虚拟现实技术在临床心理学和临床认知神经科学中的应用|vr技术|社会心理学|神经科学|虚拟现实技术

虚拟现实（VR）既是一场科技探险，也是一场文化盛宴。虚拟现实技术作为一种新兴的治疗手段，已经在临床实践中得到了广泛的应用。它不仅可以帮助患者更好地理解和处理自己的心理问题，还可以在神经认知方面进行干预和训练。

Virtual Reality for Psychological and Neurocognitive Interventions 《》[( 美) 阿尔伯特·斯基普·里佐, ( 加) 斯蒂芬·布查德著; 徐勇, 赵文涛译. 北京: 科学出版社, 2024. 10]是一本关于虚拟现实技术在心理学和神经认知领域中的应用的重要著作，由国际知名专家阿尔伯特·斯基普·里佐（Albert“Skip”Rizzo）和斯蒂芬·布查德（Stéphane Bouchard）共同撰写，涵盖了虚拟现实技术在治疗和干预方面的最新进展和研究成果。本书系统介绍了虚拟现实技术在治疗焦虑、抑郁、创伤后应激障碍等心理问题，以及认知训练、神经康复等方面的应用。通过对本书的学习，读者可以更加全面地了解虚拟现实技术在心理和神经认知干预中的应用现状和未来发展趋势。

本书第1章介绍了虚拟现实技术在临床心理学和临床认知神经科学中的应用，本文节选分享部分内容。

数字沉浸式VR技术是一种有效的研究工具，可以帮助研究和评估人与人之间、人与计算机程序之间一对一的社会影响效应，也可以研究由虚拟化身逐渐变化为自主人物过程中，人与数字化身的社会影响效应。总而言之，数字沉浸式VR已在全球多个行为实验室和研究机构进行应用。理论模型的转化应用为心理学、社会心理学和其他行为科学的研究提供了巨大的便利。如今，VR的相关研究涉及人际沟通、社会心理、教育、医学等多个领域和产业。其不仅提高了研究的内部和外部效度，同时激发了更多的研究方向和可能性。

例如，研究人员可以利用沉浸式虚拟环境来控制或限制在传统的实验室环境中可能出现的潜在干扰变量（Blascovich et al. 2002），或者创建在真实环境中难以制作的、成本高昂或危险的环境（Fox et al. 2009；Lanier 1992；Biocca and Delaney 1995）。

随着硬件技术升级迭代，HMD（如Oculus Rift）和跟踪系统（如微软XBOX Kinect）变得更加廉价，因此VR相关的研究数量也在逐年增加（Blascovich and Bailenson 2011）。正如Fox在2009年所言，新现实已然以第三方工具的形式成为科学研究过程中的一个重要过程。首先，虚拟环境本身就是研究对象。研究人员需要探索和了解它们如何用于引发个体心理或社会心理活动与反应，同时探讨VR中的人类体验与现实中的相似或不同之处。其次，它们已经在非实验室的应用环境中被广泛使用。例如，医学生使用VR模拟来练习医疗过程（Burdea and Coiffet 2003）。最后，VR也被用于研究各种社会心理现象，如少数民族群体在与其他外部群体互动时的反应（Groom et al. 2009；Dotsch and Wigboldus 2008；Eastwick and Gardner 2009；Peck et al. 2013）。鉴于VR环境的多面性，越来越多科学领域的研究人员正在积极探索它的潜在用途和转化应用。

有2种常见的沉浸式虚拟环境形式需要特别强调，分别是“真实环境仿真”（true to life simulations，TLF）和“转换社会互动”（transformed social interactions，TSI）。前者试图在虚拟环境中复制遵循自然法则的现实环境，以此观察和测量个体的日常行为（Bailenson et al. 2004）；后者则允许研究者操纵或控制现实中的种种约束，如研究者通过计算机程序改变数字化身的外貌或者行为（Bailenson and Segovia 2010；Bailenson and Yee 2005），并在很大程度上使用户远离那些充斥负性刺激的环境。

Virtual Reality

真实自然的仿真与模拟

数字虚拟环境的性质决定了其非常适合模拟现实生活及人们每天遇到的真实情况和挑战。我们甚至可以在5个完全不同的研究领域找到这种真实且自然仿真模拟的实例，包括精神健康、身体健康、社会规范制订与管理、人力资源、信息传播。虽然隔行如隔山，但这些不同领域之间巨大的鸿沟也证明沉浸式环境技术的影响力有多么深远。

