剖析晕动症

时间:2021-02-09

卢梦

晕动症由来已久

在交通工具出现之前,人类旅行的方式只有徒步一种。幸运的是,从大约公元前4000年起,人类开始使用驴、马和骆驼等动物作为交通工具。公元前3500年,伊拉克人发明了轮子,人类开始借助木板车来运输。最早的水路运输使用的是独木舟式的结构,直到公元前3100年埃及人发明帆船,人类才开始在海上航行。航海是推动人类历史发展的重要契机,它让贸易规模从洲内陆地扩张到洲际间,随之便诞生了水手这一职业。

“无人驾驶”车辆的“驾驶员”可在车辆行进过程中做别的事,如看书。而这会进一步增加晕动症发作风险。

中国古代轿子。

然而,并不是每个人都适合做水手,因为即便在今天,仍有许多人可能患上所谓的“海上瘟疫”—晕船。晕船是晕动症的一种体现。晕动症是指在旅行中由运动所引起的一组综合症状,如头晕、呕吐等。与晕船同属晕动症的还有晕车、晕机等。人类乘坐任何交通工具都可能引发晕动症,很多人在童年时都经历过晕车,甚至成年后乘坐过山车时也会感到恶心,甚至呕吐。未来,当无人驾驶、空间旅行或“虚拟现实(VR)”技术真正进入我们的生活,晕动症发作可能会更加普遍。

科学家认为,晕动症与我们身体和头部的运动有关,但为什么会导致恶心或呕吐却一直是个谜。如今,来自大脑成像和遗传学的证据正帮助科学家揭开谜底。实际上.引发晕动症的原因很多,包括基因、性别和饮食等,甚至连脚掌的大小都可能是潜在的因素。

“恶心”一词源自希腊语中的“船”。晕船对人类历史有很大影响,不论发生在我国古代的赤壁之战,还是1588年英国人打败西班牙舰队,船上的士兵都遭受过晕船折磨。据记载,古代中国人在乘坐轿子和马车时也会感到恶心想吐。对此,当時人们的应对方法包括禁食、喝童子尿,以及把灶台里的灰烬藏在头发里等,现在看来不免可笑。

推测一:前庭系统是关键

如今,诱发晕动症的情境越来越多,没有人能对晕动症完全免疫。人类也不是唯一受晕动症困扰的物种,猫、狗甚至各种鸟类和鱼类都无法逃脱晕动症的折磨。事实上,只有那些不具备前庭系统的动物才能幸免。因此,科学家推测晕动症与前庭系统有关。

前庭系统位于耳道内,其作用是监测头部的直线和角加速度运动信息。前庭系统是脊椎动物特有的感觉器官,是一个由3个半圆形管道(半规管)构成的精细、复杂结构,半规管道间彼此呈90°角连接(类似于XYZ坐标轴,每个半规管道分别对应XY、YZ和XZ面),且每个管道内都充满内淋巴液。当头部移动时,半规管内的淋巴液随之晃动,并拨动耳道内壁上的纤维,纤维的受力大小和受力反方向分别代表头部移动的速度和方向。前庭系统把纤维检测到的运动信息主要传递至两个区域:负责运动和平衡功能的小脑,以及与身体其他部分(包括触发恶心和呕吐反应的区域)相关的脑干。此外,前庭系统也把运动信息传递至眼部,以避免视觉在头部运动时变得模糊。

前庭系统和半规管的示意图。

在研究晕动症的早期,科学家曾认为,晕动症的诱因是前庭系统受到过度刺激。然而,如果真是这样,为什么人们在跳舞时不会感到恶心,水手在上岸后短期内却仍会感到恶心?为什么汽车上的乘客比驾驶员更容易感到恶心?为了解释这些“无法解释”的现象,科学家很快提出了第二种观点:引发晕动症的原因,是不同感受器接收到的信息之间发生冲突。例如,人在车上阅读时,其头部和书是相对静止的(从书本相对静止的视觉信息来判断,人自身应为静止状态),但实际上人体在随着车运动(从前庭系统的感受来判断,人自身应处在运动状态)。如此一来,两种不同步信息的冲突让大脑无法判断身体到底是静止的还是运动的,于是引发晕动症。

