DOI: https://doi.org/10.1007/s10055-026-01390-7
تاريخ النشر: 2026-05-13
المؤلف: Guilherme H. Elçadi وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات وتأثيرات الواقع الافتراضي
نظرة عامة
تدرس الدراسة مرض محاكاة الدوار (SS) في بيئات الواقع الافتراضي (VR)، مع التركيز على قيود استبيان مرض محاكاة الدوار (SSQ) في التقاط تقدم الأعراض. لمعالجة ذلك، استخدم الباحثون تقنيات قياس تباين معدل ضربات القلب (HRV) وقياسات تتبع العين جنبًا إلى جنب مع مقياس بصري متدرج (VAS) لتقييم أعراض SS في الوقت الحقيقي. عانى ثلاثون مشاركًا من ما يصل إلى خمس جولات على أفعوانية افتراضية، حيث تم جمع بيانات تخطيط القلب (ECG) وبيانات تتبع العين بشكل مستمر. أشارت النتائج إلى وجود ارتباط إيجابي قوي بين تقييمات VAS ودرجات SSQ الإجمالية بعد التعرض (r = 0.78، p < .001). ومن الجدير بالذكر أن نسبة التردد المنخفض/التردد العالي (LF/HF) من HRV وتماسك البؤبؤ من تتبع العين ظهرت كمتنبئين مهمين لتقييمات VAS، مما يشير إلى أساس فسيولوجي لـ SS يمكن أن يُعلم استراتيجيات تكيفية لتخفيف الأعراض في البيئات الغامرة. في الختام، تؤكد النتائج على إمكانية استخدام VAS جنبًا إلى جنب مع علامات فسيولوجية مثل نسبة LF/HF وتماسك البؤبؤ لتقييم SS بشكل ديناميكي. تقدم هذه الطريقة فهمًا أكثر دقة للآليات الفسيولوجية الكامنة وراء SS وتقدم بديلاً واعدًا لطرق التقييم التقليدية مثل SSQ. تسلط نتائج الدراسة الضوء على فعالية دمج القياسات الذاتية والموضوعية لتعزيز تصميم الأنظمة التكيفية التي تهدف إلى تقليل SS في بيئات VR.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث ظاهرة مرض محاكاة الدوار (SS)، وهي عقبة كبيرة أمام اعتماد الواقع الافتراضي (VR) والتقنيات الغامرة. يظهر SS من خلال أعراض مثل الدوار، والغثيان، وعدم الراحة البصرية، الناتجة عن الصراعات بين المدخلات البصرية، والدهليزية، والحساسية. تعيق هذه الصراعات قدرة الدماغ على معالجة الحركة والاتجاه، مما يؤدي إلى عدم الراحة. تسلط الدراسة الضوء على أهمية فهم SS، خاصة مع توسع استخدام سماعات الرأس ثلاثية الأبعاد عبر مجالات مختلفة، بما في ذلك التدريب والعلاج.
تستعرض الورقة النظريات الموجودة حول آليات SS، ولا سيما نظرية الصراع الحسي، التي تقترح أن التناقضات بين الإشارات البصرية والدهليزية تسبب عدم الراحة، ونظرية حركة العين، التي تربط SS بضغط عضلي للعين. تنتقد المقدمة أيضًا استبيان مرض محاكاة الدوار (SSQ) المستخدم بشكل شائع لقيوده في التقاط التغيرات السريعة في الأعراض، داعيةً إلى استخدام مقياس بصري متدرج (VAS) كأداة أكثر فعالية لمراقبة الأعراض في الوقت الحقيقي. علاوة على ذلك، تهدف الدراسة إلى استكشاف تباين معدل ضربات القلب (HRV) وقياسات تتبع العين كمؤشرات فسيولوجية لـ SS، مقترحةً أن هذه القياسات يمكن أن توفر رؤى حول بداية وشدة الأعراض بالتزامن مع تقييمات عدم الراحة الذاتية. تسعى هذه الطريقة إلى تعزيز فهم ديناميات SS خلال التجارب الغامرة.
