《Advanced Science》：A Wearable Brain–Computer Interface for Mitigating Car Sickness via Attention Shifting
编辑推荐：
这篇综述介绍了一种创新的、基于正念（mindfulness）脑机接口（BCI）的可穿戴式非药物干预方法，用于缓解晕车。该研究通过人工智能（AI）驱动的闭环系统，利用卷积神经网络（CNN）实时分析脑电图（EEG），评估用户的专注状态并提供视听神经反馈，从而持续将用户注意力从生理不适转向正念练习。在两项涉及超过100名晕车易感人群的真实世界驾车实验中，该方法有效降低了晕动病强度评分（MISC），并揭示出与晕车相关的神经生物学特征——前额叶Beta相对功率。这项研究为改善晕车患者的出行体验提供了一种有前景的新策略。
引言
晕车是运动病的一种典型形式，在人群中普遍存在，近5年全球约46%的人口经历过晕车。目前的药物治疗（如茶苯海明、东莨菪碱等）疗效有限且伴有副作用。非药物干预方法包括基于线索、注意力转移和生物反馈等。其中，注意力转移方法因其简单易用而备受关注，但在动态车辆环境中维持持续注意力具有挑战性。为此，本研究提出了一种基于正念脑机接口（BCI）的新型注意力转移方法，旨在真实场景中缓解晕车。
该系统包含三个核心组件：用于采集脑电图（EEG）信号的头带、用于数据分析的计算终端（如手机、平板电脑或笔记本电脑），以及提供动态视听反馈的图形界面。用户佩戴头带进行正念练习（如专注于呼吸），系统通过一个卷积神经网络（CNN）模型实时分析其前额叶EEG信号，评估其正念状态并生成“正念分数”。该分数随后被用于调整互动式视听场景的内容，为用户提供实时反馈，帮助其将注意力从生理不适持续转向正念冥想，从而潜在地减轻晕车背后的感觉冲突。该系统概述可参考示意图：
结果
基于BCI的注意力转移在短程和长途驾驶中均能缓解晕车
研究进行了两项前瞻性实验。实验1涉及106名晕车易感参与者，进行了两次会话，每次包含两段连续的20分钟短途城市道路驾驶（一段使用BCI正念冥想，即“正念状态”；另一段不使用，即“对照状态”）。结果显示，83.96%（89/106）的参与者认为基于BCI的注意力转移在短途驾驶中有效缓解了晕车。在晕动病强度评分（MISC）方面，正念状态下的MISC评分显著低于对照状态。对实验1中行为结果的评估与MISC评分分析可参考下图：
实验2在101名参与者中进行，包含两段120分钟的长途驾驶（正念状态 vs. 对照状态）。结果显示，89.11%（90/101）的参与者认为该方法在长途驾驶中有效。MISC评分分析表明，从第10分钟开始直至驾驶结束，正念状态下的MISC评分始终显著低于对照状态，且评分随时间上升的趋势得到显著缓解。
基于BCI的注意力转移对严重晕车个体更有效
研究发现，在对照状态下晕车症状越严重的个体，从BCI干预中获益越大。在短途和长途驾驶中，将出现明确症状（对照状态平均MISC评分≥2）的参与者分组后，症状更严重组（平均MISC评分≥4）中有100%的参与者报告症状缓解，且MISC评分平均降幅更大。该方法对经历严重恶心（最高MISC评分≥7）的参与者尤为有益，在短途和长途驾驶中均显著降低了其最高MISC评分和平均MISC评分。
晕车的EEG特征：前额叶Beta相对功率
通过分析真实世界驾驶中收集的EEG数据，研究发现前额叶Beta功率相对于基线的比值（即前额叶Beta相对功率）与相对于基线的MISC评分变化呈负相关。这一相关性在短途和长途驾驶实验的对照状态与正念状态下均得到证实，表明前额叶Beta相对功率是真实世界场景中晕车的一个EEG特征。前额叶Beta相对功率与晕车严重程度的相关性分析结果可参考下图：
基于BCI的注意力转移调节晕车的EEG特征
