严肃游戏在老年轻度认知障碍病人中的应用研究进展

伋可欣，王玲华

1.浙江中医药大学护理学院，浙江 310053；2.杭州市红十字会医院

人口老龄化加重，衰老带来的相关疾病日渐增多。研究显示，2019年，全球有超过5 000万例痴呆症病人，预计到2050年这一数字将增加到1.5亿例，对痴呆症人群的照护无疑会增加护理压力和成本[1]。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)是老年痴呆的先兆症状，被定义为人的认知功能大于预期年龄认知的下降，但不会显著干扰日常生活活动[2]，是处于正常衰老状态下的认知衰退与痴呆症的中间状态。及时筛查并早期采取相应措施能够延缓脑功能的退化，有助于减轻医疗压力。认知障碍根据有无记忆障碍分为遗忘型(aMCI)和非遗忘型(naMCI)，由于轻度认知障碍的症状不明显通常会被忽视，认知疾病的漏筛率较高，但作为痴呆的重要风险因素，早期识别对及时采取干预措施非常有必要[3]。严肃游戏(serious game,SG)概念于1970年首次由美国学者Abt等提出，并将其定义为那些主要不是为了娱乐而是为了教育目的而深思熟虑设计的游戏，后来发展为一种新兴的认知干预方式[4]。转移效应指出，认知障碍人群在进行游戏的过程中提高了接受和未接受训练的认知能力[5]，严肃游戏可提高老年人执行功能和处理速度，逐步成为轻度认知障碍评估和干预的新方向。

1 严肃游戏概述

1.1 严肃游戏的定义 严肃游戏是一种新型的认知干预理论，通过进行身体和心理游戏，利用娱乐来达成促进培训、教育、健康、公共政策和战略沟通目标。可以是电脑游戏、桌面游戏、角色扮演游戏甚至是户外游戏，其目的是使用游戏化来加强自身学习知识技巧和学习动力，从而达到特定目标。

1.2 严肃游戏设计的理论基础

1.2.1 心流理论 心流理论最早是由美国心理学家米哈里·契克森米哈赖提出，指个体常因为某项活动具有挑战性而沉浸其中，侧重于阐述当玩家高度集中于完成某件事就进入了心流状态，挑战和技能是影响心流形成的两个重要因素[6]。这种状态有助于自我激励、维持参与者的动力和提高任务效率。虽然心流是一种短暂主观的体验，却是人愿意持续投入该种活动的心理原因。

1.2.2 自我决定理论(Self-Determination Theory,SDT) 自我决定理论根据自主程度将动机划分为自主动机(识别、整合、内在动机)与控制动机(外在调节、内投)，并以动机为核心将个人的积极或者消极行为与特定社会环境因素联系起来，侧重于在用户参与活动前为其营造一个产生动机的情境和场所。它基于对能力的需求、自治的需要以及对相关性的需求3个基本需求。游戏已经被证明能够满足这些需求并增强内在动机。

1.3 严肃游戏的特点

1.3.1 严肃性 严肃性意味着在游戏的同时必须实现至少1个额外目标，也是严肃游戏的关键部分，对于认知严肃游戏来说，需要实现的目标包括持续的注意力、记忆力和执行能力，在没有加强课程的培训后6个月，能力提升保持稳定。要求实现特征化目标，明确游戏目的和适用目标人群，进行适当的正向反馈，例如奖励机制，使得训练效果可持续。

1.3.2 游戏化 游戏化是采取寓教于乐的形式，将游戏设计元素应用到非游戏情境中，从而对使用者心理和行为产生影响，在轻松的氛围中提高使用者积极性以获得更好的干预效果，其内核是目标、规则、反馈系统和自愿参与[7]。游戏化治疗方式可以改善训练流程和行为。

2 严肃游戏在轻度认知障碍病人中的应用

2.1 评估轻度认知障碍病人 临床对认知功能的测量常使用神经影像学测试、生物指标检测、事件相关电位和神经心理学测试。影像学技术成本高昂，其他测试影响因素较多，缺少真实日常生活的复杂性。与传统测试相比，计算机具有多个优势，包括更严格的管理标准化、更准确地呈现时间和响应延迟、易于管理以及可能减少评估时间。

