《Frontiers in Psychology》：Effects of constant and incremental modes of music volume and odor concentration on vigilance
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引言：警觉性在安全关键领域至关重要，然而由于感官适应，持续注意力往往随时间推移而下降。本研究旨在探究音乐音量和气味浓度的动态递增调整是否比恒定刺激能更有效地对抗警觉性下降。方法：采用被试内设计，24 名参与者在五种实验条件下完成心理运动警觉任务 (Psycho
引言：警觉性在安全关键领域至关重要，然而由于感官适应，持续注意力往往随时间推移而下降。本研究旨在探究音乐音量和气味浓度的动态递增调整是否比恒定刺激能更有效地对抗警觉性下降。方法：采用被试内设计，24 名参与者在五种实验条件下完成心理运动警觉任务 (Psychomotor Vigilance Task, PVT)。同时收集主观警觉性评级（卡罗林斯卡嗜睡量表，Karolinska Sleepiness Scale, KSS）、行为表现指标（反应时间和失误次数）以及生理指标（高频心率变异性，high-frequency heart rate variability, HF-HRV）。结果：与无刺激对照条件相比，任何涉及音乐或气味的条件均与显著增强的警觉性相关。对于听觉和嗅觉模态，动态递增模式在提高主观警觉性（较低的 KSS 评分）、缩短反应时间、减少失误次数以及降低 HF-HRV（表明生理唤醒增强）方面均显著优于恒定模式。当两种模态均以递增方式呈现时，观察到最佳的警觉性维持效果，大多数指标显示出相对于双重恒定条件的显著改善，且所有测量值的数值趋势一致倾向于双重递增条件。讨论：这种优势的核心机制在于，动态递增模式通过分阶段增加刺激强度，有效打破了由恒定刺激引起的感官适应循环，同时动态地将唤醒水平维持在最佳范围内。跨模态动态输入下观察到的叠加效益表明，自主神经系统层面的调节得到了增强。本研究提供了实证证据，支持动态多感觉刺激对抗警觉性下降的机制，并为设计用于驾驶和监控等安全关键领域的自适应、多模态警觉性维持策略提供了理论支持。
**研究背景与问题阐述**
警觉性（Vigilance）是指个体在较长时间内维持注意力并保持对特定外部刺激连续警觉状态的能力，其在交通运输、工业安全、医疗保健及人因工程等领域发挥着至关重要的作用。充足的警觉性不仅能提升工作绩效，更是保障人身安全的关键。根据经典的耶克斯 - 多德森定律（Yerkes–Dodson law），个体的表现与唤醒水平呈倒 U 型关系，过低或过高的唤醒均会损害警觉性，唯有适度的唤醒水平才能支持最佳的认知功能。因此，如何动态调节唤醒水平至最佳区间成为研究焦点。现有的干预手段如摄入咖啡因、咀嚼口香糖或光照暴露等，存在效果不稳定、依赖性强或适用场景受限等问题。相比之下，听觉（音乐）和嗅觉（气味）刺激因其非接触性、易实施及副作用小等优势日益受到关注。然而，既往研究多集中于固定强度的感官刺激，忽视了恒定刺激易导致感官适应（Sensory Adaptation），即感觉系统对持续不变的刺激反应逐渐减弱的现象，从而削弱警觉性维持效果。此外，关于听觉与嗅觉模态在动态变化模式下的交互作用及其是否能产生叠加效益，尚缺乏系统性的比较研究。鉴于此，研究人员开展了此项研究，旨在探讨在恒定与动态递增两种呈现模式下，音乐音量和气味浓度对警觉性的影响，以期为优化安全关键领域的多感觉警觉性干预策略提供实证依据和理论支持。该研究成果已发表于《Frontiers in Psychology》期刊。