الطرق
في هذه الدراسة، خضع المشاركون لسلسلة من الإجراءات التحضيرية قبل الانخراط في محاكاة أفعوانية واقع افتراضي (VR) مصممة لتحفيز مرض محاكاة الدوار (SS). شملت التقييمات الأولية فحوصات سريرية لقياس ضغط الدم ومستويات الأكسجين في الشرايين، تلتها وضع أقطاب تخطيط القلب (ECG). ثم أكمل المشاركون استبيان مرض محاكاة الدوار (SSQ) قبل ارتداء سماعة رأس ثلاثية الأبعاد مخصصة (XR HMD Varjo XR-4) ومعايرة نظام تتبع العين. تم اختيار محاكاة الأفعوانية، “Appalachian Escapade”، بناءً على النتائج السابقة التي تشير إلى أن المحاكاة الواقعية تعزز من احتمالية تحفيز SS (Davis et al., 2015).
تكون البروتوكول التجريبي من جزء أساسي تلاه ما يصل إلى خمس جولات على الأفعوانية، كل منها تستمر حوالي 2.53 دقيقة، مع توقفات قصيرة ليقوم المشاركون بتقييم عدم راحتهم باستخدام مقياس بصري متدرج (VAS) يتراوح من 0 (عدم الراحة) إلى 10 (عدم الراحة الشديدة). تم تسجيل بيانات ECG وبيانات تتبع العين بشكل مستمر طوال التجربة. كان لدى المشاركين الحرية في الانسحاب من الدراسة في أي وقت، وكان الباحث مستعدًا لإيقاف الجلسة إذا تم ملاحظة أي علامات على الغثيان. بعد الجولة الأخيرة، استراح المشاركون لمدة حوالي ثلاث دقائق قبل إكمال SSQ للمرة الثانية، مما يسمح بإجراء تحليل مقارن لمستويات عدم راحتهم قبل وبعد تجربة VR.
النتائج
أظهرت نتائج الدراسة أن جولات الأفعوانية المحاكية تحفز بشكل كبير مرض محاكاة الدوار (SS) لدى المشاركين، كما يتضح من اختبار t المزدوج الذي يظهر زيادة كبيرة في درجات استبيان مرض محاكاة الدوار (SSQ) من ما قبل التعرض (M = 8.98، SD = 10.83) إلى ما بعد التعرض (M = 65.2، SD = 42.53)، مع قيمة t تساوي 6.9 (p < .001). كانت هذه الزيادة الكبيرة متسقة عبر جميع ثلاث مقاييس فرعية لـ SSQ (جميع p < .001). بالإضافة إلى ذلك، وُجد ارتباط إيجابي قوي بين تقييمات المقياس البصري المتدرج (VAS) ودرجات SSQ بعد التعرض (r(27) = .79، p < .001)، مما يشير إلى أن تقييمات VAS تلتقط SS بشكل فعال بطريقة مقارنة مع SSQ. أظهر تحليل إضافي باستخدام ANOVA بين الموضوعات تأثيرًا رئيسيًا كبيرًا لجزء الجولة على تقييمات VAS (F Welch(5, 49.33) = 29.98، p < .001)، مع إظهار جميع أجزاء الجولة اختلافات ذات دلالة إحصائية عن الأساس (جميع p < .05). لاستكشاف المتنبئين لتقييمات VAS، تم استخدام نماذج مختلطة خطية منفصلة لتباين معدل ضربات القلب (HRV) وقياسات تتبع العين. ظهرت نسبة LF/HF من HRV وتماسك البؤبؤ من تتبع العين كمتنبئين مهمين لتقييمات VAS (χ²(1) = 4.98، p = .026 وχ²(1) = 4.10، p = .043، على التوالي). أكدت نموذج مشترك أهمية كلا المقياسين، بينما أشار نموذج مختلط خطي إلى عدم وجود اختلافات منهجية في تقييمات VAS المتعلقة بتوافر نسبة LF/HF عبر الأجزاء (χ²(1) = 0.32، p = .57).