（一）精神与心理健康

VR技术的使用极大拓宽了精神与心理健康从业人员的业务能力。具体来讲，它赋予专业人员创造出可控的、多感官的、具有互动性的沉浸式环境的能力。在这种环境中，患者的服务对象的行为功能失调可以被轻易地诱发、观察和记录。这种研究方法是无法在现实中进行复刻的。

此外，VR技术特别适用于精神心理障碍的研究与治疗。因为在沉浸式环境中，实验人员或心理治疗师可以根据研究或治疗的目的，对环境中的各种因素进行完全控制。例如，他们可以控制环境中数字化身对患者的目光、对患者诉说的内容，也可以直接控制数字化身的人数、性别、年龄、注意力程度等。通过操作环境中的任意变量，研究者或治疗师可以根据患者的实际临床情况，设计、创造和测试个体化的研究或治疗情境。

（二）恐惧症

当患者在相对安全的实验室或心理治疗室时，可以根据患者恐怖的内容创造相应的VR，以引发患者的恐惧症。在针对恐惧症的治疗中，虚拟环境的临床潜能尤为强大。因为不同于现实中不可控的环境，医生或治疗师可以保证对恐惧场景各项参数的可控性。对于恐惧刺激，自然也可以根据患者的反应进行及时调节，通过增加或减少恐惧刺激的强度，配合患者的治疗进程与需求。沉浸式虚拟环境已被用于研究和治疗多种恐惧症（Côté and Bouchard 2008），包括恐高症（Coelho et al. 2006）、广场恐惧症（Botella et al. 2007）、蜘蛛恐惧症（Coté and Bouchard 2005）、飞行恐惧症（Rothbaum et al. 2000）、公众演讲焦虑（Harris et al. 2002；Safir et al. 2012）、惊恐障碍（Botella et al. 2007）、社交恐惧症（Roy et al. 2003）等。

▲ Botella 团队治疗蟑螂恐惧症的AR 手机系统

（三）焦虑障碍

沉浸式虚拟环境也被用于评估和治疗其他形式的焦虑和恐惧障碍，如公众演讲焦虑。Slater等在2006年使用沉浸式虚拟环境研究高自信水平和高恐惧水平群体与焦虑的关系。实验要求两类受试者对空房间或数字化身观众发表公开演讲。高恐惧水平的演讲者在人群密集的房间里明显表现出更高的焦虑水平。通过进一步反复接触非语言消极式听众或不感兴趣的听众，他们逐渐学习到相应的工具性行为来应对他们的焦虑（North et al. 1998；Slater et al. 1999）。

（四）创伤后应激障碍

使用数字沉浸式环境同样有助于解决创伤后应激障碍（posttraumatic stress disorder，PTSD）的症状。其使用遵循心理治疗中的脱敏技术，或通过反复暴露来减缓患者的焦虑反应，直到患者可以逐渐开始适应引起焦虑的刺激（Wople 1968）。医生或治疗师可以逐步在虚拟环境中添加一些刺激物（行为、物体和声音等），从而更接近患者所害怕的真实环境。通过这种方式，医生或治疗师可以帮助患者识别焦虑源，或焦虑情景中较为重要的且能够引起患者不适的方面。2011 年Rizzo和他的同事指出，基于认知行为疗法（cognitive behavior therapy，CBT）的长期暴露治疗对于PTSD可能是最为有效的治疗方法。目前，针对PTSD的沉浸式环境研究主要集中在现役和退伍军人群体（Ready et al. 2010；Riva et al. 2010；Kramer et al. 2010；Reger et al. 2011；McLay et al. 2011；Baños et al. 2011）。

（五）饮食失调

近期，沉浸式虚拟环境被用于解决进食障碍等饮食健康问题。通过让患者沉浸在高度焦虑的环境中（如有食物供给的社交场景或自助餐餐厅），密切监测他们的注意力方向，从而可以评估他们注意的对象和相关的情绪反应，更有助于个体化治疗的开展（Gutiérrez-Maldonado et al. 2006；Aimé et al. 2009；Gorini et al. 2010）。已有研究证实虚拟餐厅对于糖尿病患者的疾病管理具有积极作用（Johnson et al. 2014；Vorderstrasse et al. 2014）。此外，这种数字沉浸式环境特别适合与食物相关的研究，因为受试者的眼动和注意力数据是可以被追踪和记录的。这使得治疗师能够分析患者在虚拟环境中对某些特定食物的关注程度。有了这些信息，治疗师就可以甄别和筛选可能导致患者做出不良选择的具体刺激物。

