動暈症與視覺引起的動暈症

與使用者處在動態環境有關(Golding & Markey, 1996; Lawther & Griffin, 1987; McCauley, Royal & Wylie, 1976)，而在非動態的環境中可能也會產生類 似的不適。虛擬環境中的使用者會因為視覺場景的流動引起相似如動暈症的 症狀，稱之為視覺引起的動暈症(Visual-induced Motion Sickness, VIMS)。早 期的動暈症評估多採用主觀方式，利用問卷分數進行評估，現今有許多研究 正努力的發展客觀評估指標。

動暈症對於患者來說是一種短時間、不斷削弱的不適感，可能發生於空 中、海上、道路與太空旅行等環境中(Mcintosh,1998)。其所造成的症狀包括 眼睛疲勞、頭痛、臉色蒼白、嘴唇乾燥、胃脹、迷失方向、暈眩、運動失調、

噁心和嘔吐等(Joseph, 2000)。但即使是在同樣的環境與相同的刺激之下，動 暈症所造成的影響存在著個人差異(Reason, 1975; Kolasinski, 1995)，也就是 個人的敏感程度有高低之分。動暈症敏感問卷(Motion Sickness Susceptibility Questionnaire, MSSQ)是藉由對於各種症狀的主觀感受進行評比，常被用來

測量不同受試者對動暈症的敏感程度。Mcintosh (1998)認為，在一個常態母 體中，約有5% 的人對動暈症非常敏感，5%的人很難受動暈症影響，其餘 的人會受到一般性的影響。此外，不同心理狀態的人對於動暈症的症狀也有 所差異。Owen、Leadbetter 與 Yardley(1998) 即指出，正常人與焦慮症患者 的動暈症症狀是不同的，症狀可稱之為空間與動作的不舒適感(Space and motion discomfort, SMD)。

動暈症形成的原因尚未被真正的確定(Mcintosh, 1998)，許多的研究試圖 去尋找動暈症的成因。Reason(1978)提出動暈症形成原因為感官衝突

(Sensory conflict)或是知覺衝突，也就是在動態環境中，人類預測的感官輸 入與實際的感官輸入間的不契合(Mismatch)進而導致動暈，一般認為感官和 預期的落差被認為是形成動暈症嚴重程度和持續時間的因子。感官系統的運 作與前庭系統有關，前庭系統包含末端及中央前庭系統，主要功能是(1) 提 供中樞神經系統加、減速度的資訊；(2) 協助眼部肌肉的控制以進行視覺定 向，即所謂的前庭眼動反射(vestibulo-ocular reflex, VOR)；以及(3) 控制肌肉 以維持適當的姿態(Henriksson, 1974; Henriksson et al., 1972)。末端前庭系統 由內耳石及半規管組成，內耳石對於頭部靜態及動態的直線加速度移動很敏 感，半規管則是對於動態的角加速度比較敏感，但是半規管在大約60 秒的 旋轉之後便無法偵測持續的轉動。

感官衝突雖然為直覺的動暈症形成因素，但是相對較低的預測有效性 (Draper,Viire. Gawron, and Furness, in press; Stoffregen and Riccio, 1991)限制 了其在虛擬環境和模擬器動暈的發展。感官衝突論的問題在於不夠精確，

Ebenholtz, Cohen 與 Linder (1994)更認為感官衝突是難以實驗證實的，因此 許多學者試著透過各種主客觀的測量來預測感官衝突和動暈症的相關性。

Stoffregen et al. (1998) 認為動暈症與視覺刺激(Visual stimuli)有關，在產生動 暈症之前，會先發生視覺刺激引起的姿態不穩定(Postural instability)。Owen et al. (1998)指出，對動暈症越敏感的受試者，其姿態不穩定會越明顯，他也發

現有焦慮症的患者發生動暈症的可能性較一般人為大。除了感官衝突理論，

Riccio 與 Stoffrengen(1991)提出維持身體平衡為動物的本能性行為，在不平 衡的時候就會產生不適感，因此，當人們處在新的環境時(如，虛擬環境)，

必須重新學習新的圖樣(Pattern)以控制其姿態平衡。

動覺推論是當運動認知大於眼睛對於運動的感覺時產生的錯覺。例如：

看夜晚的天空，當雲在動的時候，反而會覺得月亮動了。其可以分為兩種：

(1) 物件關聯(Subjective-relative)，由和框架相關的運動所引起（框架動但是 感覺目標物在動），身軀中線(body midline)是由框架所定義，當框架動時，

