前庭时间常数与真实道路驾驶中个体晕动病易感性

《Scientific Reports》：Vestibular time constant and individual susceptibility to motion sickness in real-world driving

　　

晕动病是自动驾驶汽车接受度面临的重要挑战。虽然晕动病易感性问卷（MSSQ）被广泛使用，但它依赖回顾性自我报告，且不能直接捕捉前庭特征。本研究考察了反映速度存储机制的前庭时间常数（VTC）与真实道路驾驶中晕动病严重程度之间的关联。研究测量了24名女性成年人的VTC；其中21人完成了四次30分钟加速驾驶会话，全部24人完成了九次涉及再生制动的30分钟减速驾驶会话。晕动病严重程度使用不适量表（MISC）进行重复评估。MSSQ得分与MISC衍生结局之间呈现弱且不显著的关联，而较长的VTC与更严重的症状相关，尤其在减速条件下以及出现症状的参与者中。参与者水平的受试者工作特征（ROC）分析显示，VTC区分达到恶心阈值（MISC≥6）参与者的能力优于MSSQ。在减速条件下，这一差异具有统计学显著性（曲线下面积，0.89对0.60；DeLong p = 0.048）。VTC的关联在描述性分析中于减速条件下更强，可能反映了与制动相关前庭刺激的条件特异性特征。这些发现表明，VTC提供了客观的生理信息，可在汽车环境中补充基于问卷的易感性评估。

论文解读：前庭时间常数与真实道路驾驶中晕动病易感性的关联研究

一、研究背景与问题

自动驾驶技术正通过降低驾驶需求、允许乘员从事非驾驶相关活动（NDRA）而深刻改变出行方式。然而，与传统驾驶相比，自动驾驶可能增加晕动病风险，因为乘员对车辆运动控制减少、对即将到来的运动预判能力下降。晕动病通常被归因于视觉、前庭和体感输入之间的冲突，导致不适和恶心等症状。已有研究估计，6%~10%的美国成年人在完全自动驾驶车辆中会经常或总是经历不同程度的晕动病。视觉-前庭冲突、运动可预测性降低以及对车辆动力学缺乏控制，使得晕动病成为自动驾驶汽车接受度和使用的重要挑战。

目前已有多种药理学和非药理学策略用于预防或缓解自动驾驶车辆中的晕动病。抗组胺药和前庭抑制剂可减轻症状，但副作用促使研究者探索非药物替代方案。经皮耳廓迷走神经刺激、增强外界环境可见性、提供直观的车辆运动预判信息、预期性视觉/听觉/振动触觉提示以及重复暴露适应等方法均被研究。车辆层面的策略包括轨迹优化和更平滑的加/减速曲线设计。然而，个体间晕动病易感性差异显著，部分人在对他人几乎无影响的条件下出现严重症状。晕动病易感性问卷（MSSQ）作为标准化评估工具被广泛使用，但其依赖回顾性自我报告，可能受回忆准确性和既往暴露经历影响，且不能直接测量可能导致易感性差异的生理特征。因此，需要客观生理标志物来补充问卷评估。

前庭时间常数（VTC）作为反映速度存储机制的生理指标被提出。VTC表征旋转刺激后前庭-眼动反应的衰减过程，反映了中枢速度存储机制，该机制将前庭反应延长至半规管外周动力学之外。较长的VTC表明前庭信号持续更久，可能增加感觉冲突的风险。已有研究显示双侧前庭功能缺陷个体（通常时间常数较短）晕动病易感性降低；视觉-前庭训练可同时缩短VTC并延长晕动病易感性降低时间；较短VTC个体对以垂荡运动为主的海上晕动病易感性较低。但海洋环境与道路车辆的运动特征不同，实验室或海洋条件下的结果可能无法直接推广到道路驾驶。直接考察真实道路驾驶中VTC与晕动病关联的实证研究仍然有限。因此，本研究旨在考察受控真实道路驾驶条件下VTC与晕动病严重程度的关联，并比较其与MSSQ的区分能力。

二、研究设计与技术方法

研究招募了24名成年女性参与者（平均年龄33.2岁，标准差5.5）。所有参与者完成了VTC评估和减速条件实验（实验2），其中21人完成了加速条件实验（实验1）。VTC使用临床旋转椅系统（CHARTR 200；Natus Medical ApS，丹麦）在完全黑暗中通过电眼图（EOG）记录水平眼震，采用阶跃速度测试，椅子以100°/s2加速至100°/s持续60s后以?100°/s2减速停止，对顺时针和逆时针旋转产生的旋转中和旋转后慢相眼速拟合指数衰减函数，计算时间常数。实验采用两辆相同配置的电动汽车（EV6 23MY；起亚，韩国），在韩国京畿道公共郊区道路上的7公里环路上进行30分钟驾驶会话。参与者坐在后排，窗帘遮挡外部视野，观看平板电脑上的视频作为非驾驶相关任务（NDRT），每2分钟使用不适量表（MISC）报告晕动病严重程度。实验1为加速诱导条件，包含四种加速曲线（峰值纵向加速度0.2~0.3g，标称坡道加加速度0.5~1.5g/s）；实验2为再生制动减速诱导条件，包含九种减速曲线（目标纵向加速度?0.10、?0.15、?0.20g，时间目标0.3~2.1s，标称坡道加加速度0.071~0.667g/s）。每位参与者以被试内设计完成四次加速会话和九次减速会话。统计分析包括计算四个MISC衍生指标（MISCmean、MISCmax、MISCcumulative、MISClast），使用组内相关系数（ICC）评估跨会话可靠性，计算Pearson相关系数考察MSSQ、VTC与MISC结局的关联，并进行参与者水平受试者工作特征（ROC）分析比较区分能力。