（六）成瘾问题

同样地，虚拟环境也可被应用于成瘾问题。Cho等（2008）使用数字线索来刺激受试者对酒精的渴望。Baumann和Sayette（2006）使用类似的程序来刺激雪茄爱好者对尼古丁的欲望。通过评估对线索的反应和受试者主观的欲望等级，可以进一步评估治疗计划的有效性，然后根据患者的个性化需求调整治疗方案（Kaganoff et al. 2012；Traylor et al. 2011）。

▲ 吸烟的VR 场景

（七）疼痛

无论受试者使用HMD还是CAVE式交互环境，数字虚拟环境对疼痛刺激的主观感知都存在显著影响。这个发现是通过获取受试者将手浸入冰水时的主观疼痛评分所得到的。随后，数字虚拟环境又被应用在经历严重疼痛，如烧伤和骨折患者的疼痛测量中。除了进行疼痛的主观评分应用，相关研究还发现，当患者处于VR环境中，其负责疼痛并发出疼痛信号的大脑区域活动减弱（Hoffman et al. 2011）。可能的解释是，受试者主观报告疼痛减少及疼痛敏感区域大脑神经元活动减弱来自虚拟环境对注意力的分散作用，在一定程度上削弱了认知资源，阻碍了来自疼痛受体的神经元信号处理。

（八）物理治疗

分散注意力对帮助老人或体弱者坚持完成身体康复训练有着非常好的作用。人们通过轶事和案例研究分析来了解使用基于互动练习式电子游戏对个体身体、心理和情感的益处（Wollersheim et al. 2010；Pigford 2010；Jung et al. 2009）。这些研究提示，身体受限或疾病情况下的受试者对这种互动式虚拟情境的评价较高，他们认为在参与互动的过程中，能够保持自己的身体活跃，同时提高自己对社会群体的归属感。

（九）脑卒中

其他研究聚焦于将视频游戏作为神经损伤患者的康复工具。任天堂出品的Wii主机适合脑卒中患者的康复训练，它的主板提供了生物视觉反馈功能。有研究者在该主机上改编了一款软件，该软件可以帮助脑卒中患者进行负重转移和平衡运动。脑卒中患者可以将负重转移到受损的肢体上来进行游戏，以提高站立和行走时重心的偏转能力。该游戏已被证实可以改善脑卒中患者神经损伤后的平衡、行动和步态功能康复（Lange et al. 2010）。de Silva Cameirao等（2011）对急性脑卒中患者康复游戏系统RGS进行了类似的研究，通过集合多个患者的康复经验来制订个性化康复训练目标。他们的临床研究表明，与对照组相比，使用RGS的患者在特定身体运动方面的表现显著改善，并且康复速度也显著高于对照组。

（十）临床技能训练

医务工作者也可以从VR中受益。他们可以利用数字虚拟环境来学习和训练自己的临床实践技能，从而提高专业技能的成功率、效率和准确率（Spicer and Apuzzo 2003；Seymour et al. 2002）。例如，急救人员可以模拟虚拟的临床情境，包括繁忙的急诊室、自然灾害地区和特殊的紧急情况，以帮助他们学习如何分类患者，考虑诊疗优先级，同时学习如何评估自己的医疗风险及患者的临床风险。外科医生也可以使用VR来积累自己的临床诊断经验，并通过虚拟手术提高自己的手术技能。这样训练的好处在于能够复刻现实中的小概率情境，以提高医务人员应对特殊情况的经验和技能，为将来可能解决的罕见特殊医疗情况提供资源（Andreatta et al. 2010）。

