虚拟现实技术在认知障碍患者中应用研究热点的可视化分析▲

贾 卫 杨 旭 马秋平

(广西中医药大学护理学院，南宁市 530000，电子邮箱1807570370@qq.com)

认知障碍是指由各种病因导致的记忆、执行、空间、言语等认知域中一项或多项功能受损和功能障碍，按照严重程度可分为轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)与痴呆[1]。流行病学调查显示，我国60岁及以上老年人群的MCI患病率达20%[2]，痴呆患病率达5.3%[3]。由于患病率高、照护负担沉重，认知障碍已成为重要的卫生问题之一。虚拟现实技术可根据应用目的创设出“逼真”的虚拟场景，通过视觉、听觉、触觉等感知觉刺激，使用户产生身临其境的错觉[4]。因其具有趣味性强、可调控、信息反馈及时等优点，越来越多地被应用到认知障碍患者的康复照护中，相关研究也日益增多。但如何快速整合有效信息、科学分析该领域的结构模块、发现热点成为制约学者进一步开展研究的主要障碍。本研究基于Web of Science核心合集，采用数据可视化的方法，描述虚拟现实技术在认知障碍中的应用研究现状，探讨其热点主题与发展趋势，以期为国内学者开展此类研究提供思路。

1 资料与方法

1.1 资料来源 选择Web of Science核心合集作为数据来源。以TS=“Cognitive Dysfunction”OR “Cognition Disorders”OR “Neurocognitive Disorders” OR “Postoperative Cognitive Complications” OR Dementia* OR Alzheimer Disease* OR“Frontotemporal Dementia”为检索式进行主题词检索，所得结果记录为#1；以TS=Virtual Reality*进行主题词检索，结果记录为#2；最后组配“#1 AND #2”再次检索，获得最终数据。检索时限为建库至2020年2月。

1.2 文献筛选标准 纳入所有关于虚拟现实技术应用于认知障碍人群的文章，不限语言，不限发表时间；排除会议摘要与编辑素材。

1.3 数据分析方法 采用Excel软件统计年度发文量，绘制各年份发文量趋势图并进行线性回归分析。同时将最终检索数据导入CiteSpace软件，进行可视化分析。软件参数设置：时间跨度为1996～2020年，时间切片为1，阈值Top为50，其余参数均为默认模式。分别以国家(地区)、研究机构、学科、关键词与主题词为节点，选择最小生成树算法，绘制知识共现图谱。将知识图谱与具体文献相结合，从宏观上分析该领域研究现状、挖掘研究热点和趋向。

2 结 果

2.1 文献量 共检索到317篇文献。最早一篇发表于1996年(见图1)，2012年起发文量开始稳步增长，通过线性回归得出2012～2019年年度发文量每年递增约6.1篇(R2=0.97，回归拟合效果良好)。参照文献增长四个阶段理论[5]可知，虚拟现实技术应用于认知障碍患者的相关研究仍处于第一阶段，即缓慢增长阶段，尚未进入指数增长的大发展阶段(第二阶段)。

图1 Web of Science中虚拟现实技术应用于认知障碍的研究文献数量趋势图

2.2 国家与机构分布 共44个国家和地区在该领域做出贡献(见图2)。其中发文量最多的为美国(85篇)，占总发文量的26.81%，其次是英国(38篇)，意大利、法国、德国、加拿大紧随其后，分列第3～6位，中国发文量仅5篇。从中心性来看，美国最大(0.82)，德国次之(0.19)，英国第三(0.17)。发文量排名前十的机构为意大利IRCCS医院与科学研究所(16篇)、天主教圣心大学(15篇)、伦敦大学(14篇)、法国国家科学研究中心(9篇)，以及剑桥大学、亚里士多德大学、伯尔尼大学、韩国汉阳大学、韩国大学、韩国大学卫生系统(各为8篇)。其中有7所机构在欧洲。

