虚拟现实技术在孤独症患儿中的应用进展

张珂嘉，王志丹，魏予昕

（江苏师范大学,江苏 221116）

孤独症(autism spectrum disorder，ASD)是一种神经发育障碍疾病，主要特征为情绪障碍、社交障碍、生活技能障碍和恐惧障碍等，病人常伴有焦虑[1]、紧张性抑郁障碍[2]、注意缺陷、多动障碍[3]等。从20 世纪90 年代初期至今，全球孤独症发病率呈上升趋势。美国1项研究显示：全美国每59 个儿童中就有1 个患有孤独症[4]。孤独症的具体成因目前尚不明确，但按照其性质大致可分为生物因素和非生物因素，其中生物因素占绝大部分[5]。传统孤独症谱系障碍治疗主要针对以上两种因素展开，如生物取向疗法、应用行为分析训练和游戏取向疗法等[6]，这些治疗方式针对性较弱、耗时较长、灵活性较低，尤其是生物取向疗法主要采用药物疗法，对孤独症病人的心理与生理都会造成一定损害。为了更好地帮助病人适应社会，近几年，研究者开始将虚拟现实(virtual reality，VR)技术应用于孤独症治疗，并取得了一定效果。本研究通过综述目前虚拟现实技术在孤独症儿童情绪认知障碍、社交障碍、生活技能障碍和恐惧障碍中的应用情况，旨在为孤独症谱系障碍病人的康复与护理提供借鉴。

1 虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术是一种以计算机为基础，以高级技术为辅助的环境模拟系统，它可以与人的视觉、听觉、触觉等感觉器官建立联系，从而创造一个能使参与者的动作行为等自然方式与虚拟环境进行交互并伴有沉浸感的多维信息空间。虚拟现实技术主要有沉浸感、交互性、想象3 个特征。沉浸感是虚拟现实技术的核心，主要指用户可以完全融入计算机生成的虚拟环境中的能力，其可以有效提高孤独症病人的环境适应性，增强病人应对各种交际情景的能力；交互性是人机和谐的关键因素，使用者可以通过先进的传感器感知虚拟环境中的各类物体，促进虚拟环境与客观现实融合，其可以引导孤独症病人在虚拟情景中与物体或者人物进行交互，从而促进孤独症病人的社会性发展；想象是虚拟现实技术的起点，可以让使用者沉浸于虚拟环境之中，提升使用者的感官功能，拓宽使用者的思维，其从一定程度上也可以培养孤独症病人的抽象思维能力及语言能力[7]。虚拟现实技术的三大特性可以从适应环境、社交、语言等方面对孤独症病人进行干预治疗，与传统治疗方法相比更具全面性和灵活性。它不仅在治疗方式上有更高的效率，而且在人性化设计方面也全方位地考虑到了孤独症病人的心理世界，给孤独症病人提供了多元化治疗空间。

2 虚拟现实技术的应用

2.1 情绪认知 大部分孤独症病人存在面部表情识别障碍，并且对不同表情的识别能力有一定差异。孤独症儿童可以识别开心、害怕等简单表情，但准确率低于一般儿童；且对于一些负面情绪，孤独症儿童的识别能力较弱[8]，容易造成儿童对他人面部注视的回避心理[9]。Moore 等[10]以34 例存在情绪识别障碍的7～16岁孤独症儿童为研究对象，为其搭建了一个可以供多个用户同时接入并进行线上互动的协作式虚拟现实环境进行训练，在该环境中系统可以模拟出虚拟人物的面部表情，同时，孤独症儿童也可以通过该系统进行互动交流。经过训练，＞90%的孤独症儿童能够准确识别虚拟现实环境中虚拟人物的面部表情。Hopkins等[11]运用虚拟现实游戏FaceSay 对孤独症儿童进行情绪认知能力及社交能力干预，结果表明：虚拟现实游戏训练可以提高孤独症病人的各项能力。Lorenzo 等[12]创建了一种沉浸式虚拟现实系统，此系统主要由一个“L”形状的“半洞穴”式屏幕和1 个在末端操作器上装有摄像头的机器人构成。研究者运用Vizard 软件在屏幕上设计虚拟场景，场景可根据病人动作和行为进行改变；系统也可以记录被试的行为与表情是否对应，据此达到矫正效果；此外，系统还加入了声音系统以增加虚拟环境的真实性，有利于提高病人使用时的沉浸感。试验按照孤独症病人的各种情绪、行为设计社会情景，通过评价者给予任务解释和行为指南引导病人进行各种活动，结果发现：使用沉浸式虚拟现实系统的孤独症病人更容易适应虚拟环境，并且在情绪识别和行为认知方面都有一定提升。