2.1.1 收集游戏指标来创建认知可测量任务 游戏过程中会产生各种玩家的任务数据，这种能够反映生物功能的指标称作数字生物标志物，可以用作医学评估检测。Exergames平台在用户参加体育锻炼游戏过程中，使用运动捕捉系统动态记录生命体征，是一种形成性评估工具[8]。FitForAll最初被设计为一种干预工具，其次是一种评估工具，它包含一组高分辨率监控游戏，分别是跳台滑雪、苹果树、打砖块、钓鱼和迷你高尔夫。对认知功能的评估依靠总完成时间、完成任务所需要的次数、偏离最佳路径的程度以及错过游戏中得分点来计算[9]。根据游戏内的指标将受试者分为正常与认知功能障碍，并与经典的神经心理学测试相关联，通过计算曲线下面积来估计其检测轻度认知障碍的灵敏度和特异度，总体分类准确率为73.53%。此外，智能老龄化平台虚拟情景游戏诸如虚拟超市测试(VST)、虚拟楼阁和消防疏散等[10-12]复制了在日常生活中常见的任务来训练情景记忆、前瞻记忆、空间定位和注意力等认知功能，要求用户按照指示完成相应任务，系统会记录各种数据（位置、时间和动作），计算任务过程中的完成度、得分情况、时间。对认知障碍筛查正确分类率为70%～85%，在分辨健康人与轻度认知障碍病人的准确率与金标准结果相似。这种评估方式在进行经典游戏如卡牌配对、纸牌、排序、拼图等情况下收集的用户生成的生理和行为测量结果，可用于解释或预测与健康相关的结果[13]。

2.1.2 模拟神经心理学测试结构设计游戏 传统的神经心理学测试项目内容众多且测试过程繁琐，全面完成测试需要较多的时长。Episodix是一款基于加利福尼亚语言学习测试(CVLT)的游戏化来评估情景记忆的工具[14]，以纸质测试为参考，试图同时具备挑战性和乐趣，创建了一个与原始测试具有相同结构效度的数字游戏，游戏设计老年人在城镇中进行虚拟漫步，任务对象以视频或音频的形式出现，利用经历的回忆程度测试认知情况，作为区分轻度认知障碍、阿尔茨海默病和健康个体的有效工具，与传统测试相比实现了心理测量的生态有效性，同时老年人对这项工具表现出良好的接受度。Expanse是从与执行功能和传统评估测试相关的认知结构开始创建的一个叙事故事游戏[15]，以宇宙飞船为背景，专注于参与者与周围新场景进行互动，驱使他/她参与执行功能的情况和活动，是一组用于检测老年人认知障碍的触摸屏游戏。单一认知评估开发的多样性，让研究者逐渐转向多域认知评估。Panoramix软件由7种游戏组成，用于评估不同的认知领域[16]，即用于情景记忆的Episodix、用于注意力的Attentix、用于处理执行功能的Executix、用于评估工作记忆的Workix、用于语义记忆的Semantix、用于处理前瞻性记忆的Procedurix，以及用于认知能力的Gnosix，每个游戏都是基于经典的神经心理学测试设计而成，内部一致性良好，这种多域的评估方式可以进行选择性个性化评估，获得的信息更加精确。

2.2 训练认知障碍病人的能力

2.2.1 虚拟情景任务训练 虚拟情景训练大多通过模拟生活场景完成，为疗养院老人设计的MemoreBox以日常活动为基础，注重平衡、记忆、反应能力、手眼协调、柔韧性的不同组合，设计了摩托车、保龄球、乒乓球、唱歌、邮递员和跳舞游戏[17]。游戏过程中能够更好地整合身体和认知训练，同时相比较传统身体和认知组合训练，干预组的认知双重任务(步行同时进行连续减法运算)步态表现和节奏明显改善。Zhu等[12]开发了中国虚拟超市（CVSM）互动式语音应答（IVR）系统，包括操作学习模块、认知评估模块和认知干预模块。在操作学习模块中，参与者在3个单独的10～15 min的课程中被教导如何佩戴3D虚拟现实（VR）头盔和操作VR手柄与虚拟超市互动。多个练习被用来帮助参与者适应虚拟环境，在认知干预阶段进行物品购买数字排序支付。虚拟厨房烹饪游戏也常用于认知训练，玩家按照食谱在虚拟厨房中寻找食材并计划完成食谱所需的行动。通过从冰箱和橱柜里取出正确的食材，执行特定的手势来完成每个动作[18]。这种模拟日常生活活动训练更加受到青睐，成为研究的热点方向。

