虛擬現實技術在孤獨癥患兒中的應用進展

張珂嘉，王志丹，魏予昕

（江蘇師范大學,江蘇 221116）

孤獨癥(autism spectrum disorder，ASD)是一種神經發育障礙疾病，主要特征為情緒障礙、社交障礙、生活技能障礙和恐懼障礙等，病人常伴有焦慮[1]、緊張性抑郁障礙[2]、注意缺陷、多動障礙[3]等。從20 世紀90 年代初期至今，全球孤獨癥發病率呈上升趨勢。美國1項研究顯示：全美國每59 個兒童中就有1 個患有孤獨癥[4]。孤獨癥的具體成因目前尚不明確，但按照其性質大致可分為生物因素和非生物因素，其中生物因素占絕大部分[5]。傳統孤獨癥譜系障礙治療主要針對以上兩種因素展開，如生物取向療法、應用行為分析訓練和游戲取向療法等[6]，這些治療方式針對性較弱、耗時較長、靈活性較低，尤其是生物取向療法主要采用藥物療法，對孤獨癥病人的心理與生理都會造成一定損害。為了更好地幫助病人適應社會，近幾年，研究者開始將虛擬現實(virtual reality，VR)技術應用于孤獨癥治療，并取得了一定效果。本研究通過綜述目前虛擬現實技術在孤獨癥兒童情緒認知障礙、社交障礙、生活技能障礙和恐懼障礙中的應用情況，旨在為孤獨癥譜系障礙病人的康復與護理提供借鑒。

1 虛擬現實技術的特點

虛擬現實技術是一種以計算機為基礎，以高級技術為輔助的環境模擬系統，它可以與人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官建立聯系，從而創造一個能使參與者的動作行為等自然方式與虛擬環境進行交互并伴有沉浸感的多維信息空間。虛擬現實技術主要有沉浸感、交互性、想象3 個特征。沉浸感是虛擬現實技術的核心，主要指用戶可以完全融入計算機生成的虛擬環境中的能力，其可以有效提高孤獨癥病人的環境適應性，增強病人應對各種交際情景的能力；交互性是人機和諧的關鍵因素，使用者可以通過先進的傳感器感知虛擬環境中的各類物體，促進虛擬環境與客觀現實融合，其可以引導孤獨癥病人在虛擬情景中與物體或者人物進行交互，從而促進孤獨癥病人的社會性發展；想象是虛擬現實技術的起點，可以讓使用者沉浸于虛擬環境之中，提升使用者的感官功能，拓寬使用者的思維，其從一定程度上也可以培養孤獨癥病人的抽象思維能力及語言能力[7]。虛擬現實技術的三大特性可以從適應環境、社交、語言等方面對孤獨癥病人進行干預治療，與傳統治療方法相比更具全面性和靈活性。它不僅在治療方式上有更高的效率，而且在人性化設計方面也全方位地考慮到了孤獨癥病人的心理世界，給孤獨癥病人提供了多元化治療空間。

2 虛擬現實技術的應用

2.1 情緒認知 大部分孤獨癥病人存在面部表情識別障礙，并且對不同表情的識別能力有一定差異。孤獨癥兒童可以識別開心、害怕等簡單表情，但準確率低于一般兒童；且對于一些負面情緒，孤獨癥兒童的識別能力較弱[8]，容易造成兒童對他人面部注視的回避心理[9]。Moore 等[10]以34 例存在情緒識別障礙的7～16歲孤獨癥兒童為研究對象，為其搭建了一個可以供多個用戶同時接入并進行線上互動的協作式虛擬現實環境進行訓練，在該環境中系統可以模擬出虛擬人物的面部表情，同時，孤獨癥兒童也可以通過該系統進行互動交流。經過訓練，＞90%的孤獨癥兒童能夠準確識別虛擬現實環境中虛擬人物的面部表情。Hopkins等[11]運用虛擬現實游戲FaceSay 對孤獨癥兒童進行情緒認知能力及社交能力干預，結果表明：虛擬現實游戲訓練可以提高孤獨癥病人的各項能力。Lorenzo 等[12]創建了一種沉浸式虛擬現實系統，此系統主要由一個“L”形狀的“半洞穴”式屏幕和1 個在末端操作器上裝有攝像頭的機器人構成。研究者運用Vizard 軟件在屏幕上設計虛擬場景，場景可根據病人動作和行為進行改變；系統也可以記錄被試的行為與表情是否對應，據此達到矯正效果；此外，系統還加入了聲音系統以增加虛擬環境的真實性，有利于提高病人使用時的沉浸感。試驗按照孤獨癥病人的各種情緒、行為設計社會情景，通過評價者給予任務解釋和行為指南引導病人進行各種活動，結果發現：使用沉浸式虛擬現實系統的孤獨癥病人更容易適應虛擬環境，并且在情緒識別和行為認知方面都有一定提升。