图2 相关文献的国家合作网络图谱

2.3 交叉学科分布 采用CiteSpace软件绘制学科分布图谱(见图3)。学科交叉文献数量最多的是神经科学(共发文86篇)，心理学次之(74篇)，精神病学、临床神经学、康复学、老年病学、行为学、计算机科学、医学信息学等学科门类也占一定比例。从中心性来看，计算机科学、心理学、生物医学工程、神经科学的中心性排在前四位(分别为0.37、0.32、0.29、0.21)，体现出这些学科在该领域中的基础性地位。但该图谱网络密度D值仅为0.11，说明不同学科间交流合作力度有限。由此可见，虚拟现实技术在认知障碍中的应用研究涉及多个学科门类，各学科知识基础不同、关注方向亦不同，跨学科合作对拓宽该领域的研究深度与广度尤为重要。

图3 相关文献的学科分布网络图谱

2.4 高被引文献 以被引文献为节点，运行CiteSpace软件得到该研究领域高被引文献，其中被引频次排名前10位的文献见表1。

表1 被引频次排名前10位的文献

2.5 关键词分析

2.5.1 词频分析：以关键词与特征词为节点，得到该领域的高频关键词，其中文献内排名前15位的高频关键词分布见表2。

表2 相关文献内排名前15位的高频关键词分布

2.5.2 聚类分析：以关键词与特征词为节点，运行CiteSpace软件先进行聚类，挖掘热点主题；再绘制时区图(见图4)，使每个热点主题下的关键词簇按出现时间排列，清晰地展示各主题的结构与演变进程。本研究所绘制图谱模块度Q=0.379、平均轮廓值S=0.571，表明网络结构显著、聚类合理[16]，共有6个热点主题，主要包括episodic memory(情节记忆)、neuro-pediatric robot-assisted gait training(小儿神经步态训练)、virtual multiple errands test(虚拟多任务测试)、virtual reality assessment(虚拟现实评估)、proactive self(积极的自我)、senior adult(老年人)等领域。其中前两者出现最早，传承度较高。而从纵向来看，随时间推移，文献关键词形成众多小关键词簇，说明虚拟现实技术在应用于认知障碍领域的过程中不断萌发出新的研究角度，研究内容不断丰富，研究范围逐渐扩大。

图4 关键词聚类时间线性图谱

3 讨 论

3.1 虚拟现实技术应用于认知障碍的文献量 本研究结果显示，2012～2019年，虚拟现实技术应用于认知障碍的研究年度发文量每年递增约6.1篇。参照文献增长的四个阶段理论可知，虚拟现实技术应用于认知障碍患者的相关研究仍处于第一阶段，即缓慢增长阶段，尚未进入指数增长的大发展阶段(第二阶段)[5]。虚拟现实技术正式诞生于1965年，20世纪70～90年代由理论走向应用[4]。因此虚拟现实技术引入认知障碍领域的时间相对较早(1996年)，但经历了漫长的萌芽阶段(1996～2011年)。2012年起相关研究逐年活跃起来，可能与该时期虚拟现实技术行业趋于成熟、开始向其他行业渗透有关[4]。当前，随着虚拟现实技术的产业化发展、虚拟现实技术设备的不断创新，以及认知障碍的患病率持续增长，虚拟现实技术在认知障碍中的研究获得更多学者的关注。我国学者应把握机遇，在推进“互联网+医疗健康”的时代背景下，以临床需求为导向，广泛开展相关研究。