المناقشة
تحققت الدراسة في العلاقة بين تباين معدل ضربات القلب (HRV)، وقياسات تتبع العين، ومرض محاكاة الدوار (SS) باستخدام مقياس بصري متدرج (VAS) لتقييم شدة الأعراض لدى 30 مشاركًا صحيًا. أشارت النتائج إلى أن تقييمات VAS كانت مرتبطة ارتباطًا قويًا بدرجات استبيان مرض محاكاة الدوار (SSQ) بعد التعرض، مما يثبت أن VAS أداة حساسة لالتقاط التغيرات الديناميكية في SS. على وجه الخصوص، كانت نسبة LF/HF من بيانات HRV مرتبطة إيجابيًا بتقييمات VAS خلال محاكاة الأفعوانية، مما يشير إلى أن التعديل الذاتي الحاد ذو صلة بتحديد SS. بالإضافة إلى ذلك، ظهر تماسك البؤبؤ كمتنبئ مهم لتقييمات VAS، مما يبرز إمكانيته كعلامة على عدم الراحة الناتجة عن المحاكاة.
كما أكدت الدراسة على مزايا استخدام VAS على SSQ لأبحاث ذات دقة زمنية عالية، حيث اكتشفت بشكل فعال تغيرات عدم الراحة على أساس جولة بجولة. بينما يعد SSQ مفيدًا للتقييمات قبل وبعد التعرض، قد يغفل عن التغيرات العابرة في الأعراض. تضمنت القيود بيانات غير مكتملة لبعض المشاركين وتأثير الضوضاء القياسية المحتمل على تماسك البؤبؤ. بشكل عام، تدعم النتائج استجابة متعددة الأنظمة لـ SS، مما يدمج بيانات ذاتية وبيانات حركية للعين مع التقارير الذاتية، مما قد يُعلم التدخلات لتخفيف SS في البيئات الافتراضية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10055-026-01390-7
Publication Date: 2026-05-13
Author(s): Guilherme H. Elçadi et al.
Primary Topic: Virtual Reality Applications and Impacts
Overview
The study investigates simulator sickness (SS) in virtual reality (VR) environments, focusing on the limitations of the Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) in capturing symptom progression. To address this, the researchers employed heart rate variability (HRV) and eye-tracking metrics alongside a Visual Analogue Scale (VAS) to assess SS symptoms in real-time. Thirty participants experienced up to five virtual roller coaster rides, during which electrocardiography (ECG) and eye-tracking data were collected continuously. The results indicated a strong positive correlation between VAS ratings and post-exposure SSQ total scores (r = 0.78, p < .001). Notably, the low-frequency/high-frequency (LF/HF) ratio from HRV and pupil coherence from eye-tracking emerged as significant predictors of VAS ratings, suggesting a physiological basis for SS that could inform adaptive strategies to mitigate symptoms in immersive environments. In conclusion, the findings underscore the potential of using VAS in conjunction with physiological markers like LF/HF ratio and pupil coherence to dynamically assess SS. This approach offers a more nuanced understanding of the physiological mechanisms underlying SS and presents a promising alternative to traditional assessment methods like the SSQ. The study's results highlight the effectiveness of integrating subjective and objective measures to enhance the design of adaptive systems aimed at reducing SS in VR settings.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the phenomenon of simulator sickness (SS), a significant barrier to the adoption of virtual reality (VR) and immersive technologies. SS manifests through symptoms such as dizziness, nausea, and visual discomfort, resulting from conflicts among visual, vestibular, and proprioceptive inputs. These conflicts hinder the brain’s ability to process motion and orientation, leading to discomfort. The study highlights the importance of understanding SS, particularly as the use of 3D headsets expands across various fields, including training and therapy.