**研究方法概述**
研究人员采用被试内设计，招募了 24 名听力与嗅觉正常且无正式音乐训练背景的年轻成年人（年龄 20-26 岁）作为样本队列。实验构建了 2×2 析因设计加空白对照的五种条件：恒定音量/恒定浓度、递增音量/恒定浓度、恒定音量/递增浓度、递增音量/递增浓度以及无刺激对照。听觉刺激选用节奏平稳的音乐，恒定模式设为 60 dB，递增模式分阶段从 50 dB 升至 60 dB 再至 70 dB；嗅觉刺激选用薄荷精油，恒定浓度设为 10%，递增模式分阶段从 1% 升至 10% 再至 30%。主要技术方法包括：利用心理运动警觉任务 (PVT) 评估行为表现，记录反应时间 (RT) 和失误次数 (Lapses)；使用卡罗林斯卡嗜睡量表 (KSS) 评估主观警觉性；通过心电图设备采集数据并计算高频心率变异性 (HF-HRV) 作为生理唤醒指标。实验过程严格控制环境变量，并利用拉丁方设计平衡实验顺序以消除顺序效应。
**研究结果分析**
**主观警觉性 (KSS)**
研究人员通过重复测量方差分析发现，气味浓度调整模式和音乐音量调整模式的主效应均显著。数据显示，递增浓度条件下的 KSS 评分显著低于恒定浓度条件，递增音量条件下的评分也显著低于恒定音量条件。配对比较进一步揭示，双重递增条件（音乐与气味均递增）产生的 KSS 评分最低，显著优于双重恒定条件及单一模态递增条件。时间趋势分析表明，随着任务进行，所有条件下的困倦感均有上升，但双重递增组的上升幅度最缓，始终维持最低的主观嗜睡水平。
**行为表现结果 (PVT)**
在平均反应时间 (RT) 方面，递增浓度和递增音量条件均显著短于对应的恒定条件。双重递增条件下的平均反应时间最短，显著优于双重恒定条件及单一音乐递增条件。在失误次数 (Number of Lapses) 方面，递增模式同样表现出显著优势，失误数显著少于恒定模式。双重递增组合展现了最少的失误次数，虽与单一递增条件的差异未达统计学显著性，但数值趋势一致指向双重递增的优越性。时间演变分析显示，对照组失误率上升最快，而双重递增组在整个任务过程中保持了最稳定的注意力稳定性。
**生理结果 (HF-HRV)**
生理指标分析显示，气味浓度和音乐音量的调整模式对高频心率变异性 (HF) 具有显著主效应。递增模式下的 HF 值显著低于恒定模式。由于 HF 降低通常反映副交感神经活动抑制及唤醒水平提升，这一结果表明动态递增刺激能有效增强生理唤醒。尽管双重递增条件与其他实验条件间的 HF 差异未达统计学显著性，但其数值始终保持最低，且随时间推移呈现出最快的下降趋势，与主观和行为指标的变化高度同步。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出，动态递增模式的优势核心机制在于其通过分阶段增加刺激强度，有效打破了恒定刺激引发的感官适应循环，并依据耶克斯 - 多德森定律将个体的感知和生理唤醒水平动态维持在“倒 U 型”曲线的最佳区域。跨模态动态输入所观察到的叠加效益，暗示了自主神经系统层面存在增强的调节作用。研究结论总结如下：本研究系统考察了音乐音量和气味浓度在恒定与递增调整模式下对警觉性的影响。基于感官适应和唤醒理论，研究结果突显了动态递增刺激模式在维持长期警觉性方面的优势。与无刺激基线相比，所有涉及音乐或气味的干预均提升了主观警觉性，改善了心理运动警觉任务 (PVT) 中的反应时间和反应稳定性，并与高频心率变异性 (HF) 的降低相关联，表明生理唤醒增强。进一步分析表明，对于听觉和嗅觉模态，递增模式在延缓感官适应和维持中枢神经系统唤醒方面比恒定模式更有效。值得注意的是，当音乐和气味以递增方式共同呈现时，出现了跨模态叠加效应，参与者在多项指标上表现出最高水平的警觉性。这些结果表明，动态多感觉整合可能为对抗长时间任务中的警觉性下降提供一种有前景的方法。
