经颅振荡刺激改善虚拟现实中网络眩晕的频率依赖性研究
利用经颅振荡刺激减少虚拟现实中的网络眩晕
背景与研究动机
虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术正日益渗透到工作、医疗和娱乐等领域。然而，约95%的VR用户会经历一种被称为网络眩晕（Cybersickness, CS）的症状，表现为恶心、头晕和不适等。这一现象的根源在于视觉、体感和前庭信息整合的持续不匹配，尤其是在虚拟环境中诱发“自我运动”的错觉（vection）。尽管VR技术的应用广泛，但CS问题却限制了其在医疗康复、军事训练和教育等场景中的广泛采用。为解决这一挑战，研究者开发了通过跨颅交变电流刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）靶向前庭皮层的技术，以尝试缓解CS症状。
研究来源
这项研究由Siena Brain Investigation & Neuromodulation Lab的研究团队主导，参与者包括来自University of Siena、Massachusetts General Hospital和Sapienza University等多所机构的科学家。文章发表在《Neurotherapeutics》（2023年第20卷）上，标志着一项在CS领域的重要突破。
研究方法与设计
研究流程与实验设计
本研究采用双盲对照实验，招募了41名健康年轻人（25男，16女，平均年龄26.5岁）。实验分为训练和三种条件下的测试（2 Hz tACS、10 Hz tACS和虚假刺激），旨在探讨不同频率的跨颅振荡刺激对CS症状的影响。以下为具体实验步骤：
1. VR场景与CS诱发
使用Oculus Quest 2头显播放虚拟过山车场景（Epic Rollercoaster）。参与者在6分钟的VR体验中静坐，报告任何恶心或不适感的发生及其持续时间。
跨颅振荡刺激应用
tACS通过电极靶向位于双侧顶后内侧前庭皮层和后部岛叶皮层的目标区域。基于SimNIBS软件建模，电流强度分配为2.5 mA，并分别以2 Hz和10 Hz频率施加。生理与行为数据记录
测量皮肤电导反应（Galvanic Skin Response, GSR）作为自主神经活动的指标，同时记录每种刺激条件下的恶心持续时间和恢复时间。数据分析
研究使用线性混合模型（Linear Mixed Model, LMM）分析数据，并结合Spearman相关性和线性回归探讨不同变量间的关系。
实验结果
CS症状的缓解
- 在整个样本中，10 Hz tACS显著减少了CS恶心的持续时间（中位数降低约0.84 log s）。在改善样本中，67%的参与者报告在10 Hz条件下症状有所缓解，而2 Hz tACS的效果则显著低于10 Hz。
- 然而，恢复时间在所有条件下无显著差异。
自主神经系统响应
- 10 Hz tACS降低了GSR（p < 0.001），表明对交感神经活动的调节作用；相比之下，2 Hz tACS导致GSR升高。
- GSR的变化表明tACS对CS的改善可能与自主神经功能的调节有关。
副作用与舒适性
- 2 Hz tACS产生更多的轻度副作用（如头痛和瘙痒），而10 Hz tACS和虚假刺激条件的副作用差异不显著。
研究结论与意义
主要发现
- 研究证明10 Hz tACS能够有效减少VR诱发的CS症状，这一技术为缓解与前庭功能失调相关的问题提供了新思路。
- 10 Hz tACS在调节前庭皮层的慢波活动方面表现出频率依赖性作用，其机制可能包括抑制1–2 Hz慢波振荡及诱发10 Hz局部振荡活动。
科学与应用价值
- 这一研究在CS的缓解领域具有重大意义，尤其在VR教育、军事训练及太空探索等场景中可提供直接益处。此外，该方法也可能适用于其他前庭功能障碍的治疗。
- 在更广泛的应用中，tACS设备的轻便性和易操作性使其在未来元宇宙中的社会、教育和娱乐应用中具有巨大潜力。
研究局限与未来方向
- 当前研究未验证tACS对恢复时间的长效影响，未来需要探讨更长时间或重复应用的效果。
- 需进一步研究个体化振荡频率优化（如基于α波活动的10 Hz调节）及与其他神经调控技术的联合应用。
研究亮点
本研究以严格的实验设计验证了tACS技术在CS缓解中的潜力，并首次以10 Hz频率靶向前庭皮层进行调控。研究结果不仅深化了对CS神经生理机制的理解，也为改善VR用户体验提供了创新性解决方案。这一成果为未来在更复杂环境中的VR应用和相关疾病治疗开辟了新的可能性。