2.2.2 生物反馈游戏 生物反馈游戏常使用脑电图和脑电波引起操作性条件反射，用户可以有意识地调整他们的脑电波活动以达到有针对性的训练阈值，神经反馈训练不会主动刺激大脑细胞，而是一个反馈学习的过程[19]。在游戏中通过检查脑电信号中的Beta和Alpha波段的功率谱来估计对象的持续注意力水平，然后根据估计的注意力水平调整目标对象的特征。受试者需要保持一定注意力水平来完成奔跑、烹饪、投篮等5款游戏，对比运动游戏可以改善健康老年受试者和遗忘型轻度认知障碍病人的工作记忆、保留空间信息的能力、完成任务的策略以及视觉持续注意力的能力[20]。但其存在过高的技术成本、复杂的干预设置等应用普及问题，仍然需要进一步改善。

2.2.3 双重任务游戏 之前的研究已经证明，运动健康与老年人认知有关，身体锻炼可以增强受试者的认知能力[21]，相比单一运动游戏，双任务游戏尝试在运动游戏中添加认知元素，受试者同时或者先后进行两种训练，大脑和身体协调完成任务过程中会产生协同效应，超过简单的认知训练效应相加[22]。用户在进行认知训练的同时进行身体运动练习。最常见的双重任务游戏平台是Exergames，它最初用于平衡训练，是锻炼和游戏的结合体，对认知障碍病人认知功能改变，旨在将玩耍的动机方面与锻炼身体的益处相结合。X-Torp是一款动作冒险严肃游戏，需要进行一次长达80 min的培训，玩家在其中指挥一艘潜艇并遵循故事情节，与虚拟船只作战并完成一些迷你益智游戏，每次持续时间为2 h[23]。目标是刺激认知和身体活动，并有利于改善消极情绪。研究发现，相比较单任务训练，多重任务训练过程中大脑中前额叶涉及认知控制的皮层运动显著增加[24]，这种对大脑皮层刺激强烈的机制尚不清楚[25]。但双重任务游戏要求有身体锻炼的效果，训练时间较长，需要长时间保持专注。且由于存在身体与大脑的协调使用，对玩家的能力要求较高。未来需要更多研究探索其可行性。

3 严肃游戏在老年人认知障碍中的应用效果

3.1 减少认知筛查时间，缩小判断的主观性 认知功能涉及记忆、信息处理、注意力等多个领域，完全筛查所需要的时间较长，且在专业人员进行测试时，老年人会表现出警觉性和潜在压力，继而影响测试结果。使用严肃游戏进行认知障碍的筛查过程中，通过受试者在游戏中的表现获得客观数据进行判断，节省了重复测试的时间，避免因评估人员的主观判断而带来的误差。一款包含传统节日主题元素的游戏，进行认知功能的筛查设计框架由神经内科的专家参考量表共同确立，筛查时长控制在10～15 min，面向社区的训练系统设置3个核心功能模块，分别是认知筛查游戏、认知小课堂、认知训练游戏，简化了筛查过程，配备了后续的训练计划。以计算机为载体的认知筛查游戏可以提供毫秒级的精确测量度，提供更敏感的认知障碍测量，提高了测试的标准化[26]。

3.2 提高训练的积极性，降低干预成本 大量重复的训练是功能改善的前提，枯燥的训练往往会降低积极性，产生倦怠。游戏化带来的独特沉浸感和挑战性可以成为训练的驱动力。传统认知训练的中途中断率在15%以上，而游戏化的训练可提高自信心并提供合适的反馈，最大限度地提高玩家参与度。研究显示，4周内在iPad上进行游戏训练8 h，在整个游戏过程中保持了高水平的乐趣和动力[27]。老年人对参与严肃游戏训练较之传统干预的满意度更高，原因可能在于训练的自由度更高，同时游戏内含的奖励机制和外在的进步表现也会带来成就感，相比较传统训练老年人具有更高的自我效能感。这种低障碍、低成本和可持续的检测和干预方式正在逐步应用于医疗领域，减轻工作人员压力。