2.2 社交能力 社交障碍是孤独症病人的主要特征之一，虚拟现实技术的发展为解决孤独症病人社交障碍开辟了新道路。Hopkins 等[11]为研究新型互动软件对孤独症病人社交技能的影响，运用FaceSay 创建虚拟现实环境对49 例心理年龄在6～10 岁的孤独症儿童进行干预。他们通过FaceSay 中的“amazing gazing”“band aid clinic”“follow the leader”3个游戏训练研究对象的眼部注意力，结果显示：病人在自然环境中的社交能力得到明显提升。Kandalaft 等[13]选择8 例高功能孤独症病人作为研究对象进行了10 个疗程的干预，其间研究者用second life 模拟日常生活中的社交情境，以便训练孤独症病人交友和解决矛盾等一系列基本社交技能。在不同的虚拟情境中都有临床医生和教练在场，临床医生可以根据不同场景改变性别、声音，与孤独症病人进行语言交流；教练负责观察记录孤独症病人与临床医生的互动并提出反馈意见。干预结果显示：病人在语言、非语言和心理理论方面显著改善。近年来，随着研究不断深入，虚拟现实技术又出现了用以培养孤独症儿童社会理解能力和社会技能的新模式——协作性虚拟环境(collaborative virtual environment,CVE)。Zhao 等[14]开发了CVE 的新型干预方法——“手拉手”平台（hand-in-hand,HIH），此平台为使用者提供交互性合作情境，其中包含Puzzle Games、Collection Games 和Delivery Games 3 个合作游戏，这些游戏要求使用者在规定时间内完成目标任务，旨在培养孤独症病人对自身运动行为的控制能力及换位思考的能力。经过训练孤独症病人在参与游戏的过程中受到了同伴的积极影响，增强了协作性，他们与伙伴之间的自发对话明显增多。

2.3 生活技能 孤独症病人由于注意缺陷、兴趣狭窄、智龄落后等原因对生活技能的学习能力较低。虚拟现实技术可以为孤独症病人创造出安全、可靠的环境，更好地引导孤独症病人学习生活技能。Bamasak等[15]提出用虚拟现实技术引导儿童参与社交环境和进行交互式行为。他们选择5～16 岁的孤独症儿童作为康复对象，用虚拟现实技术模拟出典型环境，其中有特定训练帮助研究对象适应生活中的常见情景，如下达任务、进行语音交流或训练眼神接触。除此之外，系统会根据研究对象的反应记录他们对生活技能的理解与感受，以便更好地分析孤独症病人的心理状态，从而及时调整治疗方式。经过训练，病人的沟通技巧等有所提高，他们对周围环境的感知度也趋于整体化。Charitos等[16]用虚拟现实技术营造出2 种“回家”的虚拟场景帮助病人训练基本生活技能，一种场景是孤独症病人需要直接观察虚拟人物展现的活动，另一场景是孤独症病人需要间接控制虚拟人物。通过及时记录病人反应，结果发现，虚拟现实场景可以促使病人更好地学习生活技能并将其运用到生活当中。Matsentidou 等[17]运用虚拟现实技术对孤独症儿童进行“过马路”技能训练，证明沉浸式虚拟现实技术对孤独症儿童生活技能干预训练具有有效性。Parsons 等[18]比较了孤独症儿童在传统教学方法与应用虚拟现实技术学习2 种情况下将学得的安全技能迁移到现实生活中的效果，结果显示：沉浸式教学方式可以有效提高病人对技能学习的迁移能力。

