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模拟驾驶器评估睡意值、疲劳值、驾驶性的可靠性
D.Davenne，R.Lericollais，P.Sagaspe，J.Taillard，A.Gauthier，S.Espieacute;，P.Philip
文章信息
文章时间：2011年4月18日收到投稿
2011年9月26日予以公认
关键词：驾驶模拟器、实际驾驶、不恰当的线路交叉口、瞌睡、疲劳
摘要
研究目的：比较模拟驾驶和实际驾驶情况下睡眠不足（即嗜睡）与长时间驾驶（即疲劳）的影响。
设计：在三次夜间驾驶期间，实验员在研究实验室或在法国一段开放的高速公路上驾驶INRETS-MISS SIM模拟器，采用了一种夜间持续驾驶的时长反应设计：2小时短时间驾驶（凌晨3点—5点）、4小时中等时间驾驶（凌晨1点—5点）以及8小时长时间驾驶（晚上9点—凌晨5点）。
参与人员：两组健康的没有睡眠障碍的男性驾驶员（20人参加模拟驾驶，14人参加实际驾驶；平均年龄plusmn;标准偏差为22.3plusmn;1.6岁）。
测量：在驾驶行程的最后一小时记录了不恰当的路线交叉点的数量、自我评估疲劳和嗜睡的程度，以控制实验前醒来时间和生物钟的影响。
结果：与白天的参考时段相比，进行短暂夜间行驶时模拟驾驶与实际驾驶的表现都受到了影响（偏差分别为P＜0.05，P＜0.001）。延长夜间驾驶时间对模拟驾驶的表现有非线性的影响，且比实际驾驶影响更严重（P＜0.001）.
与白天的参考时段相比，短时间的夜间模拟驾驶和实际驾驶增加了疲劳和困倦的自我感觉。在长时间夜间驾驶期间，实际驾驶和模拟驾驶条件对疲劳和困倦具有相同的影响。
结论：在健康的受试者中，根据与嗜睡时间相关的不恰当的线路交叉口，INRETS-MSIS SIM2模拟器适当地测量驾驶受损，但在衡量延长驾驶时间对于驾驶员的表现的影响方面有所限制。
1.引言
在夜间长时间驾驶是引发道路交通事故的一个重要原因，特别是在高速公路上（Horne和Reyner,1995;Pack等,1995; Philip等,1996;Mitler等,1997; Sagberg,1999）。除了昼夜作息规律的打乱外（Benoit和Foret，1988；Mitler等，1997），还有两种其它的原因共同导致了驾驶表现的下降。第一个原因是睡意。这种症状主要是由于醒来的延后（稳态的影响，可能还有时间生物学的影响）（Borbely,1982;Akerstedt和Folkard,1995）。行驶时的瞌睡是一个广为人知的交通事故的风险因素，尤其是在高速公路上行驶时（Horne和Reyner,1995;Philip等,1996,1999,2001;Sagberg,1999;Garbarino等,2001;Sagaspe等,2008）。第二个原因是疲劳，这是在长时间凝聚注意力的驾驶时发生的（Lal和Craig,2001;Thiffault和Bergeron,2003;Ting等,2008）。在长时间单调驾驶期间，疲劳显著降低实际驾驶的表现（Lal和Craig，2001；Sagaspe等，2008）。
当驾驶员在夜间驾驶数小时后，这些症状（即疲劳、瞌睡）与时间结合，导致驾驶员的表现出现下降，但尽管如此，仍有许多驾驶员睡眠不足的同时还长时间驾驶（Mitler等，1997；Philip等，1999）。
模拟驾驶为评估驾驶行为提供了一种引人注意且安全的方法。采用模拟的主要优点有：（1）它们为司机提供了安全地研究危险状况的机会；（2）可以记录与驾驶测试相关的参数，并且可以严格控制实验设置；（3）与真正的驾驶条件相比，它们节省了时间和资金。
研究已经证明，限制睡眠且延迟醒来严重地影响了年轻健康的驾驶员的模拟驾驶表现（Philip等，2005b）。另一项研究比较了MWT与健康但睡眠不足的志愿者在驾驶模拟器上的表现，并发现了瞌睡的客观测量对模拟表现的预测价值的第一个证据。
有一项建立在实际驾驶条件下的研究（Sagaspe等，2008），它是第一个使用驾驶持续时间（夜间行驶2小时、4小时以及8小时）的剂量反应设计且同时控制预先醒来时间和生物钟的影响。结果表明，夜间驾驶的表现随驾驶时间变长而下降。这些发现表明，驾驶员的驾驶时长是道路交通事故发生的一项重要因素。