會接收到非視網膜所產生的訊號，產生錯誤認知。(2) 認知關聯

(objective-relative)，由認知關聯的位置改變所引起或是目標物的移動（目標 物動但是感覺框架在動），而人會將視野的巨大物件或是周圍場景視作固定 不動的框架。動覺推論是由框架所引起的錯覺，例如：Duncker (1929)發現 當觀察者看到框架往右移，他們會認為是固定的目標物往左移。因此動覺推 論會造成感官衝突，而使人姿勢不平衡，進而影響動暈症的產生。而有許多 研究即採用動覺推論的觀點去設計動態顯示， Lin, Abi-Rached, Kim, Parker, and Fumed (2002) 經由動覺推論的觀點，發現自然的獨立視覺背景可以降低 動暈症嚴重程度。A 柱過度貼近駕駛視野，在轉彎時 A 柱的移動，容易產 生動覺推論進而增加不適程度。

過往有許多研究在探討動暈症的影響因子，Lawther & Griffin (1987) 認 為垂直震動頻率以及加速度變化會導致感覺衝突，進而影響動暈症的嚴重 性。Forstberg (1998, 2000)進行了一系列傾斜列車的動暈症研究，透過列車 路線與實驗變數的操作，探討傾斜列車在何種情境下動暈的風險最大，以作 為改進列車傾斜設計之用。Atsumi, Tokunaga, Kanamori, Sugawara, Yasuda, and Inagakic (2002)針對車輛的震動頻率與加速度改變去發展動暈症嚴重程 度的預測模型。

探討動態環境下的動暈症之貢獻，乃是若可以發展出客觀性測量來預測

動暈症，且能找出動暈症的因子並減少此因子發生的可能性，就可以促進動 暈症的防治(Stoffregen, Hettinger, Haas, Roe, and Smart, 2000)。

2.2.2 狹窄可傾車輛的動暈症影響因子與機制

根據文獻回顧，在動態環境中，影響不適程度的主要因素為車體震動頻 率與加速度的變化(Lawther & Griffin,1987; Atsumi et al. 2002)，而在傾車系 統中，和一般車輛相比，我們必須考量到縱向的側傾角度的影響。傾車角度 的設定(為設定方向盤打到底的最大傾角角度)會影響到在轉彎時的傾角角 度的大小與下傾速度(傾角設定越大則下傾的速度也必須變大)，因此駕駛者 所感受到的加速度變化量也會增加。此外A 柱貼近駕駛者的視野且在轉彎 時A 柱在視野中晃動，而當 A 柱寬度越大時越有此現象，而增加駕駛產生 動覺推論的可能性，動覺推論會增加動暈症嚴重程度(Lin et al., 2002)。經由 先前的文獻整理出狹窄可傾車輛的不適程度影響因子與機制如圖所示：

圖2.1 車輛軸向示意圖 (資料來源: TD Gillespie, 1992)

圖2.2 狹窄可傾車輛的動暈症影響因子與機制

2.2.3 動暈症的評估方法

動暈症的評估包括主觀評估和客觀評估。主觀評估常用的是模擬器動暈 症問卷和媒介過程。模擬器動暈症問卷是以問卷的方式評估受試者所經歷實 驗操作後的動暈症狀，媒介過程則為自我對運動感覺混亂的評估。Kennedy, Lane, Berhaum, and Lilienthal 在 1993 提出的模擬器動暈症問卷(Simulation Sickness Questionnaires, SSQ)為常用的模擬器動暈症量測工具，此外

Kennedy and Lilienthal (1995) 及 Kennedy and Stanney (1996) 研究發現，在 有模擬器動暈症的經歷後，姿態穩定性會有所不同；Cobb and Nichols (1999) 亦發現，姿態穩定性的衰減和模擬器動暈症問卷中的動眼神經不適/迷向類 別具有高度相關，因而姿態穩定性可以作為模擬器動暈症的指標。模擬器動 暈症問卷常作為研究其他評估指標時的比較基準。Cobb et al. (1999) 即採用 模擬器動暈症問卷作為9 個實驗的量測工具，Lee et al. (1997)和 Mourant et al.