此外,一名科学家在测量了人在船上时为保持平衡而做出的微小动作后认为,晕动症是因为人无法控制自身姿势而引起的。对此,该科学家建议:在船上站立时应加宽两脚间距,以使身体更加稳定、平衡,从而减轻晕动症引起的恶心。

推测二:感觉与预期的偏差

这种由感觉信息冲突导致晕动症发作的观点同样存在问题。例如,当新、老水手站在同一块甲板上时,船只的晃动理应带给他们相同的运动感觉,但他们对此感到恶心的程度却不同。因此,美国神经科学家阿曼对晕动症的诱因提出了一种新观点:晕动症不是由感觉信息冲突导致的,而是由于感觉信息与大脑预期的偏差导致的。当人体运动时,大脑会把实际的感觉输入从预期的神经活动模式中去掉,剩下的就是“感觉一运动冲突信号”。该信号通常很微弱,但在突然遇到障碍物或原本的运动状态被打断时会激增,触发大脑运动系统做出修正反应,以使身体恢复平衡。待身体平衡后,该信号逐渐变弱甚至彻底消失。然而,如果“感觉一运动冲突信号”长时间处于激增状态,那么接下来就会引发晕动症。

这种观点能解释为什么在船上人们会感到恶心而在跳舞时就不会,因为跳舞时的身体动作系主动发生,在人的预期内,而船身的摇晃给身体带来的被迫运动无规律,不在人的预期内。这也是远航归来上岸的水手在短时间内仍会犯恶心的原因——他们对自己身体运动的预期已经与船身的摇晃同步,回到平稳的岸上后反而适应不了静止的地面。同样,汽车的移动由驾驶员控制,因此驾驶员身体的运动和汽车的移动几乎同步。在驾驶员预期内,所以驾驶员通常很少感到恶心,反而乘客因无法预测汽车(也就是乘客自身)的运动,导致“感觉一运动冲突信号”激增而感到恶心。然而,这—观点目前还缺乏脑科学证据支持。

猴子实验证实推测二

对于晕动症的诱因,科学家们莫衷一是。直到美国神经科学家卡伦通过实验在猴子脑中检测到了“感觉一运动冲突信号”电活动,阿曼的观点才被越来越多的人认可。在實验中,卡伦训练猴子走完一条特定的路线以得到食物奖励,但偶尔会在行进中的猴子脑袋上突然施加一种力来打断猴子头部本来的运动。这就导致猴子对自己头部随身体运动的预期与实际上的运动产生偏差,此时卡伦检测到猴子小脑中一些神经的电活动激增。

作为对照,卡伦在猴子走动途中低于猴子身高处放置了一个障碍物。在避开障碍物时,猴子的脑袋虽然也偏离了原本的运动轨道,但小脑中却没有激增的电活动发生。这表明,猴子在识别出障碍物的一瞬间,根据视觉信息并结合以往经验,其小脑只用了不到1毫秒就重新计算出新的内部预期模型,从而把原本预期外的障碍物转变为已识别、预期内会出现的物体。这证明,当动物适应了新的运动模式后,其内部预期模型随之更新,由此可避免“感觉一运动冲突信号”激增。

卡伦的研究结果让阿曼更加相信,激增的“感觉一运动冲突信号”就是晕动症的诱因。但他不得不承认,目前并无证据表明,在卡伦研究中发生电活动激增的神经元,就是把前庭系统信号经小脑传递给脑干中与恶心相关区域的神经元。

虽然阿曼的观点加深了我们对晕动症诱因的理解,但仍有一些问题没有得到解答。例如:女性水手是否比男性水手发作晕动症的概率更高?为什么孕妇在使用VR设备时的晕动症症状比一般人的更严重?

晕动症发作 男女有别

男性和女性晕动症发作的风险和严重程度的确不同。这涉及一个根本问题:晕动症存在的进化意义是什么?通常情况下,呕吐最直观的作用是把有毒物质排出体外,但为什么呕吐也是对运动的一种负反馈(严重影响人的行为能力)?