3.2 发文国家与机构分布 本研究结果显示，虚拟现实技术应用于认知障碍的相关研究发文量最多的为美国，其中心性也最大，表明其在该研究领域对外合作最多、影响力最大，且发文量排名前十的机构中有7所机构在欧洲。当前虚拟现实技术在认知障碍中的研究是以美国为首的发达国家为主导，可能与其经济水平发达、信息技术先进、医疗服务理念创新等有关。我国虽已开展相关研究，但收录于Web of Science数据库的文献较少(5篇)，且均来自台湾地区。一方面可能因为研究者受语言能力限制而未能将成果撰写为英文文献，另一方面体现出我国在该领域的研究水平与西方国家仍有一定距离。为缩小差距、与国际接轨，我国学者应加强与高产国家的交流合作，关注上述顶尖机构的相关研究动态，捕捉前沿成果并在此基础上进一步开展研究。

3.3 虚拟现实技术应用于认知障碍的高被引文献 某领域高被引文献反映了该领域的知识基础，具有较高的参考价值。基于本研究的分析，笔者对虚拟现实技术应用于认知障碍的高被引文献进行如下解读。关于虚拟现实技术辅助认知与行为评估，南加州大学最早基于大脑注意力处理过程开发出一项注意力障碍评估与康复虚拟现实技术系统，模拟教室场景，通过添加系统化课堂干扰，监测、分析受试者的表现来评定其注意力[15]；Cushman等[11]通过研究验证了同一主题的现实环境和虚拟现实技术环境测试认知障碍患者寻路(导航)能力具有等效性；Lee等[7]以多张虚拟场景视图为工具，使患者完成特定的视图配对任务，以评价其场景辨别能力。关于虚拟现实技术辅助认知干预，Rizzo等[8]分析了神经心理学领域的虚拟现实应用程序及其使用现状，为后续应用研究提供了广泛借鉴；Anderson-Hanley等[10]发现，虚拟场景踏车运动比传统踏车运动能体现出更好的认知益处，且能够增强运动参与动机；Klinger等[12]的研究表明，虚拟现实暴露疗法可有效改善社交恐惧；Kandalaft等[9]发现虚拟环境社交干预能显著提高社交技能，而高水平社交是认知功能的保护性因素[17]。在神经认知机制研究方面，Seth等[6]基于新构建的神经认知机制理论模型解释了主观存在感的产生机制，并通过虚拟现实技术、神经成像和生理反馈进行测试，为虚拟场景代替现实场景的有效性提供了理论依据。另外，Pelphrey等[14]对一系列以特异性虚拟场景刺激、磁共振成像等为工具，探索社会感知功能与特定大脑结构关系的相关研究进行综述。总之，以上高被引文献从虚拟现实技术辅助认知行为评估、辅助认知干预及相关机制研究等方面展开论述，为后续学者将虚拟现实技术应用于认知障碍患者奠定了基础。

3.4 虚拟现实技术应用于认知障碍的研究热点 关键词是文献研究内容的概括，高频关键词可直观反映研究热点。本研究分析高频关键词发现，该领域大多以痴呆、阿尔茨海默病、MCI、精神分裂症等为研究对象，尤以老年患者居多，主要关注虚拟现实技术在改善记忆功能、空间功能、执行功能、行为表现等方面的应用效果。虚拟现实技术作为一项新技术被引入认知障碍康复治疗后，研究者重点关注其有效性，但从生物-心理-社会医学模式出发，其应用过程中的安全性、被接受度、满意度、成本-效益等问题同样值得探究。

关键词聚类可基于共现关系将联系密切的关键词聚为一类，体现热点主题。本研究聚类形成6大热点主题。分析如下：

主题1：虚拟现实技术辅助记忆康复。记忆损害是阿尔茨海默病所致认知障碍的早期特征性表现[18]，可影响患者的社交、情绪、自我评价等[19]，较早受到关注。Monteiro-Junior等[20]采用虚拟系统游戏干预老年认知障碍患者，发现其语义记忆、执行功能较前改善；Weniger等[21]的研究同样显示，虚拟系统认知训练能显著提高阿尔茨海默病患者的空间记忆能力等。在干预形式上，现有研究以任务、游戏、运动等为主，未来可进一步将虚拟现实技术与传统认知疗法相结合，例如创设具有历史时代背景的虚拟环境，用以辅助怀旧疗法，增强干预效果。