三、研究结果

（一）MISC评分的时间进程

在加速和减速两种条件下，平均MISC评分在最初的18分钟内逐渐增加，之后变化较小。评分从2分钟时接近零增加至18分钟时约3.0，30分钟时加速条件下约3.4、减速条件下约3.7。描述性分析中，减速条件下评分在4至10分钟之间上升略快，暴露结束时保持略高。

（二）MSSQ与VTC的关系

24名参与者的MSSQ得分与VTC值之间无显著线性关联（r=0.04，p=0.852）。排除症状轻微者（MISCmax<2）后关联仍不显著（r=0.06，p>0.05，N=19）。探索性观察发现，症状轻微者倾向于聚集在较低VTC值（≤12.7s）且MSSQ得分50~82之间，而出现症状者多为VTC≥13s且MSSQ≥83。

（三）晕动病测量的可靠性

单次会话ICC在加速条件下为0.733~0.824，减速条件下为0.711~0.787。基于多次会话平均的参与者水平指标具有更高的ICC：加速条件下ICC(A,4)为0.917~0.949，减速条件下ICC(A,9)为0.957~0.971。表明跨重复运动曲线个体差异高度一致。

（四）MSSQ得分与晕动病测量的关联

加速条件下（N=21），MSSQ与四种MISC衍生结局的相关系数为r=0.28~0.32（p=0.153~0.227），症状亚组（N=16）中为r=0.16~0.24（p=0.364~0.560），均未达到显著水平。减速条件下（N=24），全样本相关系数为r=0.18~0.24（p=0.250~0.402），症状亚组（N=20）中为r=0.06~0.16（p=0.491~0.794），同样不显著。

（五）VTC与晕动病测量的关联

加速条件下全样本（N=21）中，VTC与四种结局的相关系数为r=0.37~0.40（p=0.071~0.098），均未达p<0.05但低于0.10；症状亚组（N=16）中为r=0.44~0.51，其中MISClast显著（r=0.51，p=0.045）。减速条件下全样本（N=24）中，VTC与MISCmax（r=0.45，p=0.027）和MISClast（r=0.46，p=0.023）显著相关，与MISCmean和MISCcumulative边缘显著（p=0.053）。症状亚组（N=20）中，主要分析VTC与MISCmax的关联为r=0.58（p=0.0069），支持性分析MISCmean、MISCcumulative、MISClast在Benjamini-Hochberg校正后仍显著（q分别为0.040、0.040、0.032）。

（六）MSSQ与VTC相关性的比较

在两种实验条件和参与者分组中，VTC与MISC衍生结局的正相关始终大于MSSQ，在减速条件下的症状亚组中差异最大。

（七）MSSQ与VTC的区分能力

参与者水平ROC分析显示，在减速条件下，VTC在恶心阈值（MISC≥6）的区分能力显著优于MSSQ（AUC 0.89，95% CI 0.76–1.00，对0.60，95% CI 0.36–0.84；DeLong p=0.048）。在k=7阈值处差异也显著（AUC 0.96对0.63；p=0.007）。加速条件下VTC与MSSQ的AUC分别为0.75和0.64，差异不显著（p=0.423）。

四、讨论与结论

高ICC表明跨重复运动曲线的个体差异高度一致，支持使用会话平均结局表征个体易感性。VTC与晕动病严重程度的正相关在减速条件下最强且最一致，尤其症状亚组中，加速条件下较弱且不一致。最强关联出现在减速条件下症状亚组的VTC与峰值症状严重程度（MISCmax）之间。这些发现将VTC与海上晕动病易感性的关联证据扩展到涉及纵向和横向车辆运动的汽车环境。

减速条件下更一致的VTC关联可能反映了运动刺激方向和时域特征的差异。实验2的标称坡道加加速度（0.071~0.667g/s）小于实验1（0.5~1.5g/s），表明更强的发现与更大的纵向加加速度无关。相反，制动特定的时域特征和纵向加速度方向可能产生与前庭信号保留个体差异相互作用的前庭-视觉动力学。在较长VTC个体中，延长的前庭信号可能加剧制动期间与视觉和本体感觉输入的不匹配，这一解释与感觉冲突和速度存储模型一致。MSSQ仍是评估自我报告晕动病历史的便捷工具，而VTC提供了问卷无法捕捉的客观生理信息。

研究局限性包括样本量较小且仅包含女性成年人，尽管测试安排在月经期外，但未进一步控制周期阶段；缺乏男性参与者且未建立经过验证的临床VTC截止值；晕动病严重程度依赖自我报告MISC；EOG估计VTC无法直接目视检查眼动伪迹。未来需更大样本包含两性的研究，并考察心率变异性、脑电图等生理指标。实际应用中，VTC信息可辅助轨迹规划和加/减速/加加速度曲线设计，与问卷评估和适应性车辆控制策略结合。

本研究结论：在受控真实道路加速和减速条件下，VTC与晕动病严重程度正相关，减速条件下和症状参与者中关联最强且最一致，而MSSQ关联较弱且大多不显著。参与者水平ROC分析显示VTC区分达到恶心阈值参与者的能力优于MSSQ，在减速条件下差异显著。这些发现将VTC与汽车晕动病的相关性证据扩展至真实道路环境，表明VTC提供了MSSQ未包含的客观生理信息，可补充基于问卷的易感性评估，并支持未来移动系统中乘员特异性晕动病缓解策略的开发。