EEG数据分析进一步验证了BCI干预的效果。在短途驾驶中，正念状态下的前额叶Beta相对功率显著高于对照状态。在长途驾驶中，平均前额叶Beta相对功率在正念状态下也显著更高。此外，正念状态与对照状态之间前额叶Beta相对功率的差异，与MISC相对评分的差异呈负相关。这些结果为BCI干预在减轻晕车症状方面的效能提供了神经生理学证据。BCI注意力转移对前额叶Beta相对功率的调节作用可参考下图：
基于BCI的注意力转移促进注意力投入
通过检查系统生成的“正念分数”和EEG中与注意力相关的标志物——Theta/Alpha功率比，评估了参与者在BCI正念冥想中的投入度。参与者在整个冥想过程中保持了较高的正念分数。EEG分析显示，在短途和长途驾驶中，正念状态下的Theta/Alpha功率比均显著低于对照状态，该比值的降低表明注意力集中度提高，这为参与者在BCI辅助下积极投入正念冥想提供了强有力的神经生理学证据。
干预路径的中介分析
为定量检验干预的机制路径，进行了受试者内中介分析。结果显示，实验状态（正念 vs. 对照）通过前额叶Beta相对功率对MISC评分变化产生显著的间接效应。在短途和长途驾驶中，标准化间接效应值分别为-0.152和-0.133，表明症状减轻的相当一部分是由前额叶Beta活动的增加所介导的。相比之下，Theta/Alpha功率比未显示出显著的中介作用。
安慰剂实验验证了闭环反馈的必要性
为分离闭环神经反馈的特异性贡献，研究进行了独立的安慰剂对照实验。参与者使用一个假BCI系统，该系统提供与其实脑活动脱钩的假视听反馈。结果显示，76.74%的参与者认为该假系统未能缓解甚至加剧了晕车症状。MISC评分分析未发现安慰剂状态与对照状态之间存在显著差异。最关键的是，组间比较分析显示，实验1中正念状态下的平均MISC评分显著低于安慰剂实验中安慰剂状态下的平均MISC评分。这表明观察到的益处特异性地归因于闭环神经反馈机制，而非安慰剂效应或一般的任务投入。
讨论
本研究提出了一种基于可穿戴正念BCI的新型注意力转移方法，用于有效缓解晕车。该方法在超过100名晕车易感人群的真实驾驶场景中得到了验证，能显著减轻症状，尤其对严重晕车个体效果更佳。研究还发现前额叶Beta相对功率是晕车的一个神经生物学特征，并且BCI干预能调节这一特征。
结合感觉冲突理论，该干预的机制可能在于：在动态驾驶环境中，多种感觉输入之间的冲突使大脑陷入外源性驱动模式，导致前额叶Beta活动降低和晕车症状。正念冥想是一种典型的内源性驱动任务。当用户通过BCI成功将注意力持续转向正念冥想时，增强了对大脑的内源性调控，从而增加了前额叶Beta相对功率，缓解了感觉冲突，减轻了晕车症状。中介分析结果也支持了这一路径。
该研究在方法学上有所推进，首次在真实世界、大样本、长时程驾驶中验证了非药物BCI干预对晕车的效果。所使用的BCI系统具有可穿戴、便携、成本效益高、无需长时间训练等特点，有潜力为全球数百万晕车患者提供即时、可及的解决方案。
研究局限与未来方向
研究也存在一些局限性，包括：使用单通道前额叶EEG，可能无法完全排除肌电伪影；缺乏内嵌的主动控制组，难以完全分离正念特异性效应与一般注意力投入效应；安慰剂实验中未评估参与者是否意识到反馈的虚假性；样本相对同质（年轻成人）；未系统控制时间、个人场景偏好等潜在混杂变量。未来研究可考虑采用2（任务：正念 vs. 主动控制） × 2（反馈：闭环 vs. 假）因子设计，使用更先进的假对照范式（如yoked-control），在更广泛的人群（如儿童、老年人）中验证，并评估EEG生物标志物的重测信度。此外，探索该系统的长期疗效及其对其他形式运动病的适用性也是重要的研究方向。
结论
总之，本研究提出并验证了一种基于正念BCI的新型注意力转移方法，用于缓解晕车。严格的真实世界驾驶测试证明其能有效减轻晕车症状。研究还揭示了与晕车相关的前额叶Beta相对功率这一神经生物学特征，为BCI干预的有效性提供了机制性见解。据我们所知，这是首个在真实世界场景中，对超过100名参与者验证可穿戴、非药物BCI干预晕车效果的研究，代表了BCI技术一项重要的实际应用进展。