研究表明了在检测健康受试者的昼夜节律变化时单调模拟驾驶工作的可靠性（Contardi等，2004；Philip等，2005b）证实了白天的疲劳同样会影响健康但睡眠受限的驾驶员在模拟驾驶和实际驾驶中的表现。然而，驾驶模拟器在评估疲劳和嗜睡时的可靠性从未奏效过。
据我们所知，这项研究是第一个旨在比较夜间延迟醒来（即嗜睡）和长时间驾驶（即疲劳）对驾驶员模拟与实际驾驶下在高速公路上的表现的研究。
- 材料与方法
2.1参与者
针对大学社区，实验通过广告招募了34名健康男性（模拟驾驶有20人，平均年龄plusmn;标准偏差为21.2plusmn;1.4岁，范围为21-25岁，平均每年驾驶距离plusmn;标准偏差为8063plusmn;2682英里；其余14人进行实际驾驶，平均年龄plusmn;标准偏差为23.4plusmn;1.7岁，范围为21-25岁，平均每年驾驶距离plusmn;标准偏差为8907plusmn;2913英里）。他们完全了解了协议，并在参入前签署了承诺书。该项研究方案以其人类伦理研究方面得到了法国伦理委员会“Nord-Ouest”的批准。
2.2纳入标准
研究要求参与者不服用药物，体重指数在19至27之间，持有驾照至少2年，每年至少驾驶10000公里（6200英里）。睡眠专家对他们进行了临床访谈，并且进行了夜间生理记录来排除他们有睡眠障碍的情况。由于在睡眠限制协议中睡眠持续时间和睡眠效率至关重要，因此我们使用actimeters(Actiwatchreg; , Cambridge Neurotechnology)来排除所有睡眠-觉醒时间表的紊乱。在参与研究之前，每位参与者都要被监测7天，他们只有在7天的记录中的平均睡眠效率在85%以上，才被允许加入研究。
此外，由于夜间时间可能会影响驾驶表现，并且每个驾驶员的夜间时间取决于他们的时型，根据（1）他们在Horne and Ostberg问卷（Horne and Ostberg，1976年）上的得分，这决定了他们的早晨-晚上；（2）测量得到的习惯睡眠时间；所有参与则都是“中间”型的。
2.3实验设计
本次研究使用INRETS-MSIS SIM2驾驶模拟器。实验设计是基于以前在实际驾驶条件下（Sagaspe等，2008）进行的研究。
两项研究均采用交叉平衡设计，相应的参与者经历3次结束于早上5点的夜间驾驶（图1）：2小时短时间驾驶行程（早上3-5点）、4小时中等时间驾驶行程（早上1-5点）、8小时长时间驾驶行程（晚上9点-早上5点）。
任意两次驾驶之间至少要隔一周。
图1：三条轴代表睡眠-觉醒的时段和三次夜间驾驶的行程（短期、中期和长期驾驶）的持续时间。浅灰色部分对应于日间参考
驱动器（晚上9-10点）。深灰色部分对应于用于分析的三次夜间驾驶行程的最后一小时（早上4-5点）。
2.3.1睡眠时间表
所有参与者都被要求保持规律的作息时间表，睡眠时间在晚上十一点到早上七点半之间。这项要求是在每个实验课程（Actiwatch,Cambrige Neurotechnology）前3天通过活动测定（Actiwatch,Cambrige Neurotechnology）检查的。从早上七点半到开始驾驶时段，即在清醒期间，技术人员阻止参与者睡觉。他们被允许可以进行很多活动（如进食，看书或者看电视）。在禁止睡眠期间的照明是人工的，光照度范围为从150勒克斯到400勒克斯。
2.3.2驾驶行程
在每次的驾驶行程（模拟驾驶和实际驾驶条件下）中，参与者向一个方向行驶115公里（71.5英里），然后返回同一高速公路。每一圈大概持续一小时，这意味着驾驶员在短时间驾驶环节（从早上3点到5点）行驶230公里（143英里），在中等时间驾驶环节（从早上1点到5点）行驶460公里（246英里），在长时间驾驶环节（从晚上9点到早上5点）行驶920公里（572英里）。
在驾驶模拟器上，参与者必须在虚拟环境（天气晴朗的日子里交通畅通的笔直的双车道高速公路）中行驶，还原试验中使用的高速公路。
在实际驾驶条件下，参与者在高速公路上行驶车辆。实验程序在别处详细描述（Sagaspe等，2008）。
2.3.3驾驶模拟器
