為什麼會暈車?
― 眼睛和耳朵深處,正在傳來不同的訊息
坐在車子後座看書時,有時會突然感到不舒服。看書這件事本身,不管在家裡還是在電車上都沒問題。不同的是,這時候體內有兩種感覺,正在傳來完全相反的訊息。眼睛說「沒有在動」,耳朵深處卻說「正在動」。這個不一致,正被認為是暈車的真正原因。
坐在副駕駛座或後座低頭看手機、看書時,常常會漸漸感到不舒服。但如果是同一輛車,望著窗外的風景,就比較不會暈,這樣的人應該不少。
自己開車時,很少會暈車。明明是同一輛車、同樣的搖晃、同樣的速度。
要解釋這種差異,常會用「體質不好」「三半規管比較弱」這種說法。但這樣無法解釋,為什麼看書容易暈、看外面卻不容易暈。
其實,體內有兩種感覺,會各自不斷判斷「自己是不是正在動」。而當這兩者不一致時,就會發生暈車。
耳朵深處的器官,會直接偵測到車子的加速、減速、轉彎。這是無法停止的。
書本就靜止在自己手中。眼睛看到的,只能是「沒有在動」。
耳朵說「正在動」,眼睛說「沒有在動」。這兩個矛盾的訊息,會同時傳到腦部。接下來依序說明。
耳朵深處,還有另一個感覺器官
耳朵不只是用來聽聲音的器官。耳朵深處另外還具備感受身體傾斜與動作的器官。
其中有一部分,是由3個方向組合而成的細小管道,當身體旋轉時,管內的液體會因慣性稍微延遲移動。感應毛會感知到這個動作,判斷「正在旋轉」。頭部上下、左右、斜向擺動時,之所以能立體偵測這些動作,正是靠這3個方向的組合。
另外還有一部分,是感受身體前後左右加速,或傾斜時的器官。這部分靠著像小石頭般的結晶,隨身體動作而位移來運作。電梯開始移動瞬間感受到的那種「輕飄」感,就是由這裡偵測到的。
這些器官,會持續直接接收車子轉彎、加速、路面顛簸所造成的搖晃。無法靠意志力停止。
只是眼睛和耳朵深處,各自誠實地傳來了不同的訊息。
為什麼看書容易暈車
書本或手機螢幕,就在自己手上或膝蓋上,與身體的相對位置不會改變。所以在眼睛看來,只能是「靜止的」。
但就在同一時刻,車子正在轉彎,或改變速度。耳朵深處會直接偵測到這種搖晃,持續回報「正在動」。
腦部同時收到「沒有在動」和「正在動」這兩種訊息。在日常生活中,這兩者幾乎總是一致的,所以腦部並不習慣這種矛盾。
這種感覺之間的不一致會造成暈車的想法,被稱為感覺不一致說,是目前最廣為接受的解釋。
為什麼看外面比較不會暈
望著遠方風景時,情況就不同了。風景實際上會在眼前如流水般移動。車子一轉彎,風景流動的方式也會隨之改變。
也就是說,來自眼睛的「正在動」訊息,和來自耳朵深處的「正在動」訊息,在內容上是一致的。沒有矛盾,腦部就能順利處理。
常有人說「看前方比較好」「看遠方比較好」,就是為了製造出這種一致性。看太近的東西,視野移動速度會太快;反過來盯著手邊某一點看,眼睛得到的資訊又幾乎歸零。重點在於用剛剛好的「遠近」,取得與實際動作相符的視覺資訊。
戴上頭戴裝置看VR影像時,身體明明靜止坐在沙發上,映入眼中的影像卻劇烈晃動,有時會發生這種情況。
這與坐車暈車矛盾的方向正好相反。坐車時是「耳朵在動、眼睛沒動」,而VR時則變成「眼睛在動、耳朵沒動」這樣的不一致。
即便如此,腦部接收到的矛盾形式本身是相同的,被認為會引發類似的不舒服感。也就是說,只要感覺之間互相矛盾,不論哪個方向的落差,都可能引發暈眩。
可以做些什麼來緩解
- 看行進方向的遠方風景盡量讓眼睛的資訊和耳朵的資訊一致。看書、滑手機、坐面向後方的座位容易破壞這種一致性,應盡量避免。
- 盡量不要大幅晃動頭部頭部大幅晃動時,耳朵深處的器官會接收到多餘的資訊,讓搖晃的偵測變得複雜。把頭靠在頭枕上,能減少搖晃本身。
- 在感到不舒服之前,先休息或換氣把車窗打開一點透氣、停車下來看看遠方等。趁「還撐得住」時就先處理,恢復也會比較快。上車前也應避免吃太多或空腹。
可以自己驗證的事
- 坐在副駕駛座或後座,先看書或手機大約5分鐘(容易暈車的人請勿勉強)
- 記住當下的身體感受變化
- 接著望向行進方向的遠方風景約5分鐘
- 確認即使是同一條路、同一輛車、同樣的駕駛方式,看手邊和看風景時的感覺卻不一樣
