车载香氛不只好闻？脑电研究发现它可能影响注意与疲劳

研究背景

很多人上车后的第一件事，是打开空调、播放音乐，或让熟悉的车载香氛在狭小空间中慢慢散开。我们通常把香气当作改善氛围的装饰，但在长时间、重复而单调的驾驶过程中，它是否还会影响注意、反应和疲劳？一缕让人愉悦的气味，能不能在不增加操作负担的情况下，让驾驶者保持更好的认知状态？

驾驶并非单纯的机械操作，而是一项需要持续警觉、快速判断、行为抑制和冲突处理的复杂认知活动。疲劳、分心和情绪波动都可能削弱驾驶表现。既往研究多关注薄荷、柠檬或薰衣草等具有明确刺激、警觉或放松属性的单一气味，而现实中的车载香氛通常是依据个人喜好选择的复合香型，其认知作用尚缺乏系统的行为和神经生理证据。

为此，研究团队选用一种不含明显刺激性香型、也并非针对驾驶功能专门设计的愉悦型复合香氛，结合问卷、认知任务和脑电图(electroencephalography，EEG)，考察其在模拟驾驶环境中对认知表现和脑活动的影响。

研究发表于期刊 Brain and Behavior。

研究方法

研究最初招募32名持有驾驶证、驾龄超过2年且几乎每天驾车通勤的年轻驾驶者。因2名参与者的EEG数据受到异常活动影响，最终纳入30人，其中男性18名、女性12名，平均年龄为24.2±2.37岁，平均驾龄为37.26±7.90个月。所有参与者视力正常或矫正正常，无色盲、嗅觉障碍及相关神经系统疾病，实验期间不使用香水或其他有香化妆品。

研究采用有香环境与无香环境的交叉实验设计，参与者被随机分为“先有香、后无香”和“先无香、后有香”两种顺序，两轮之间休息30 min并充分通风。复合香氛的主要成分包括茉莉26%、麝香13%、铃兰12%、玫瑰12%、琥珀香10%、佛手柑7%、桂花4%和小苍兰4%；其中未加入薄荷、迷迭香等明显刺激性气味，也未使用薰衣草、柠檬等已有明确驾驶功效证据的单一香型。香氛释放装置与参与者面部的距离固定为70 cm。

每轮实验开始前先采集静息态EEG，并完成基线问卷及三项行为任务；随后，参与者在佩戴EEG设备的情况下观看15 min第一人称驾驶视频，以模拟持续、单调的驾驶环境；视频结束后再次评价疲劳和任务体验，并重复完成行为任务。三项任务分别为Oddball任务、Go/No-go任务和Stroop任务，用于评估行为抑制、持续注意与执行控制，以及认知冲突处理能力。任务由E-Prime 3.0编程，主要记录准确率和反应时间(reaction time，RT)。

图1 三项认知任务的实验设计：Oddball、Go/No-go与Stroop任务

EEG采用ANT Neuro eego mylab系统采集，采样率为1000 Hz；配合 waveguard多通道干电极帽。该电极帽配置64个干式聚氨酯-氯化银(PU-AgCl)多针电极，采用等距布局，电极集成于柔性织物帽体中。

EEG预处理在MATLAB R2019b及EEGLAB 2019_0中完成。信号先进行0.5 Hz高通和30 Hz低通滤波，再采用独立成分分析(independent component analysis，ICA)处理眨眼伪迹。随后提取δ频段(0.5～4 Hz)、θ频段(4～8 Hz)、α频段(8～13 Hz)和β频段(13～30 Hz)的功率谱密度，并进行Z分数标准化。研究同时计算θ-α-β比值指数(theta-alpha-beta index，TAB)，即(α+θ)/β，用于表征驾驶疲劳相关变化。问卷、行为和EEG数据分别采用t检验或方差分析(analysis of variance，ANOVA)，并进行Bonferroni校正，显著性水平设为p<0.05。

