Vestibulomotor Weighting Associated with Cybersickness in Virtual Reality

Diese Studie zeigt, dass Personen mit einer höheren basalen vestibulomotorischen Gewichtung anfälliger für Cybersickness in der virtuellen Realität sind und dass ihre vestibulären Beiträge während der Exposition als adaptive Reaktion zwar abnehmen, diese Umgewichtung jedoch nicht ausreicht, um posturale Instabilität und ein Fortschreiten der Symptome zu verhindern.

Das Wesentliche

Stellen Sie sich vor, Ihr Gehirn ist wie der Kapitän eines Schiffes, der ständig versucht, das Schiff stabil zu halten. Um dies zu tun, verlässt es sich auf ein Team von Sensoren: Ihre Augen (der Ausguck), Ihr Innenohr (das Kreiselgerät) und Ihre Füße (die Rumpfsensoren). Normalerweise arbeiten diese Sensoren in perfekter Harmonie zusammen. Doch in der Virtual Reality (VR) sieht der „Ausguck" eine Achterbahn, die die Schienen hinunterrast, während die „Rumpfsensoren" spüren, dass Sie völlig stillstehen. Diese Verwirrung ist es, die Cybersickness verursacht – dieses schwindelige, übelkeitsauslösende Gefühl, das viele Menschen daran hindert, VR zu genießen.

Diese Studie stellte eine einfache Frage: Warum werden manche Menschen in VR krank, während andere nicht krank werden?

Die Forscher konzentrierten sich auf einen spezifischen Sensor: das Innenohr. Sie wollten herausfinden, wie sehr Ihr Gehirn seinem Innenohr zuhört, wenn Sie versuchen, das Gleichgewicht zu halten. Sie nannten dies „vestibulomotorische Gewichtung". Stellen Sie es sich wie den Lautstärkeregler am Signal Ihres Innenohrs vor. Wenn die Lautstärke zu hoch gedreht ist, könnte Ihr Gehirn auf winzige Bewegungen überreagieren, was dazu führt, dass Sie sich wackelig fühlen.

Das Experiment: Eine Achterbahn mit einer Wendung

Die Forscher luden 38 gesunde junge Erwachsene ein, auf einer speziellen Plattform (einer Kraftmessplatte) zu stehen, während sie eine VR-Achterbahnfahrt beobachteten. Um zu testen, wie sehr ihre Gehirne auf ihre Innenohren vertrau ten, gaben sie allen einen winzigen, harmlosen elektrischen Impuls (genannt EVS), der das Gefühl nachahmte, als würde sich das Innenohr bewegen.

Sie maßen, wie stark die Körper der Teilnehmer auf diesen Impuls schwankten. Wenn der Körper stark schwankte, bedeutete dies, dass das Gehirn stark auf das Innenohr vertraute (hohe Lautstärke). Wenn der Körper kaum schwankte, ignorierte das Gehirn das Innenohr (niedrige Lautstärke).

Die Entdeckung: Die Theorie des „Lautstärkereglers"

Die Ergebnisse zeigten ein klares Muster:

1. Die Gruppe mit hoher Lautstärke (Die Kranken): Menschen, die sehr krank wurden (oder die Fahrt frühzeitig abbrechen mussten), hatten ihren „Lautstärkeregler" für das Innenohr von Anfang an weit aufgedreht. Bereits bevor die Fahrt begann, verließen sich ihre Gehirne stark auf ihre Innenohre, um das Gleichgewicht zu halten. Als die VR-Achterbahn Fahrt aufnahm, ließ diese starke Abhängigkeit sie das Gefühl haben, die Welt würde außer Kontrolle geraten und sich drehen.
2. Die Gruppe mit niedriger Lautstärke (Die Gesunden): Menschen, die nicht krank wurden, hatten ihren Innenohrlautstärke von Anfang an niedrig eingestellt. Sie verließen sich weniger darauf, sodass die verwirrenden VR-Bilder sie weniger störten.

Der Kampf um Anpassung

Hier wird es interessant. Während die Fahrt weiterging, versuchten die Menschen, die krank wurden, das Problem zu beheben. Sie merkten: „Hey, mein Innenohr lügt mich an!" und versuchten, die Lautstärke herunterzudrehen (ein Prozess, der als Umgewichtung bezeichnet wird).

• Hat es funktioniert? Nicht wirklich. Es gelang ihnen, die Lautstärke ein wenig herunterzudrehen, aber es war zu wenig und zu spät.
• Das Ergebnis: Obwohl sie versuchten, sich weniger auf ihre Innenohre zu verlassen, begannen ihre Körper dennoch viel stärker zu schwanken als die der gesunden Gruppe. Ihr „Schiff" wurde instabil, weil ihr Gehirn nicht schnell genug die Sensoren wechseln konnte, um mit der VR-Verwirrung umzugehen.

Das Fazit

Stellen Sie sich Cybersickness wie ein Auto mit einem empfindlichen Fahrwerk vor. Wenn Ihr Auto so eingestellt ist, dass es extrem empfindlich auf Unebenheiten reagiert (hohe Abhängigkeit vom Innenohr), wird eine Fahrt auf einer holprigen Straße (VR) ein schreckliches Gefühl verursachen. Sie können versuchen, das Fahrwerk während der Fahrt einzustellen, aber wenn die Straße zu rau ist, werden Sie die Stöße trotzdem spüren.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Menschen, die in VR krank werden, einfach diejenigen sind, deren Gehirne ihren Innenohren von Natur aus am meisten vertrauen. Obwohl ihre Gehirne versuchen, sich während der Fahrt anzupassen, ist diese anfängliche starke Abhängigkeit der Hauptgrund, warum sie überhaupt krank werden.