- 如果可以,也請比較看看自己開車時的感覺。駕駛人總是望著行進方向,也能預測接下來的動作,因此被認為較不容易暈車
第4點是這個觀察的重點。同樣的交通工具、同樣的搖晃,只要改變眼睛接收的資訊,感受就會不同,可以親身體驗這件事。如果感到不舒服,請不要勉強,立刻休息。
總結
暈車之所以發生,是因為耳朵深處偵測到實際的搖晃、回報「正在動」,而看著書或螢幕的眼睛卻回報「沒有在動」。這兩個矛盾的訊息同時傳來,被認為就是原因。只要望向行進方向的風景,這兩個訊息就會一致,矛盾也隨之消失。
會暈,不是因為體質差。
只是兩種誠實的感覺,彼此不一致而已。
這兩種感覺,即使不在交通工具上也持續運作著。暗室中腳步為何會變得不穩,這個問題在夜晚走在暗室裡,為什麼會那麼晃?中有所說明。
想了解更多 ― 用語、數值、與教科書的關聯從國中理科到研究中的話題,都會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科學習範圍
- 高中高中「物理基礎」「生物基礎」學習範圍
- 高中+高中「物理」「生物」,或教科書中列為延伸、專欄的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專門科目(生理學)的內容
- 研究連大學也還不視為「定論」、研究人員目前仍在探討中的內容
國中用語:關於暈車的詞彙
- 半規管(三半規管):耳朵深處感受身體旋轉的器官。由3個方向的管道組合而成。
- 耳石器:感受身體傾斜與前後左右加速的器官。利用細小的結晶(耳石)運作。
- 前庭:半規管與耳石器的統稱,相當於「平衡感覺器官」。
- 感覺不一致說:認為多種感覺傳來的資訊互相矛盾,是暈車原因的想法。
- 慣性:正在運動或靜止的物體,會傾向維持該狀態的性質。這正是半規管內液體延遲移動的原因。
高中用算式驗證:車子轉彎時,身體受到多大的推力
本文提到「耳朵深處會偵測到搖晃」。接下來實際計算看看這個搖晃的大小。使用的是腳踏車的文章和科氏力的文章中出現過的算式。
橫向加速度 = 速度² ÷ 半徑
| 橫向加速度 | 單位是 m/s² |
| 速度 | 單位是 m/s |
| 半徑 | 轉彎的彎曲程度[m] |
轉彎時,身體會受到被拉向圓心的力。速度越快,彎道越急(半徑越小),這個力就越強。
| 速度 | 時速54 km = 54 ÷ 3.6 = 15 m/s |
| 轉彎半徑 | 設為 50 m |
| 速度的平方 | 15 × 15 = 225 |
| 加速度 | 225 ÷ 50 = 4.5 m/s² |
| 與重力相比 | 4.5 ÷ 9.8 ≒ 0.46(約重力的一半) |
體重60 kg的人,所受到的橫向力為:
| 力 = 質量 × 加速度 | 60 × 4.5 = 270 N |
| 換算成重量 | 270 ÷ 9.8 ≒ 28 kgf |
身體正被相當於28 kg的力量往橫向推。一個普通的彎道,實際上就會產生這麼大的力。耳朵深處,會直接偵測到這股力量。
看書時,眼中的書本,與身體的相對位置不會改變。如果要用數字表達眼睛偵測到的「動作大小」,可以寫成如下:
| 耳朵深處偵測到的加速度 | 4.5 m/s²(②的答案) |
| 眼睛偵測到的「動作」 | 0 m/s²(書在視野中是靜止的) |
| 兩個訊息的差距 | 4.5 − 0 = 4.5 m/s² |
非零的數值,和零,這兩個完全相反的訊息同時傳來。這個差距本身,被認為就是暈車的導火線。
那麼,如果望著窗外風景又會如何呢?由於風景實際上是流動的,眼睛也會回報大致相同大小的「動作」。
| 耳朵深處偵測到的加速度 | 4.5 m/s² |
| 眼睛偵測到的「動作」 | 接近 4.5 m/s² 的數值 |
| 兩個訊息的差距 | 趨近於 0 |
差距趨近於零,矛盾也就消失了。「看行進方向比較不會暈」這句話,若用數值的一致與不一致來重新表達,就是這麼一回事。
※ 嚴格將眼睛偵測到的「動作大小」用加速度單位表示,只是一種簡化方式。這裡只是為了掌握耳朵與眼睛的訊息是一致還是矛盾的結構,所做的對應。
| 同樣速度(15 m/s),半徑減半(25 m)時 | 加速度 = 225 ÷ 25 = 9.0 m/s² |