2.4 特定恐惧 特定恐惧所指的范围广泛，例如对特定地点、特定物品或者是对某种性格特征会产生紧张、焦虑的感觉[19]。这种现象在孤独症病人中较常见，约有40%的孤独症儿童存在特定恐惧。治疗特定恐惧的一般方式是认知行为疗法，这种疗法对孤独症儿童具有一定效果，但针对孤独症的行为认知疗法大多数是基于操作性和客观性较强的实例研究，这些研究并没有运用相对应的知识，从某种程度上来说，它们改变了行为认知疗法的本质，偏离了行为认知疗法的实施轨道，也在某种程度上导致治疗收效甚微[20]。因此，部分研究者将认知行为疗法与虚拟现实技术相结合进行研究，取得了一定成果。Maskey 等[21]将7～13 岁患有孤独症且语言能力较强的男孩作为研究对象，对行为认知疗法与虚拟现实技术对特定恐惧的干预效果进行研究，通过设置包含特定恐惧场景或者物品的虚拟现实环境——蓝房子，用听觉和视觉效果创造出完全沉浸式的虚拟环境后让病人参与其中，同时研究人员不断引导研究对象做出正确反应，当病人适应当前状态之后，接触特定恐惧的次数会增加，虚拟环境逐渐复杂化，难度呈阶梯上升，结果显示：有8 例儿童能够在治疗后很长时间内克服特定恐惧。为了保证结果的真实性，Maskey 等[22]随后对行为认知疗法与虚拟现实技术相结合的方法进行了二次验证，他们使用更大的临床样本，并设置参照组，结果表明：1/3 的儿童在经过训练后可以处理实际生活中的特定恐惧；家长评分结果表明，接受训练的儿童在处理恐惧事物、情景、调控情感方面能力明显增强，而对照组儿童不能在生活中灵活解决问题，也无法正确处理焦虑感。表明虚拟现实技术和传统的干预方法联合具有优越性。

3 展望

3.1 探究孤独症的生物机制 虽然孤独症已经受到更多人关注，但其病因仍不明确，导致治疗方向和方法不够精准到位。虚拟现实技术有助于研究孤独症的生物机制，反之，生物机制明确后也可以进一步完善虚拟现实平台。研究者在以后研究中可以从孤独症的本源方面进行探究，利用虚拟现实技术追寻孤独症的生理原因，实现对症下药。目前，虚拟现实技术可以监测心电图、脉冲图、皮肤温度、皮肤电反应4 项指标。Bekele 等[23]利用虚拟现实技术对孤独症病人的生理信号进行监测，结果发现，孤独症病人错误识别情感表达时，会出现焦虑、出汗、心律失常、血压升高的情况。提示研究者可以将抽象的心理现象转变为具体的生理指标，从而更加精确地找出孤独症病人情绪变化和行为模式出现的根本原因。

3.2 将虚拟现实与其他技术融合 将虚拟现实技术与其他治疗方式融合可能会有较好的治疗效果。①与传统疗法融合：传统疗法是目前普遍使用的干预方式，但其干预效果不明显。虚拟现实技术弥补了传统疗法的一些不足之处，使干预方法向多元化、趣味化发展。②与特色疗法融合：Austin 等[24]尝试将虚拟现实技术与催眠疗法结合，他们选取2 例孤独症男孩作为研究对象，结果发现：研究对象在试验过程中都很专注、放松。③与其他新兴科技融合：Wall 等[25]提出将人工智能，如机器学习应用于孤独症的诊断中，不仅可以节省时间，而且可以提高准确率。

3.3 关注人性化治疗 虚拟现实技术可应用于人性化治疗中。大多数关于虚拟现实技术与孤独症的研究都是关于干预方式的研究，他们关注更多的是如何治愈疾病，而忽视了他人对孤独症的看法、家长对孤独症患儿的态度、孤独症照护的整体发展等。研究者在以后的研究中，一方面应探索如何将虚拟现实技术更好地应用于孤独症干预训练，另一方面也应积极发挥虚拟现实技术的应用价值，使更多人关注孤独症患儿。