Technische Zusammenfassung

Technisches Fazit: Vestibulomotorische Gewichtung im Zusammenhang mit Cybersickness in der Virtual Reality

Problemstellung
Cybersickness bleibt ein Haupthindernis für die breite Einführung von Virtual-Reality-Technologien (VR). Trotz ihrer Häufigkeit sind die zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen, die die Anfälligkeit für diese Symptome antreiben, nicht gut verstanden. Insbesondere erfordert die Beziehung zwischen der Gewichtung vestibularer Inputs durch das zentrale Nervensystem zur posturalen Kontrolle (vestibulomotorische Gewichtung) und der Entwicklung von Cybersickness weitere Untersuchungen.

Methodik
Die Studie verwendete ein kontrolliertes experimentelles Design mit 38 gesunden jungen Erwachsenen (21 Frauen, 17 Männer). Die Teilnehmer nahmen an einer stehenden VR-Achterbahn-Aufgabe teil, während sie einer kontinuierlichen stochastischen elektrischen vestibulären Stimulation (EVS) mit Frequenzen von 0–25 Hz und Intensitäten von ±4,5 mA ausgesetzt wurden.

• Messung der vestibulomotorischen Gewichtung: Der Beitrag des vestibulären Inputs zur posturalen Kontrolle wurde quantifiziert, indem die Kohärenz und der Gain zwischen dem EVS-Input und den medial-lateralen Druckmittelwert-Reaktionen (ML-CoP) gemessen wurden, die über eine Kraftplatte aufgezeichnet wurden.
• Bewertung der Cybersickness: Die Symptome wurden mit der Fast Motion Sickness Scale (FMS) und dem Simulator Sickness Questionnaire bewertet.
• Klassifizierung der Teilnehmer: Basierend auf FMS-Werten und Toleranz wurden die Teilnehmer in drei Gruppen eingeteilt:
  • Nicht-betroffen: FMS < 5.
  • Mittel-betroffen: FMS ≥ 5.
  • Hoch-betroffen: Teilnehmer, die die VR-Exposition aufgrund von Intoleranz vorzeitig abbrachen.

Hauptergebnisse
Die Studie lieferte mehrere kritische Erkenntnisse bezüglich der zeitlichen Dynamik der vestibulomotorischen Gewichtung und der posturalen Stabilität:

1. Basale Anfälligkeit: Hoch-betroffene Teilnehmer wiesen im Frequenzbereich von 2,5–8 Hz eine signifikant höhere basale EVS-ML-CoP-Kohärenz auf als nicht-betroffene Teilnehmer. Dies zeigt, dass Personen, die eine schwere Cybersickness entwickeln, anfangs stärker auf vestibulare Inputs zur posturalen Kontrolle angewiesen sind.
2. Zeitliche Dynamik während der Exposition:
   • In den symptomatischen Gruppen (mittel- und hoch-betroffen) nahm die Kohärenz im Zeitverlauf ab (mittlere Steigung = -0,0027 für mittel-betroffen), was auf eine Reduktion der vestibulären Kopplung hindeutet.
   • Nicht-betroffene Teilnehmer zeigten während der gesamten Exposition eine konsistent niedrige Kohärenz (mittlere Steigung = -0,0005).
3. Posturale Instabilität und Gain-Reduktion: Trotz der bei symptomatischen Gruppen beobachteten Reduktion der vestibulären Kopplung nahm die posturale Schwankung in der hoch-betroffenen Gruppe signifikant zu (+29 % Änderung des ML-CoP-RMS) im Vergleich zur mittel-betroffenen (-7 %) und nicht-betroffenen Gruppe (-30 %). Gleichzeitig nahm die Amplitude der vestibular evozierten Antworten ab, wobei der Gain im Bereich von 2,5–3,5 Hz bei symptomatischen Teilnehmern um 64 % reduziert wurde.

Hauptbeiträge
Diese Forschung stellt einen direkten Zusammenhang zwischen der basalen vestibulomotorischen Gewichtung und der Anfälligkeit für Cybersickness her. Sie zeigt, dass:

• Eine erhöhte basale Abhängigkeit von vestibulären Inputs ein Prädiktor für die Anfälligkeit gegenüber Cybersickness ist.
• Die Entwicklung von Symptomen von einem adaptiven Umgewichtungsprozess (Reduktion des vestibulären Beitrags) während der VR-Exposition begleitet wird.
• Diese adaptive Umgewichtung, obwohl vorhanden, nicht ausreicht, um posturale Instabilität und das Fortschreiten der Symptome bei hoch anfälligen Personen zu verhindern.

Bedeutung und Behauptungen
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die basale sensorische Abhängigkeit ein primärer Determinant der Anfälligkeit einer Person für Cybersickness ist. Obwohl das Nervensystem versucht, Instabilität durch Umgewichtungsmechanismen während der VR-Exposition zu mildern, spielt dieser Prozess eine sekundäre, abschwächende Rolle und keine schützende Rolle gegen den Beginn von Symptomen. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung individueller Unterschiede in sensorischen Integrationsstrategien als Schlüsselfaktor für das Verständnis und die potenzielle Bekämpfung von Cybersickness.