3.3 减缓认知功能减退，提高生活质量 由于大部分基于VR的严肃游戏模拟日常生活环境具有生态有效性，进行训练之后病人日常生活活动能力显著提高[28]。研究显示，身体和认知挑战的结合对于激活大脑组织保持神经能力至关重要[21]，中等强度的有氧训练刺激大脑组织功能活性，产生神经营养因子，继而增加大脑神经可塑性，修复认知相关大脑组织，延缓衰老和疾病带来的认知功能减退[29]。运动认知双重训练在提高认知能力的同时对老年病人平衡能力和身体素质的改善效果显著[30]，从而帮助老年人逐渐完成简单的日常生活活动。

3.4 改善心理健康，增加愉悦感 相当一部分认知障碍老年人会出现神经精神症状，产生负面情绪，脑部组织功能障碍带来的记忆、执行力、空间感知等下降让老年人不能独立进行日常活动，给家人增加生活负担，也会使老年人产生自卑和抑郁的心理，对人际交流产生抵触。在游戏过程中通过完成挑战任务促进人际互动，增加积极情绪，减少抑郁症的发生[31-32]，同时训练的有效性也会增强恢复正常生活的信心，获得自我认同感，从而改变生活的态度[33]。部分游戏还可以由多个玩家共同参与相互鼓励，增进社交互动。

4 建议

4.1 简化任务设计，及时反馈数据 老年人是认知障碍的高发群体，也是严肃游戏的受众，护理人员作为游戏的监督实施者可以参与到游戏设计当中，融入护理认知障碍老年人过程中的经验，充分考虑到使用对象的认知能力和心理偏好，简化游戏界面和任务表达的复杂性，使用色彩明显的图片来检测或评估，减少认知负担，增强可用性。同时，提高人机对话效率，计算机游戏应用教程应简洁详细，避免游戏过程中因为理解能力不足带来的偏差。康复计划行之有效的关键是坚持，对于认知功能不同的老年人，需要保持合适的挑战难度，过高或过低的难度都会丧失对游戏的积极性。根据用户的认知障碍类型创建不同级别的难度[34]，激发玩家产生内在动机。将评估过程收集到的数据应用于干预过程当中，整合评估与干预两部分，通过游戏中反馈的数据，修改训练游戏的难度，使游戏内容更加接近日常生活习惯。

4.2 统一评估流程，提供便利筛查 对于轻度认知障碍的评估尚无统一的指导方法，一般依靠经验主观判断，在出现症状后才会进行相应的评估，往往不能及时发觉，从而错过干预的有效期。护理人员可以通过相关培训掌握游戏评估工具的使用方法，指导家属协助参与，尽早对老年病人进行筛查，减少评估耗费的时间和成本。社区需要定期组织对老年人提供筛查服务，对于居家的老年人群在教学指导后实现自我检查，方便早期实施干预，达到延缓认知减退的作用。

4.3 关注安全问题，防止意外发生 老年人神经功能退化后存在平衡能力下降，在运动游戏中需要注意老年人安全问题，特别是基于VR的游戏更会使玩家产生眩晕等症状，需要掌握合适的训练时长，训练过程中护理人员要做好保护措施，防止训练时摔倒。可在训练地面放置柔软地毯，对于站立能力较低、首次进行训练的人群不宜选择平衡难度较大的游戏，注重个体能力差异性，适时在正式训练前进行1次预训练，以选择合适的强度提供个性化训练。

5 小结

严肃游戏是一种新的认知行为疗法，其在医疗教育、康复中应用广泛，通过严肃游戏对老年人认知障碍筛查和干预是一个新兴的研究方向，与传统的措施相比，更具有客观性和生态有效性，可以进一步降低干预成本，提高老年人参与的积极性，有助于为居家老人实现自我认知状况监测管理，缓解医疗资源和社会压力。