2.2 社交能力 社交障礙是孤獨癥病人的主要特征之一，虛擬現實技術的發展為解決孤獨癥病人社交障礙開辟了新道路。Hopkins 等[11]為研究新型互動軟件對孤獨癥病人社交技能的影響，運用FaceSay 創建虛擬現實環境對49 例心理年齡在6～10 歲的孤獨癥兒童進行干預。他們通過FaceSay 中的“amazing gazing”“band aid clinic”“follow the leader”3個游戲訓練研究對象的眼部注意力，結果顯示：病人在自然環境中的社交能力得到明顯提升。Kandalaft 等[13]選擇8 例高功能孤獨癥病人作為研究對象進行了10 個療程的干預，其間研究者用second life 模擬日常生活中的社交情境，以便訓練孤獨癥病人交友和解決矛盾等一系列基本社交技能。在不同的虛擬情境中都有臨床醫生和教練在場，臨床醫生可以根據不同場景改變性別、聲音，與孤獨癥病人進行語言交流；教練負責觀察記錄孤獨癥病人與臨床醫生的互動并提出反饋意見。干預結果顯示：病人在語言、非語言和心理理論方面顯著改善。近年來，隨著研究不斷深入，虛擬現實技術又出現了用以培養孤獨癥兒童社會理解能力和社會技能的新模式——協作性虛擬環境(collaborative virtual environment,CVE)。Zhao 等[14]開發了CVE 的新型干預方法——“手拉手”平臺（hand-in-hand,HIH），此平臺為使用者提供交互性合作情境，其中包含Puzzle Games、Collection Games 和Delivery Games 3 個合作游戲，這些游戲要求使用者在規定時間內完成目標任務，旨在培養孤獨癥病人對自身運動行為的控制能力及換位思考的能力。經過訓練孤獨癥病人在參與游戲的過程中受到了同伴的積極影響，增強了協作性，他們與伙伴之間的自發對話明顯增多。

2.3 生活技能 孤獨癥病人由于注意缺陷、興趣狹窄、智齡落后等原因對生活技能的學習能力較低。虛擬現實技術可以為孤獨癥病人創造出安全、可靠的環境，更好地引導孤獨癥病人學習生活技能。Bamasak等[15]提出用虛擬現實技術引導兒童參與社交環境和進行交互式行為。他們選擇5～16 歲的孤獨癥兒童作為康復對象，用虛擬現實技術模擬出典型環境，其中有特定訓練幫助研究對象適應生活中的常見情景，如下達任務、進行語音交流或訓練眼神接觸。除此之外，系統會根據研究對象的反應記錄他們對生活技能的理解與感受，以便更好地分析孤獨癥病人的心理狀態，從而及時調整治療方式。經過訓練，病人的溝通技巧等有所提高，他們對周圍環境的感知度也趨于整體化。Charitos等[16]用虛擬現實技術營造出2 種“回家”的虛擬場景幫助病人訓練基本生活技能，一種場景是孤獨癥病人需要直接觀察虛擬人物展現的活動，另一場景是孤獨癥病人需要間接控制虛擬人物。通過及時記錄病人反應，結果發現，虛擬現實場景可以促使病人更好地學習生活技能并將其運用到生活當中。Matsentidou 等[17]運用虛擬現實技術對孤獨癥兒童進行“過馬路”技能訓練，證明沉浸式虛擬現實技術對孤獨癥兒童生活技能干預訓練具有有效性。Parsons 等[18]比較了孤獨癥兒童在傳統教學方法與應用虛擬現實技術學習2 種情況下將學得的安全技能遷移到現實生活中的效果，結果顯示：沉浸式教學方式可以有效提高病人對技能學習的遷移能力。