主题2：虚拟现实技术辅助步态等行为训练。现有研究还广泛将虚拟现实技术用于痴呆患者的步态、平衡、日常生活技能等的康复训练中，使患者在模拟现实的虚拟现实技术场景中(如虚拟公园、虚拟超市)完成重复性行为训练，从而有利于其最大限度地将训练获得的技能延伸到实际生活中，提高自理能力，减轻照护负担。

主题3&4：创设特异性虚拟环境，辅助疾病评估。传统的认知、行为功能评估多依赖自我报告法，受到环境干扰、患者读写水平等诸多限制。虚拟现实技术为创新评估工具提供了新的机遇，利用虚拟现实技术可创设标准化虚拟环境，使患者置身其中、完成各项既定任务，而施测者通过针对性地调控环境、观察患者的表现来进行评估。Tarnanas等[22]以虚拟日常任务环境来评估MCI患者的认知功能，发现其性能概况与现有生物标记物密切相关，且具有更高的生物效度；Greenwood等[23]以虚拟超市购物任务的形式，将执行、记忆、社会认知等多个维度功能评估相组合，虚拟现实技术的可行性得到验证。但受试者年龄、计算机经验、受教育程度等可能影响虚拟现实技术测试结果[24]，需针对不同人群进行校验。此外，由于文化背景不同，在引入国外虚拟现实技术评估系统时，还应注意跨文化调试，并结合影像结果、生物标记物等充分验证其效果。

主题5：促进积极心理状态。Park等[25]发现，经过虚拟现实技术干预后，MCI患者的参与动机显著提高；另有多项研究得出类似结论[26-27]，但缺乏客观量化指标作为依据。虚拟环境灵活有趣，可消除患者与医护人员面对面互动的共同压力，增强患者参与积极度，促进正向心理状态。D′Cunha等[28]发现，虚拟/增强现实技术用于痴呆和MCI患者，可提升其幸福感；另有研究显示虚拟现实技术干预可显著降低MCI患者的抑郁水平[26]。

主题6：虚拟现实技术辅助高龄人群认知筛查与照护。高龄是认知障碍的独立危险因素[17]。随年龄增加，MCI患病率逐渐增长，且进展为痴呆的风险也较高。因此，早期筛查、早期干预高龄MCI患者成为新的研究热点。而众多学者尝试将虚拟现实技术系统作为筛查工具，如虚拟超市鉴别MCI与高龄认知健康者的正确率达87.30%[29]。针对我国居家养老为主的养老模式及认知障碍患病率农村高于城市的现状[30]，可借助虚拟现实技术，建立远程信息化社区认知筛查与干预体系，允许社区老年人应用虚拟现实技术程序定期自行进行认知评估，有效预测认知障碍发生；同时对于确诊认知障碍患者，提供符合其兴趣爱好的虚拟现实技术训练干预(如虚拟现实严肃游戏)，促进其居家认知康复。

4 小 结

本研究采用可视化的方法，客观介绍了虚拟现实技术在认知障碍患者中的应用现状及热点主题，但仍存在一定局限性，如主题内各名词之间联系不够清晰，给主题解释带来一定难度，需进一步完善。

虚拟现实技术辅助认知障碍康复的相关研究尚处于起步阶段，其优势已得到初步验证，发展前景广阔。建议国内学者多关注上述顶尖机构的研究动态，加强国际合作，同时积极与计算机科学、心理学等学科合作开展研究，拓宽研究的深度与广度，提升我国在该领域的研究水平。关键词可视化图谱提示，该领域有情节记忆、虚拟现实评估、虚拟多任务测试、神经步态训练、积极的自我与老年人等6大研究热点主题，而虚拟现实技术辅助老年人认知筛查与照护为最新热点，其在社区认知管理中有较大的应用价值，值得进一步关注。