根据进化论,如果晕动症对人类生存毫无益处,自然选择就应将其淘汰。科学家对此的解释是,身体失去平衡是人中毒的典型表现之一,而当前庭系统检测到身体失去平衡时,大脑会默认这由中毒引起,于是触发呕吐反应以排出有毒物质。然而,由于大脑“一股脑儿”地把所有身体失衡的情况都归咎于中毒,因此不论接收到的是“感觉一运动冲突信号”还是中毒信号,人都会感到恶心,想要呕吐。这就是孕妇比普通人更容易发作晕动症的原因:为了避免胎儿吸收母体中的有毒物质而中毒,孕妇的晕动症发作阈值被下调,因此孕妇易恶心、易吐,以便尽可能保障体内无有毒物质存在,尽可能为胎儿创造安全无毒的生长环境。

另一些科学家认为,女性比男性更易发作晕动症的原因是男女身体质量分布上的差别。与身高相同的男性相比,女性重心靠下,体重集中在臀部,且脚掌较小,因此女性身体的平衡性不如男性。在“感觉一运动冲突信号”激增时更难保持身体平衡。

此外,晕动症似乎和基因也有一定关系。2015年,一项在8万人中就晕动症展开的首次全基因组研究表明,人体中有35段DNA上的基因与晕动症有关,其中包括与眼、耳发育和与血糖调控相关的基因等。而携带这些特殊基因的人中,女性晕动症发作的概率是男性的3倍。与普通人相比,晕动症易发者体内的胰岛素水平通常也较低。胰岛素不足可导致血糖水平不稳定,缺乏胰岛素的人在大量进食或贪食甜食后血糖骤升,导致头晕、乏力,从而引发晕动症。因此科学家建议:晕动症易发者可通过多吃蔬菜、水果和全谷类食品来减少血糖波动,从而减少晕动症发作。

如何缓解晕动症?

药物目前,效果最好的晕动症药物是东莨菪碱(抗胆碱药)。抗胆碱药通过阻断前庭系统至脑干中恶心控制区域通路上的神经递质,来阻止由晕动症引起的恶心。但抗胆碱药有一些副作用,比如引起眼干、困倦、头痛、心悸和尿潴留。抗组胺药对缓解晕动症也有效,其作用机制与抗胆碱药的类似,但也有副作用。

行为措施乘车或乘船时,眼望窗外的地平线,可帮助视觉信息和运动信息保持同步。尽量保持头部和身体静止,以降低由意外的外力带来的影响。乘飞机时,尽量保持头部与座椅靠背相对不动,也可缓解晕动症。另外,适应性训练可起到一定作用,就像水手最终可克服晕动症一样。在乘坐交通工具前事先体验一下可能将会经历的身体运动,也能降低晕动症发作概率。

安慰剂一些人相信在手腕上佩戴一条压力带能帮他们克服晕动症。虽然科学家认为目前没有证据表明佩戴压力带能缓解晕动症,但“安慰剂效应”已被证明可缓解晕动症症状。因此,如果有人坚信某种方法能帮他们克服晕动症,那就让他们去做吧。

生姜研究表明,生姜可缓解孕期和化疗期犯恶心的情况。虽然生姜对晕动症引起的恶心是否有效还没有定论,但生姜的确可激活迷走神经。目前已证实刺激迷走神经可以减少晕动症发作。此外,缓慢地深呼吸也能刺激迷走神经,从而减少晕动症发作。

有“性别歧视”的VR设备

随着人们越来越多地在商务会议和视频游戏中使用VR头戴设备,未来人们的晕动症发作也将越来越普遍。VR设备导致晕动症发作的一部分原因是设备上的两片镜片间距过宽,无法适配5%的男性用户和90%的女性用户,导致佩戴该设备时视觉受到影响,从而增加晕动症发作的风险。

由于VR设备对几乎所有女性用户都不友好,但仅给5%的男,性用户带来困扰,因此它被视为带有“性别歧视”的设备。不仅如此,VR设备导致女性用户恶心的严重程度比男性用户的高3倍。

事实上,这种“歧视”在理论上是可以改善的。例如,可以降低游戏画面的对比度,但这也意味着游戏品质会下降。另一种构想是,当用户晕动症发作而感到恶心时,其头部运动幅度加大,如果VR设备在检测到用户这一行为时立即使游戏自动暂停,那么有很大概率可避免用户晕动症继续发作。VR设备如何兼顾游戏的品质和用户使用舒适度?这个问题还需要游戏工程师和视觉科学家共同探讨。

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