(2000)亦採用模擬器動暈症問卷作為動暈症主觀量測工具。

Tschermak (1931)提出自我運動的感覺混亂是由於觀看動態圖樣(pattern) 所導致，Dichgans and Brandt (1978)由視覺所引起的媒介過程會經由身體的 運動表現出來(如，車子退後時，身體會前傾)。Dichgans and Brandt (1978) 指出，大視野的運動顯示器(FOV Display)容易引起媒介過程(Vection)。

Hettinger and Riccio, Stoffregen and Smart (1998)研究發現，受試者有動暈症 時，同時會感到媒介過程。Smart, Stoffregen, and Bardy(2002)則認為媒介過 程是動暈發生的誘因，有媒介過程未必會有動暈，但有動暈就必定經歷到媒 介過程。故媒介過程可以用來當作動暈症的指標。

在動暈症的客觀量測方面，可以分成生理量測和姿態穩定性量測。動暈 症可能會引起生理上的反應，已有許多學者對動暈症引起的生理變化進行研 究。Holmes and Griffin (2001)比較心搏率(Heart rate)與主觀評比分數的相關 性；他們發現，隨著症狀嚴重程度的增加，心搏率也會顯著上升，此與Stout,

Toscano and Cowings (1995)的研究結果一致。Kim, Kim, Kim, Ko, and Kim (2005)用 3D 模擬作為視覺刺激，也發現心搏率會隨著模擬的進行而顯著增 加。心搏率的變化與反胃及嘔吐症狀的嚴重程度有關連(Crampton, 1955)，

Cowings, Naifeh and Toscano (1990)及 Holmes and Griffin (2001)皆指出，反胃 越嚴重心搏率會增加越多。Hu, Grant, Stern and Koch (1991)及 Cobb, Nichols, Ramsey and Wilson (1999)的研究也都顯示心搏率隨動暈症症狀而增加的現 象，顯示心搏率可作為測量動暈症狀變化的指標。Kim et al. (2005)的 3D 虛 擬駕駛實驗，顯示心跳周期(Heart period)隨著數位動暈症(Cybersickness)症 狀減少的現象，與前述對於心搏率的研究發現相符。此外，Kim et al. (2005) 及Hu et al. (1991)還發現心率變異度(Heart rate variability)會隨症狀的產生而 降低。Mullen, Berger, Oman and Cohen (1998)則是指出在中等程度的反胃 時，心率變異度沒有顯著改變。

人們面對刺激或壓力時，大腦皮層的活動可能產生變化，因此近來有許 多學者利用腦電圖(EEG)來測量動暈症對腦波的影響(Chinn, 1950; Morale, Chelen and Kabrisky, 1990; Wood, Stewart, Wood and Manno, 1990; Chelen, Kabrisky and Rosers, 1993)。Chelen et al. (1993)的研究指出，受試者的 δ 波強 度在面臨動暈症時會比基準值來得高，也有其他學者的研究得到相似的結果 (Cobb et al., 1999; Kim et al., 2005; Min, Chung, Min and Sakamoto, 2004)。此 外，Cobb et al. (1999)發現延長曝露於虛擬實境時，α 波信號會降低，Min et al. (2004)的 3D 模擬實驗及 Kim et al. (2005)的虛擬駕駛實驗皆得到與此相似 的結果。除了α 及 δ 波段的變化，Min et al. (2004)的研究發現 β 及 θ 波段也 會隨著動暈症的發生而產生顯著變化。

在姿態穩定性方面，Kennedy and Stanney(1996) 提出姿勢穩定性可以用 評比的方式來量測，並且可以用於預測虛擬環境所帶來的干擾程度。Cobb and Nichols(1998) 認為平衡干擾和模擬器動暈症具有高相關性，而此想法和 Hamilton, Kantor and Magee(1989) 研究結果是相同的，Thomas A. Stoffregen,

Lawrence J. Hettinger, Michael W. Haas, Merry M. Roe, L. James Smart (2000) 研究發現頭部的擺動幅度和動暈症程度具有相關性，因此姿態不穩定性也可 以作為動暈症的指標。而姿態穩定性的量測工具最常使用的為靜態單腳站立 (Standing on One Leg)及動態跟趾行走(Walking Toe to Heel)。Mourant and Thattacheny (2000) 即採用單腳站立(Standing on the Preferred Leg, SOPL)作 為動暈症的客觀指標。Duh, HBL, Parker, DE, and Furness, TA(2001)也利用單 腳站立法量測姿態的不穩定性，其量測項目為站立中斷情況(Stance Break) (有或無)、站立中斷延續時間(Latency to Stance Break) (最長 10 秒為限)、受 試者主觀評比(1~10 尺度)。

Hamilton et al.

(1989); Cobb et al.

Mourant et al. (2000);

Duh et al. (2001)

腦電圖(δ 波) Chelen et al. (1993), Cobb et al.(1999);

Kim et al. (2005); 項任務對駕駛績效的影響，例如評估開車使用手機(Briem and Hedman, 1995; Alm

Kim et al. (2005); 項任務對駕駛績效的影響，例如評估開車使用手機(Briem and Hedman, 1995; Alm