| 與原本相比 | 9.0 ÷ 4.5 = 2 倍 |
半徑只要減半,力量就會變成2倍。蜿蜒的山路比筆直道路更容易暈車,正是因為①的算式顯示半徑頻繁變化,對耳朵深處的刺激既大又頻繁。
高中+半規管偵測的並不是「速度」
半規管內的液體,對旋轉剛開始時的「變化」很敏感,但對持續以一定速度旋轉的狀態,反應會逐漸變弱。這是因為液體最終會追上周圍管壁、以相同速度旋轉,此時就不再有力量推動感應毛。
這是一種對變化的開端反應強烈、對不變的狀態逐漸忽略的特性。急煞車或急轉彎容易被偵測到,而長時間持續的一定速度搖晃則會逐漸習慣,這被認為是「坐久了就會習慣」的原因之一。
相對地,耳石器在傾斜或加速持續期間,能較為持續地偵測,與半規管不同。這兩個器官擅長的偵測方式各不相同。
大學為什麼會出現「想吐」這種反應
感覺不一致的發生,已經有相對完整的解釋。但為什麼會演變成「噁心」這種反應,則是另一個問題。
其中一種想法是毒物說(演化上的解釋)。在自然界中,感覺互相矛盾的情況,多半發生在攝取了作用於神經的毒物時。這個假說認為,身體把感覺不一致視為「可能中毒了」的訊號,提前啟動噁心這種防禦反應。
這個說法並不與感覺不一致說矛盾,而是補充了更進一步(為什麼會不舒服)的部分。不過,要直接驗證相當困難,目前並沒有決定性的證據。
研究目前仍不清楚的部分
- 為什麼每個人容易暈車的程度差異這麼大,目前尚未完全解開。年齡、性別、經驗帶來的習慣、遺傳因素等都被認為有關,但還沒有找到能解釋大部分個人差異的單一原因。
- 包括「毒物說」在內,感覺不一致究竟如何轉變成噁心這種反應,其神經路徑仍在研究中。腦部哪個部位以什麼順序參與,目前正透過動物實驗與影像研究進行探討。
- VR暈眩的對策,至今仍在持續開發中。刻意縮小視野、在周邊視野顯示固定的基準點等,多種方法都在嘗試,但對所有人、所有影像都有效的決定性方法尚未確立。
- 自動駕駛車的暈車問題,正成為新的課題受到關注。駕駛人本身不容易暈車,被認為是因為能預測接下來的動作,但自動駕駛時會出現「雖然在開車卻無法預測」這種前所未有的狀況。該如何應對,研究才剛剛開始。
暈車是每個人都可能經歷的常見不適。即便如此,感覺不一致為何會轉變成噁心感,這個最核心的部分,至今仍未完全解開。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・感覺器官的功能 | 耳朵除了聲音以外也感受平衡 |
| 高中 | 物理基礎・圓周運動與加速度 | 轉彎時橫向加速度的計算 |
| 高中 | 生物基礎・感覺與神經 | 半規管、耳石器的功能 |
| 高中+ | 物理・慣性力/生物・感覺的適應 | 半規管對變化敏感、對持續狀態習慣的特性 |
| 大學 | 生理學・神經科學 | 感覺不一致說、毒物說 |
| 研究 | 前庭生理學(未解決) | 個人差異、神經路徑、VR暈眩對策 |
| ― | 生活 | 看行進方向、不要晃動頭部、休息 |
- Reason, J. T. & Brand, J. J., Motion Sickness(感覺不一致說的標準文獻)。
- Treisman, M., Motion sickness: an evolutionary hypothesis, Science 197, 1977(毒物說)。
- Golding, J. F., Motion sickness susceptibility, Autonomic Neuroscience 129, 2006(關於個人差異的報告)。
- 日本めまい平衡医学会(日本暈眩與平衡醫學會)對前庭功能及動搖病的解說資料。
- Kolasinski, E. M., Simulator sickness in virtual environments(關於VR暈眩的報告)。
※ 加速度與力的數值,僅為代表性條件下的參考值。會因個人差異、車種、道路狀況而有很大變化。
※本文為一般大眾取向的科學解說。若暈車症狀嚴重或持續,請勿自行判斷,應諮詢醫療機構。文中數值僅為理解原理的參考值。