图2 ANT Neuro waveguard 64通道干电极帽及等距电极分布

研究结果

1. 香氛被清晰感知，但主观任务体验未明显改变

问卷结果首先验证了香氛刺激的有效性。与无香环境相比，参与者在有香环境的实验后能够更清晰地感知气味(p<0.001)，并对“气味使我愉快”和“总体上我喜欢这种气味”给出更积极的评价(均p≤0.01)。然而，两种环境下参与者对任务心理压力、时间压力、任务完成满意度和疲劳水平的主观评价均未出现显著差异，性别和实验顺序也未产生显著影响。

2. 香氛环境下，持续注意与冲突处理反应更快

行为结果显示，两种香氛环境下的任务准确率没有显著差异，因此研究重点分析RT。无香环境中，15 min模拟驾驶后Go/No-go任务RT由455.65±113.48 ms延长至483.85±136.56 ms(p<0.001)，提示持续注意与执行控制受到不利影响。相反，在有香环境中，三项任务的实验后RT均低于实验前，其中Go/No-go任务由471.76±124.17 ms缩短至445.49±114.06 ms，Stroop任务由803.28±169.60 ms缩短至771.57±165.83 ms(均p<0.001)。实验后直接比较显示，有香环境下三项任务的RT均低于无香环境，其中Go/No-go和Stroop任务差异显著(均p<0.001)，Oddball任务差异未达到显著水平。

图3 有香与无香环境下三项任务的平均反应时间及统计比较

3. 脑电显示前额叶θ活动增强，β与TAB仅呈变化趋势

EEG结果显示，15 min模拟驾驶足以引起与疲劳相关的脑活动变化。前额叶TAB指数在有香和无香驾驶阶段均显著高于静息态(均p<0.001)，有香环境的均值低于无香环境(2.41±0.41 vs. 2.62±0.37)，但两种驾驶环境之间的差异未达到显著水平。枕叶和前额叶β功率在驾驶阶段均高于静息态；有香环境的β功率均值也高于无香环境，但条件间差异同样未达到显著水平。前额叶θ功率则呈现更明确的香氛效应：有香环境显著高于静息态(p<0.001)和无香环境(p=0.015)，而无香环境与静息态之间差异不显著(p=0.080)。

图4 静息态、有香和无香环境下前额叶TAB指数、枕叶及前额叶β功率和前额叶θ功率

结论与讨论

本研究表明，在短时模拟驾驶情境中，愉悦型复合香氛与更快的持续注意和认知冲突任务反应相关，并伴随前额叶θ活动增强，以及β活动和TAB指数的方向性变化。行为结果较为明确地支持了复合香氛可能减轻单调驾驶后认知表现下降的作用；EEG结果则提示，香氛可能同时影响警觉、注意投入和放松相关的神经活动，但部分有香与无香条件间的β和TAB差异未达到统计学显著，因此不宜将其直接解释为已经证实的抗疲劳机制。

这些发现拓展了车载香氛从“改善气味体验”到“可能参与认知调节”的应用视角，也说明高密度干电极EEG能够为驾驶环境中的隐性神经生理变化提供客观信息。需要注意的是，本研究样本主要为年轻驾驶者，采用15 min驾驶视频而非真实道路驾驶，仅考察视觉认知任务，且未设置中性或令人不愉快的气味条件；复合香氛的配方、浓度和个体偏好也可能影响结果。未来仍需在更长时程、真实车辆、多样化人群及标准化香氛条件下进一步验证其安全性和实际驾驶效益。

Citation: Li, T., Sun, H., Wang, M., Dai, W., & Qian, X. (2024). An empirical study on the effect of blended scents in driving environments from a neuro-cognitive perspective. Brain and Behavior.

DOI: 10.1002/brb3.70082

通讯作者：钱学胜，复旦大学管理学院、澳门科技大学创新工程学院