《Archives of Psychiatric Nursing》：Effects of a virtual nature-enhanced stationary bike on stress reduction and health promotion
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本研究探讨虚拟现实自然环境增强动感单车训练的健康效果。采用非随机对照试验，40名实验组参与者使用VR头显进行30分钟/周、共12周的动感单车训练，对照组仅进行传统训练。结果显示实验组在轻强度体力活动、积极情绪、压力感知、肌肉量和体脂率方面有显著改善，但基线差异可能影响结果，VR环境可提升运动参与度和心理健康。
洪显江 | 严新燕 | 黄浩云
台湾台北医学大学护理学院老年学与长期照护学院
摘要
虚拟现实技术通过将户外自然环境引入室内，可以为锻炼计划提供更加引人入胜的体验，从而增强锻炼的健康效果。本研究旨在通过比较带有虚拟自然元素的固定自行车锻炼计划与传统的固定自行车锻炼计划，来探讨其健康效果。这项初步研究设计为非随机对照试验，于2021年9月至2022年6月期间进行。参与者为健康成年人，其中40人被分配到实验组，31人被分配到对照组。实验组在骑行固定自行车的同时佩戴头戴式显示器，以体验虚拟自然环境；对照组仅进行固定自行车锻炼。干预措施每周进行一次，每次30分钟，持续12周。实验组的轻度身体活动水平和积极情绪有所改善，在剧烈身体活动、感知压力、肌肉质量和体脂方面也显示出更积极的变化。尽管这些发现表明虚拟现实具有潜在益处，但由于基线组间的差异，仍需谨慎解读。虚拟现实能够将传统固定自行车锻炼转化为更具沉浸感的自然体验，可能对骑行者的心理健康有益。
引言
参与基于户外自然的身体活动（PA）可以提高能量水平、增强乐趣，并提升重复该活动的意愿，同时由于足够的身体活动量还能带来额外的健康益处（Ahler等人，2024年）。自然环境不仅能够提升锻炼体验，还能促进社交互动、休闲和娱乐（严与黄，2024年）。与室内环境中的身体活动相比，户外自然环境可以减少压力、疲劳和抑郁症状，有助于恢复身心健康（Grellier等人，2024年；Nguyen等人，2023年；Yang等人，2022年）。一项关于随机对照试验（RCT）的元分析研究也表明，长期在自然环境（绿色和蓝色空间）中进行身体活动能够提升个体的身体和心理健康生活质量（Yen等人，2021年）。
以往关于户外自然环境中健康促进的研究常常受到气候和地形条件的限制，而高度可控的虚拟现实（VR）技术可以克服这些挑战。VR可以在室内环境中模拟真实世界的元素，让用户与虚拟人物和物体进行互动（Ng等人，2019年）。头戴式显示器（HMD）通过实时追踪头部运动并提供360°视觉反馈来增强沉浸感（Moyle等人，2018年；Yen等人，2024年）。除了视觉刺激外，VR还通过耳机提供听觉刺激，进一步提升沉浸感（Pastor与Bourdin-Kreitz，2024年）。VR的沉浸式特性，结合HMD和音频引导，有助于减少分心，提高专注度和注意力（Xu等人，2024年）。VR将用户带入自然环境中，帮助他们建立与自然的联系（Calogiuri等人，2018年）。
VR是一种创新的健康促进方式，它将身体活动与自然环境相结合（Ng等人，2019年；Pastor与Bourdin-Kreitz，2024年）。与传统方法相比，VR增强型的锻炼方式更具吸引力、互动性和个性化，能够为不同健康状况的人提供安全、多样且有效的健康改善方式（Su等人，2024年）。先前的研究还表明，在锻炼过程中接触VR自然环境可以带来额外的健康益处（R. Song等人，2022年）。与室内环境相比，VR增强型的锻炼能够提升用户的情绪，同时增加锻炼强度和感知到的劳累程度（Yeh等人，2016年）。将自然环境融入VR干预中，对心理和生理健康结果具有积极影响（Xu等人，2024年）。
沉浸式VR自然环境具有与真实自然环境相似的健康促进效果（Calogiuri等人，2018年）。VR自然环境为人们提供了与自然联系的替代休闲方式，还能进一步提升身体、心理和情绪健康（Xu等人，2024年）。然而，目前关于在VR自然环境中骑自行车的健康益处仍存在研究空白。以往的研究通常使用较低程度的沉浸感来模拟真实世界，例如使用照片（Gao等人，2019年；Jung等人，2017年）、2D视频（Hedblom等人，2019年）和流媒体同步视频（Snell等人，2018年）。仅有少数研究使用了360°视频，但没有结合任何身体活动（Palanica等人，2019年；Yu等人，2018年）。
本研究基于压力缓解理论（SRT），该理论认为接触自然环境会触发即时的压力恢复反应，包括降低自主神经系统兴奋性和改善情绪状态（Ulrich等人，1991年）。由于沉浸式VR能够再现自然环境的关键恢复特征，因此虚拟自然环境可能产生类似的减压效果（Gentile等人，2023年）。因此，有理由预期VR自然增强型自行车锻炼计划在积极情绪和感知压力方面会有更大的改善。
本研究的主要目的是探讨虚拟自然增强型固定自行车（VR自行车）锻炼计划的健康效果。在这项初步研究中，我们比较了带有和没有VR自然元素的相同固定自行车锻炼计划。健康指标包括身体活动、积极和消极情绪、感知压力、身体成分以及心率变异性（HRV）。研究假设如下：
①VR自行车组的参与者会表现出显著的健康改善。
②传统固定自行车组的参与者不会出现显著的健康改善。
③VR自然增强型与传统固定自行车组在健康结果上存在显著的组间差异及组间时间交互作用。
研究设计
这项初步研究设计为双臂非随机对照试验。参与者来自台北市附近的一个社区。研究时间为2021年9月至2022年6月。参与者需要在干预前和干预后各完成一次测量。所有参与者在干预前需签署知情同意书。
样本量估计与合理性
参与者年龄在20至50岁之间。排除标准包括...
结果
参与者的背景特征以及干预前后的得分详见表1。VR组与对照组在性别（p = 0.022）和年龄（p < 0.001）方面存在显著差异。在基线时，剧烈身体活动这一指标上两组之间存在显著差异（p = 0.006），效应量较大（d = 5.659）。其他指标如自我评估的身体活动、情绪、感知压力、身体成分和HRV方面没有显著差异。
讨论
这项初步研究比较了带有VR自然元素与不带VR自然元素的自行车锻炼计划的健康效果。参与12周VR自然增强型自行车锻炼的参与者在轻度身体活动和积极情绪方面有所改善。与传统计划相比，VR自行车计划在感知压力、肌肉质量和体脂方面显示出更积极的变化。虽然观察到显著的组间差异，但在剧烈身体活动方面未发现显著差异。
结论
这项初步研究表明，将虚拟自然元素融入传统固定自行车锻炼计划可能对骑行者具有潜在的健康益处。VR组在12周干预后，在身体活动、积极情绪和身体成分方面表现出更积极的变化，但无法确定因果关系。VR增强型自行车锻炼可能有助于克服传统锻炼的单调性，从而维持人们的锻炼积极性。
作者贡献声明
洪显江：撰写 – 审稿与编辑。严新燕：撰写 – 初稿撰写、监督、项目管理、方法论设计、资金申请、概念构思。黄浩云：撰写 – 审稿与编辑。
伦理批准
本研究获得了台湾医学大学联合机构审查委员会的批准（N202002054）。
资助
本研究得到了台湾科技部的支持（项目编号：MOST 109–2314-B-038-077-MY3）。