该固定的INRETS-MSIS SIM2驾驶模拟器由计算机和视频游戏方向盘组成，没有施加力反馈。参与者的头部被固定在屏幕前方60厘米处。视觉场景的分辨率为1024times;768像素，刷新频率为60 Hz。 模拟器在19英寸的屏幕（图2）上呈现了高速公路的驾驶场景。模拟的路面是彩色的，现场能见度对应于没有交通的晴朗白天的条件。仿真中描绘出的公路的几何形状是虚拟现实中真实的高速公路（Agen和法国Langon之间的A62）的重建.这项重建基于地形布局，由双车道高速公路组成。模拟中纳入了车道的宽度和道路标记特征，以获得与真实驾驶相似的道路感知。实验人员将车速调整为130公里每小时，并且指令参与者在右车道的中心驾驶。眼睛的环境照明度约为150勒克斯。在实验之前，所有参与者都熟悉这些材料。在实验的过程中，没有参与者因疾病或不适而停止实验。
图2：INRETS-MSIS SIM2模拟器的屏幕显示
2.3.4疲劳和嗜睡的自我感觉
在开始驾驶之前和每圈结束时（即每小时），参与者必须在100毫米视觉模拟量表（VAS）（“描述此时的疲劳程度”）上评估他们的疲劳，其范围从“完全不疲劳”到“非常疲劳”，并且在卡罗琳斯卡嗜睡程度（KSS）上描述睡意（Akerstedt和Gillberg，1990）。 KSS也在每圈中间完成，量表的范围从1到9（“非常警觉”，“非常困到努力睡眠或努力保持清醒”）。
2.4数据处理和分析
使用市面发售的软件（睡眠分析5.25;剑桥神经技术公司）获得每个实验阶段前三夜的睡眠变量（总睡眠时间和睡眠效率）。 所有计量数据均以平均值和标准偏差（SD）公布。 以“驾驶类型”（模拟驾驶条件与实际驾驶条件）和“实验课程”作为内部因素（短期、中期和长期驾驶），通过重复测量方差分析（2times;3）来分析数据。
使用不合适的线路交叉点（ILC）的数量来评估在夜间不同长度驾驶时间后的驾驶障碍。 每次车辆穿过其中一个侧向公路车道标记时，就计算一项ILC。
ILC是量化夜间延长驾驶影响的主要结果变量，因为流行病学的调查结果显示，65％的跟睡眠相关的事故发生在ILC后（Sagberg，1999）。行驶中瞌睡最常见的后果是右边缘线或中线的交叉。 一些研究（O#39;hanlon等，1995; Philip等，2005a）表明，在白天的驾驶过程中警觉性受损会引起道路横向偏差。大多数与睡眠相关的交通事故都是汽车在路上行驶时司机没有及时反应而使汽车撞到障碍物导致的后果（Pack等，1995；Sagberg，1996）.
为了避免短时间启动的影响，我们只比较了每次驾驶最后一小时的ILC，而不是存在可能性的2小时。 然后，我们用长时间驾驶时段的第一个小时内（晚上9-10点）的驾驶行为，作为与同一天获得的警觉驾驶行为的参考。
实验将每个参与者驾驶的最后一小时内的ILC数目作为因变量和参与者的决定因素（晚上9-10点；短期、中期和长期驾驶行程的最后一小时），使用9.0版本的State（Stata Corp,College Station,USA）中的负二项回归分析模拟驾驶状况期间的ILC数量。我们报告了在事故率比（IRR）和95%置信区间（CI）各自的条件下的ILC的比较。
实验通过重复测量方差分析（2times;4），以“驾驶类型”（模拟驾驶条件与实际驾驶条件）和“驾驶课程”为内部因素（晚上9-10点；短期、中期和长期驾驶的最后一小时）分析ILC数量、自我评估疲劳度和困倦程度。用于这些分析的实际驾驶状况的数据已在以前相应的课题研究（Sagaspe等，2008）中发布。
这些分析使用了SPSS统计软件包（SPSS Inc.的12.0.1版本，美国芝加哥）。
- 结果
3.1睡眠变量
参与者在模拟短期驾驶行程前的夜间平均睡眠时间为440分钟（plusmn;56）（睡眠效率为92%（plusmn;9）），在实际驾驶行程前的平均睡眠时间为428分钟（plusmn;33）（睡眠效率为91.0%（plusmn;6.0））。在模拟中期驾驶行程前的夜间平均睡眠时间为423分钟（plusmn;54）（睡眠效率为89%（plusmn;7）），在实际驾驶行程前的平均睡眠时间为412分钟（plusmn;46）（睡眠效率为88%（plusmn;10））。在模拟长期驾驶行程前的夜间平均睡眠时间为438分钟（plusmn;40）（睡眠效率为90%（plusmn;9）），在实际驾
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