任务驱动的头部朝向对虚拟现实环境中行走时步态与平衡的影响

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Effects of task-driven head orientations on gait and balance during walking in virtual reality

　　

摘要：

在日常行走过程中，人们常常需要同时处理诸如查看手机或阅读街边广告牌等次要任务，这要求他们有意识地调整头部方向并分配注意力。然而，这些不同的头部方向需求对步态调节及次要任务表现的影响至今尚未得到系统性的量化研究。为填补这一空白，我们采用了沉浸式虚拟现实技术，在具有不同头部方向要求的真实环境中进行行走实验。13名健康成年人在与实验室规模一致的虚拟环境中进行行走，同时通过头戴显示器完成虚拟环境中的头部方向控制任务。参与者需完成五项运动前庭任务，即追踪相对于身体中心位置的视觉目标（包括中性、屈曲、伸展和旋转任务），或是固定在虚拟空间中的目标。此外，他们还需完成三项结合了头部方向控制与认知任务的运动前庭认知任务：斯特鲁普测试、算术任务和连线测试。在各项运动前庭任务中，与中性及屈曲状态相比，头部处于伸展、旋转或固定于外部目标状态时，会降低步速、步长及前进稳定性，同时增加运动双重任务处理成本。而运动前庭认知任务则进一步提升了这种双重任务处理成本。尽管各类任务带来的步态变化相似，但连线测试的认知双重任务处理成本显著更高。本研究提供了一种新的虚拟现实方法，可用于量化在头部方向限制条件下的步态及双重任务处理成本，对于开发更精准的步态评估方法以及针对运动和/或认知功能障碍人群的双重任务训练具有重要意义。