虚拟现实中的自然沉浸对规定任务和自我调节任务中的肌肉痛或运动表现益处仅有有限的镇痛作用

《European Journal of Applied Physiology》：Nature immersion in virtual reality has limited hypoalgesia effects for muscle pain or motor performance benefits during prescribed and self-regulated tasks

　　

目的：虚拟现实可减轻实验性疼痛和临床疼痛，但尚不清楚这些效果是否延伸至运动过程中自然发生的肌肉痛（NOMP）。本研究旨在探讨沉浸式基于自然的虚拟现实是否能缓解NOMP并改善规定运动和自我调节运动中的运动表现。
方法：研究人员进行了两项受试者内交叉研究，分别纳入12名（研究1）和24名（研究2）健康参与者。在研究1中，参与者完成了阶梯式递增蹬车力竭任务。在研究2中，参与者以轻（13/100）和强（50/100）感知努力进行自我调节的间歇性等长握力收缩。任务在沉浸式虚拟现实（自然场景）、二维假刺激和无干预对照条件下以伪随机、平衡顺序完成。研究1评估了疼痛发生、NOMP强度、感知努力和力竭时间。研究2测量了肌肉痛强度和力量产生。采用重复测量方差分析评估主要条件效应。
结果：与假刺激或对照条件相比，沉浸式虚拟现实未延迟疼痛发生 (p=.159)、延长力竭时间 (p=.204) 或降低感知努力 (ps>.215)。蹬车早期NOMP强度出现小幅但具有实际意义的降低 (F_2,22=4.518, p=.023, η_p²=0.291[0.002,0.500])，但在任务后期未维持 (ps<.369)。在研究2中，各条件下的NOMP强度 (p=.815) 和力量产生测量值 (ps<.325) 相似。
结论：基于自然的沉浸式虚拟现实对NOMP和运动表现影响有限。像NOMP这样由外周驱动的疼痛类型，可能较少受针对中枢疼痛调节机制的虚拟现实干预的影响。因此，虚拟现实的镇痛作用可能依赖于疼痛类型。

O’Connor和Cook指出，自然发生的肌肉痛（Naturally occurring muscle pain，简称NOMP）是体力任务的固有特征。Mense的研究认为它源于工作肌肉中代谢和机械敏感性伤害感受器的刺激，伤害感受信号通过传入纤维传递到大脑处理为NOMP。随着运动强度增加，伤害感受和NOMP加剧。在固定工作负载任务中，个体可以通过增加身体和认知资源的投入来维持表现，但这伴随着更高的感知努力。然而，对于自我调节任务（如以恒定感知努力强度运动）中NOMP的影响知之甚少。理论上，由于神经生理和认知效应，物理输出（如力量）会随着NOMP强度增加而下降。因此，探索控制和操纵疼痛体验以增强任务表现的方法极具吸引力。以往研究使用了神经调控技术来减轻疼痛强度（镇痛作用）。沉浸式虚拟现实可能是一种新颖且较少引起反感的方法。Hoffman等人的试验表明，暴露于虚拟现实自然场景能提高痛阈和疼痛耐受性，产生整体镇痛效应。虚拟现实中分散注意力的视觉和听觉线索可能减少了处理疼痛信号的大脑区域（如前扣带回皮层、脑岛和丘脑）的活动。然而，NOMP具有与实验性和临床疼痛类型不同的神经生理学特征。由于没有研究评估虚拟现实干预对NOMP是否具有相同效果，假设在其他疼痛模型中观察到的镇痛作用可推广到NOMP应持谨慎态度。因此，本研究旨在评估虚拟现实中呈现的自然场景是否能减少运动任务中NOMP的强度，并增强任务输出。该研究对理解不同疼痛类型的调制机制具有重要学术意义，论文已发表在《European Journal of Applied Physiology》。

