基于GPS与生物传感器的环境暴露对香港居民心理健康影响的动态监测研究

《JMIR Research Protocols》：Environmental Exposure and Mental Health in Hong Kong: Protocol for a GPS- and Biosensor-Based Observational Study

本研究针对传统方法难以捕捉动态环境暴露对心理健康影响的问题，香港大学研究团队开展了结合GPS定位与腕戴式生物传感器的前瞻性观察研究。通过750名香港成年人的分钟级环境暴露与应激生物标志物关联分析，发现绿色空间暴露可改善脉搏率变异性（PRV），而空气污染（PM2.5）与城市高密度环境会提升皮肤电活动（EDA）。该研究为基于客观数据的城市健康干预提供了新范式。

　　

在全球超过10亿人受心理健康问题困扰的背景下，香港作为高密度城市代表，其居民心理健康状况呈现令人担忧的趋势。香港卫生署2020-2022年数据显示，抑郁症患病率达1.2%，焦虑症达0.9%，较2014-2015年翻倍，且重症抑郁病例在2020-2023年间增长超30%。更值得关注的是，心理健康问题呈现年轻化态势，2019-2022年青少年心理障碍患病率升至16.6%，而其中高达74%的患者未寻求专业帮助。

传统研究存在明显局限：一方面，环境暴露评估多局限于居住地周边，产生"静止偏倚"（stationary bias），忽略了人们日常活动空间中的动态暴露；另一方面，心理健康测量主要依赖问卷方式，存在主观性强、时效性差等问题。为突破这些限制，香港大学地理系的研究团队开展了这项创新性研究，论文发表于《JMIR Research Protocols》。

研究团队采用跨学科混合方法设计，整合GPS（全球定位系统）轨迹追踪与腕戴式生物传感器（Empatica Embrace Plus）技术，对香港750名18-80岁成年人进行为期7天的连续监测。通过分层随机抽样与多阶段抽样相结合的策略，研究者确保样本覆盖不同年龄结构（老年人比例）和绿色空间可达性的社区类型。参与者需每日佩戴生物传感器至少18小时，并在外出时携带GPS设备，同时完成日常问卷和进出访谈。

关键技术方法包括：1）分钟级环境暴露评估——通过GPS轨迹核密度分析构建50米网格的动态暴露曲面，整合空气质量（PM_2.5、NO₂）、城市密度（建筑覆盖率、街道覆盖率）和绿色空间（归一化植被指数NDVI、街景眼级绿化）等多维指标；2）生理参数连续监测——通过生物传感器采集皮肤电活动（EDA）、血容量脉冲（BVP）、皮肤温度等原始数据，经专有算法转化为分钟级数字生物标志物；3）多层次统计分析——采用广义线性混合模型处理个体差异，结合结构方程模型探索体力活动的中介效应，运用地理时间加权回归揭示关联关系的时空异质性。

研究结果

试点研究可行性验证

截至2025年6月30日，150名参与者完成试点研究，达成94%（141/150）的完成率，设备合规性表现良好（94%有效生物传感器天数，91%日常问卷完成率）。基于参与者反馈，研究团队改进了支持协议，但未改变核心数据收集工具。

主要研究进展

获医疗卫生研究基金支持的主要研究于2025年7月启动，截至2025年9月已招募30名参与者。完整数据收集将持续至2026年12月，数据分析预计2027年6月完成。

环境暴露与生物标志物关联

初步发现表明，绿色蓝色空间暴露与改善的脉搏率变异性（PRV）和降低的皮肤电活动（EDA）相关，而较高的空气污染水平（PM_2.5、NO₂、AQI）和城市密度（较高的建筑覆盖率和街道覆盖率）与EDA升高和PRV降低相关。

方法学创新

与传统旅行日志相比，GPS追踪以更精确的时空粒度捕捉环境暴露，而分钟级评估实现了环境、体力活动与心理健康生物标志物之间关联的精确评估。

讨论与结论

研究发现的意义

本研究通过分钟级GPS追踪与连续生物传感器监测的整合，实现了环境暴露与应激相关反应的精确时空评估。绿色空间暴露对压力生物标志物的积极影响与既往研究一致，但本研究通过连续监测和基线测量，能够更准确地评估应激相关变化。

与既往研究的比较

既往使用生物标志物连接环境暴露与健康结局的研究受限于样本量小（通常少于20人）且缺乏基线测量。本研究通过扩展监测期、建立基线测量和招募更大样本来克服这些限制。

研究优势与局限

研究优势包括方法学创新、样本多样性、客观生物标志物与问卷/GPS记录的结合、扩展监测期以及基线测量。局限在于排除标准可能系统性地排除高风险个体，限制结果推广到更广泛人群；方案不适用于儿童和青少年；设备佩戴可能影响行为反应；观察性设计限制因果推断。

可行性挑战与对策

试点阶段遇到高温天气导致户外活动时间有限、设备佩戴一致性难维持、电池续航导致数据间隙等挑战。针对不同亚群（如老年人、外籍家庭佣工）的特定障碍，研究团队实施了调整支持策略，包括灵活预约安排和便携充电方案。

未来方向

后续分析将探讨日常活动和环境暴露对睡眠质量和压力恢复模式的影响，以及体力活动在环境暴露与心理健康生物标志物关系中的中介作用。未来研究将利用卷积神经网络-长短期记忆混合模型开发实时压力预测系统，并基于确定的环境特征制定针对性干预措施。

这项研究的发现有望为高密度城市环境中促进心理健康的证据型城市设计和公共卫生政策提供重要参考，推动心理健康护理系统向实时监测和个性化干预方向发展。