The paper reviews existing theories on the mechanisms of SS, notably sensory conflict theory, which suggests that discrepancies between visual and vestibular signals cause discomfort, and eye movement theory, which links SS to oculomotor strain. The introduction also critiques the commonly used Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) for its limitations in capturing rapid symptom changes, advocating for the Visual Analogue Scale (VAS) as a more effective tool for real-time symptom monitoring. Furthermore, the study aims to explore heart rate variability (HRV) and eye-tracking metrics as physiological indicators of SS, positing that these measures can provide insights into the onset and intensity of symptoms in conjunction with subjective discomfort ratings. This approach seeks to enhance the understanding of SS dynamics during immersive experiences.
Methods
In this study, subjects underwent a series of preparatory procedures prior to engaging in a virtual reality (VR) roller coaster simulation designed to induce simulator sickness (SS). Initial assessments included clinical examinations to measure blood pressure and arterial oxygen levels, followed by the placement of ECG electrodes. The participants then completed the Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) before donning a customized 3D headset (XR HMD Varjo XR-4) and calibrating the eye-tracking system. The roller coaster simulation, “Appalachian Escapade,” was selected based on previous findings indicating that realistic simulations enhance the likelihood of inducing SS (Davis et al., 2015).
The experimental protocol consisted of a baseline segment followed by up to five roller coaster rides, each lasting approximately 2.53 minutes, with brief pauses for participants to rate their discomfort using a Visual Analog Scale (VAS) ranging from 0 (no discomfort) to 10 (extreme discomfort). Continuous ECG and eye-tracking data were recorded throughout the experiment. Participants had the autonomy to withdraw from the study at any time, and the experimenter was prepared to halt the session if any signs of nausea were observed. After the final ride, subjects rested for about three minutes before completing the SSQ for a second time, allowing for a comparative analysis of their discomfort levels before and after the VR experience.
Results
The results of the study demonstrated that roller coaster simulator rides significantly induced simulator sickness (SS) in participants, as evidenced by a paired t-test showing a substantial increase in total Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) scores from pre-exposure (M = 8.98, SD = 10.83) to post-exposure (M = 65.2, SD = 42.53), with a t-value of 6.9 (p < .001). This significant increase was consistent across all three SSQ subscales (all p < .001). Additionally, a strong positive correlation was found between Visual Analog Scale (VAS) ratings and post-exposure SSQ scores (r(27) = .79, p < .001), indicating that VAS ratings effectively capture SS in a manner comparable to the SSQ. Further analysis using a between-subjects ANOVA revealed a significant main effect of ride segment on VAS ratings (F Welch(5, 49.33) = 29.98, p < .001), with all ride segments showing statistically significant differences from the baseline (all p < .05). To explore predictors of VAS ratings, separate linear mixed-effects models were employed for heart rate variability (HRV) and eye-tracking metrics. The LF/HF ratio from HRV and pupil coherence from eye-tracking emerged as significant predictors of VAS ratings (χ²(1) = 4.98, p = .026 and χ²(1) = 4.10, p = .043, respectively). A combined model confirmed the significance of both metrics, while a linear mixed model indicated no systematic differences in VAS ratings related to the availability of the LF/HF ratio across segments (χ²(1) = 0.32, p = .57).
Discussion
The study investigated the relationship between heart rate variability (HRV), eye-tracking metrics, and simulator sickness (SS) using a Visual Analogue Scale (VAS) to assess symptom intensity in 30 healthy participants. The findings indicated that VAS ratings were strongly correlated with post-exposure Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) scores, validating the VAS as a sensitive tool for capturing dynamic changes in SS. Specifically, the LF/HF ratio from HRV data was positively correlated with VAS ratings during roller coaster simulations, suggesting that acute autonomic modulation is relevant for identifying SS. Additionally, pupil coherence emerged as a significant predictor of VAS ratings, highlighting its potential as a marker for simulator-induced discomfort.
The study also emphasized the advantages of using VAS over SSQ for high-temporal-resolution research, as it effectively detected discomfort changes on a ride-by-ride basis. While the SSQ is useful for pre- and post-exposure assessments, it may overlook transient symptom variations. Limitations included incomplete data for some participants and the potential influence of measurement noise on pupil coherence. Overall, the results support a multi-system response to SS, integrating autonomic and oculomotor data with subjective reports, which could inform interventions to mitigate SS in virtual environments.