研究人员开展了两项受试者内交叉研究。研究1的样本队列来源于12名健康活跃的参与者，完成阶梯式递增蹬车力竭任务；研究2的样本队列来源于24名健康活跃的参与者，进行间歇性等长握力收缩任务。任务均在三种条件下伪随机且平衡顺序完成：沉浸式虚拟现实（通过头戴式显示器展示360度自然场景）、二维假刺激（在屏幕上展示相同二维场景）和无干预对照。研究1评估了疼痛发生、NOMP强度、感知努力和力竭时间；研究2测量了肌肉痛强度和力量产生。研究人员使用类别比率（CR）-100量表评估感知。通过重复测量方差分析评估主要条件效应，并运用线性回归和二阶多项式回归对数据进行等距时间转换分析，采用贝叶斯因子进行敏感性分析。

Study 1: results（研究1：结果）
在剔除不合格数据后，事后敏感性分析显示样本量可检测到较大的效应量。研究发现，沉浸式虚拟现实对疼痛发生时间无主效应 (F_2,22=1.999, p=.159, η_p²=0.154)，贝叶斯因子显示对零假设有微弱支持 (BF₁₀=0.658)。虚拟现实对力竭时间也无主效应 (F_2,22=1.711, p=.204, η_p²=0.135)。在试验25%等距时间处，虚拟现实对NOMP评分有主效应 (F_2,22=4.518, p=.023, η_p²=0.291[0.002,0.500])，表明虚拟现实条件下的疼痛评分有降低趋势。但在50%、75%和100%等距时间无主效应。感知努力和任务动机在各等距时间均无主效应。在50%等距时间，虚拟现实条件下的心率高于其他条件但仅有边缘显著性；在75%等距时间，虚拟现实心率存在较大效应量但无显著差异。环境存在感在虚拟现实条件下高于假刺激，但低于对照条件。

Study 2: results（研究2：结果）
操纵检查显示强感知努力下的力参数和肌肉痛评分均高于轻感知努力，而收缩持续时间无差异，表明参与者理解了任务指令。主条件效应显示，各条件下的NOMP评分相似 (F_2,46=0.206, p=.815, η_p²=0.009)。峰值力量、平均力量和力量-时间积分在各条件间几乎相同。峰值力量发展速率（Rate of force development，简称RFD）在虚拟现实条件下最高，假刺激条件下最低，效应趋势接近显著 (F_2,46=2.891, p=.066, η_p²=0.112)。探索性交互效应分析表明，在轻强度下各条件疼痛相似，而在强强度下虚拟现实条件疼痛略高于假刺激。条件与重复的交互作用显示，虚拟现实在后期重复中峰值力量发展速率轻微增加，而假刺激条件下轻微下降。

总结讨论部分：两项研究均发现沉浸式虚拟现实未能延迟NOMP发生、延长任务参与或增加力量产生。在递增蹬车任务中，虚拟现实环境与参与者动作不匹配可能降低了环境存在感，导致感官冲突，抵消了分散注意力的镇痛效果。仅在25%等距时间观察到疼痛降低，提示虚拟现实干预对NOMP的潜在镇痛作用可能仅限于轻至中度疼痛强度，此时分散注意力的感官线索足以影响伤害感受信号的中枢处理。研究2中NOMP强度整体偏低可能限制了镇痛效应的显现。从更广泛的疼痛领域来看，虚拟现实干预主要针对下行抑制通路和中枢疼痛处理机制，而NOMP主要由外周机制驱动且与任务需求紧密耦合，因此虚拟现实对NOMP的调节效果有限。无论任务是否允许自我调节运动行为，虚拟现实均呈现无效效应。研究存在样本量可能不足以检测中小效应的局限性。

研究结论部分：大多数结果表明，通过虚拟现实干预进行的自然沉浸并不会减轻NOMP或在不同任务类型中增强运动表现。研究人员在研究1中观察到试验25%等距时间处的NOMP强度较低，这暗示虚拟现实干预对NOMP的任何潜在镇痛作用可能局限于低至中度疼痛强度，此时虚拟现实中分散注意力的感官线索足以影响伤害感受信号的处理。在更广泛的疼痛研究中，这些发现表明虚拟现实在疼痛调节方面的有效性可能取决于疼痛类型和强度。即，与实验性和临床疼痛类型不同，虚拟现实干预对NOMP可能效果较差，因为NOMP具有主导的外周成分。研究人员呼吁未来研究考察中枢与外周机制的相互作用，结合神经生理学测量，以明确潜在通路并识别虚拟现实干预最有效减轻疼痛强度的条件。