分钟左右开始感到疲劳，证实40分钟作为疲劳判断节点的合理性。

眼动数据表明：

在疲劳延迟阶段，积极音乐组（B1）的PDVC显著低于控制组（t=4.074, p=0.005），而消极音乐组（B2）无显著差异（t=2.368, p=0.055）。三组数据总体呈上升趋势，但积极音乐组在10-15分钟出现短暂下降，显示其能暂时抑制自主神经调节不稳定性。消极音乐组在15分钟出现显著上升，表明认知负荷急剧增加。

BR数据分析显示，积极音乐组与控制组存在显著差异（t=3.130, p=0.017），整体呈现下降趋势，反映疲劳随时间的加剧。积极音乐组数据波动较大，体现疲劳与认知补偿的拉锯战，而消极音乐组呈稳定下降，提示神经资源进入线性耗竭状态。

在疲劳唤醒阶段，PDVC配对检验显示实验2（B1→C1）和实验4（B2→C1）存在显著差异（p<0.05），其中实验4差异更显著（p=0.014）。所有实验组在40分钟时出现PDVC下降，45分钟重新上升，表明音乐刺激的效果持续时间有限。特别值得注意的是，从消极音乐背景切换至积极刺激产生最显著的唤醒效果，体现了情绪极性反转的神经机制。

BR数据同样证实实验2和实验4存在显著差异（p<0.05），40-45分钟期间所有实验组眨眼率上升，反映音乐刺激通过激活LC-NE系统直接兴奋提上睑肌运动神经元，促进眨眼频率反弹。

结果与讨论

研究表明，与无音乐或消极音乐相比，积极音乐背景能显著延缓驾驶疲劳进程，使疲劳深度更浅。这种效应源于音乐对心率变异性的调节作用，增强副交感神经兴奋性。然而主观问卷显示受试者最终仍处于疲劳状态，说明音乐缓解程度小于疲劳累积程度。

在唤醒方面，消极音乐背景下引入积极音乐产生最佳效果，因其通过强烈的情绪对比激活边缘系统（杏仁核、伏隔核）和蓝斑，触发多巴胺和去甲肾上腺素的爆发式释放，显著增强交感神经张力，重新激活前额叶认知功能。但这种唤醒效果持续时间较短，仅适合作为休息提示或警觉性提升措施，不能解决长期驾驶疲劳问题。

结论

本研究通过瞳孔测量技术揭示了情绪音乐对驾驶疲劳的双相调节作用：积极音乐作为驾驶背景音乐时可延迟疲劳发生；作为唤醒刺激时能有效缓解现有疲劳，特别是在消极音乐背景下切换效果最佳。这些发现为驾驶安全领域的神经工效学干预提供了重要依据，建议将积极音乐整合到车辆驾驶系统中，既作为预防性措施延缓疲劳，也作为主动干预手段提供短期唤醒。

研究存在的局限性包括实验时长较短（60分钟）和未考虑个体音乐偏好因素。未来可延长驾驶时间、调整刺激持续时间，并纳入更多个人因素变量，进一步优化驾驶疲劳的音乐干预策略。