2.4 特定恐懼 特定恐懼所指的范圍廣泛，例如對特定地點、特定物品或者是對某種性格特征會產生緊張、焦慮的感覺[19]。這種現象在孤獨癥病人中較常見，約有40%的孤獨癥兒童存在特定恐懼。治療特定恐懼的一般方式是認知行為療法，這種療法對孤獨癥兒童具有一定效果，但針對孤獨癥的行為認知療法大多數是基于操作性和客觀性較強的實例研究，這些研究并沒有運用相對應的知識，從某種程度上來說，它們改變了行為認知療法的本質，偏離了行為認知療法的實施軌道，也在某種程度上導致治療收效甚微[20]。因此，部分研究者將認知行為療法與虛擬現實技術相結合進行研究，取得了一定成果。Maskey 等[21]將7～13 歲患有孤獨癥且語言能力較強的男孩作為研究對象，對行為認知療法與虛擬現實技術對特定恐懼的干預效果進行研究，通過設置包含特定恐懼場景或者物品的虛擬現實環境——藍房子，用聽覺和視覺效果創造出完全沉浸式的虛擬環境后讓病人參與其中，同時研究人員不斷引導研究對象做出正確反應，當病人適應當前狀態之后，接觸特定恐懼的次數會增加，虛擬環境逐漸復雜化，難度呈階梯上升，結果顯示：有8 例兒童能夠在治療后很長時間內克服特定恐懼。為了保證結果的真實性，Maskey 等[22]隨后對行為認知療法與虛擬現實技術相結合的方法進行了二次驗證，他們使用更大的臨床樣本，并設置參照組，結果表明：1/3 的兒童在經過訓練后可以處理實際生活中的特定恐懼；家長評分結果表明，接受訓練的兒童在處理恐懼事物、情景、調控情感方面能力明顯增強，而對照組兒童不能在生活中靈活解決問題，也無法正確處理焦慮感。表明虛擬現實技術和傳統的干預方法聯合具有優越性。

3 展望

3.1 探究孤獨癥的生物機制 雖然孤獨癥已經受到更多人關注，但其病因仍不明確，導致治療方向和方法不夠精準到位。虛擬現實技術有助于研究孤獨癥的生物機制，反之，生物機制明確后也可以進一步完善虛擬現實平臺。研究者在以后研究中可以從孤獨癥的本源方面進行探究，利用虛擬現實技術追尋孤獨癥的生理原因，實現對癥下藥。目前，虛擬現實技術可以監測心電圖、脈沖圖、皮膚溫度、皮膚電反應4 項指標。Bekele 等[23]利用虛擬現實技術對孤獨癥病人的生理信號進行監測，結果發現，孤獨癥病人錯誤識別情感表達時，會出現焦慮、出汗、心律失常、血壓升高的情況。提示研究者可以將抽象的心理現象轉變為具體的生理指標，從而更加精確地找出孤獨癥病人情緒變化和行為模式出現的根本原因。

3.2 將虛擬現實與其他技術融合 將虛擬現實技術與其他治療方式融合可能會有較好的治療效果。①與傳統療法融合：傳統療法是目前普遍使用的干預方式，但其干預效果不明顯。虛擬現實技術彌補了傳統療法的一些不足之處，使干預方法向多元化、趣味化發展。②與特色療法融合：Austin 等[24]嘗試將虛擬現實技術與催眠療法結合，他們選取2 例孤獨癥男孩作為研究對象，結果發現：研究對象在試驗過程中都很專注、放松。③與其他新興科技融合：Wall 等[25]提出將人工智能，如機器學習應用于孤獨癥的診斷中，不僅可以節省時間，而且可以提高準確率。

3.3 關注人性化治療 虛擬現實技術可應用于人性化治療中。大多數關于虛擬現實技術與孤獨癥的研究都是關于干預方式的研究，他們關注更多的是如何治愈疾病，而忽視了他人對孤獨癥的看法、家長對孤獨癥患兒的態度、孤獨癥照護的整體發展等。研究者在以后的研究中，一方面應探索如何將虛擬現實技術更好地應用于孤獨癥干預訓練，另一方面也應積極發揮虛擬現實技術的應用價值，使更多人關注孤獨癥患兒。