（十一）教育

随着培训行业的发展，许多教育工作者意识到使用数字沉浸式环境进行教育教学活动的价值。Markowitz等研究者在2018年对VR与学习进行了最新的实证性综述。相比传统的教学环境，学习者在数字环境中更具心理上的存在感（Kafai 2006；Kafai et al. 1998）。此外，使用沉浸式虚拟环境进行教学能够消除传统教学中时间和空间的限制，使学习可以随时随地地进行。当然，这种新式教学环境也存在争议，它的存在是以一对一的方式开展，这可能潜在地剥夺了学生在班集体中接受互动教育的社会经验（Wegner 1998）。有研究人员发现，接受集体互动教育（传统班级教育）的学生往往比接受一对一教学的学生具有更好的表现，他们能够记住更多的学习内容。不过，随着VR的发展，现有的技术已经突破了一对一的教学模式，现有的VR在线平台已经可以让更多的学生同时参与到相同的虚拟教学环境中，并进行教学互动（Kim and Baylor 2006；Bailenson et al. 2008a）。

虽然有些观点认为，对于课题的数字化图形渲染可能无法复现和真实教室相同的课堂氛围感，但有研究发现，人们对数字化“同学”与对真实课堂中同学的反应是相似的（Reeves and Nass 1996；Blascovich et al. 2002）。在成绩表现较差的学校开展的研究发现，数字沉浸式虚拟环境和其他VR程序有助于缩小高、低水平学生之间的差距，特别是测试成绩上的表现（Dede 2009）。

像River City（Dede 2009）、Quest Atlantis（Barab et al. 2007）和Whyville（Neulight et al. 2007）这样的虚拟世界是面向青少年用户开放的VR教育程序，它们通过经常性提供反思和信息综合的方式来帮助用户参与学习。这些数字虚拟环境最强大的优势在于要求用户采取多元的视角来解决问题。例如，在River City 中，学生们需要共同努力来确定小镇上人们生病的原因。为了解开这个谜团，他们必须将自己置身于小镇居民的视角中，同时又像城市游客一样进行思考。

数字沉浸式虚拟环境是一种成功的教学工具，因为它可以通过模拟物理世界来增强学习迁移（Schank 2005；Zyda 2005）。当学习到的知识或技能能够主动或被动地应用于另一种情境中，迁移就会发生，它让个体在后续的相关情境或任务中表现得更好（Mestre 2002）。数字虚拟环境增加了学生练习的次数，学生更容易产生学习迁移和巩固知识与技能。

虽然传统教育主要是在个体儿童期的学校环境中进行，并可能持续到大学，但学习是一个终身过程，在这个过程中，个体通过大脑编码新经验对既往知识体系进行同化重组。Rogers等（1977）提出，自我参照编码（self-reference encoding，SRE）比其他类型的编码具有更好的回忆效果，这表明当信息与自我相关时，个体学习和记忆的效果更好。这对于数字虚拟环境具有重要意义，因为研究者可以以各种可能的方式呈现学习者所需的虚拟化身。虚拟化身与学习者的相似性可以从身体特征、性格变量、共同价值观等多个维度进行定制。

研究发现，当教师与学生在性别（Andsager et al. 2006）、种族（Ito et al. 2008；Baylor and Kim 2003）、技能水平（Meichengaum 1971）、观点（Hilmert et al. 2006）或行为（Andsager et al. 2006；Baylor 2009）等方面相似时，学习的可能性增加。而在虚拟环境中，学习者必须感知到虚拟化身与自己是相似的，才能通过替代性的方式获得相同的学习结果。更具体地讲，他们必须对虚拟化身产生认同感。传统的非沉浸式虚拟环境研究表明，对他人的认同增加了学习行为发生的可能性（Bandura 2001；Bandura and houston 1961）。例如，在戒烟的虚拟情景中，受试者和虚拟化身的相似性将增加他们戒烟的可能性。同样地，在虚拟环境中，要求帮派成员与他们敌对的其他帮派成员一同工作，共同完成某项任务，可能会对现实情况产生积极的影响。在这个方向上的创新是无穷无尽的。

（十二）社会影响

根据上面论述的社会影响阈值模型，社会影响的形式是多元的，其在VR中对个体产生的作用和在现实世界中一样强大。事实上，Reeves和Nass（1996）的研究表明，人们对数字虚拟化身的交际方式与他们对其他人的交际方式是一致的。通过反复的沉浸体验，研究者可以施加各类影响，同时也可以隐式测量或者操纵虚拟情境中的社会规范和角色。例如，对受试者注视和空间距离的分析。空间距离是指人们根据文化差异而保持适当的人际交往距离及物理距离（Blascovich and Bailenson 2011；Hall 1963）。Dotsch和Wigboldus（2008）进行了一项实验，让来自荷兰的参与者置身于一个数字沉浸环境中。

经数据分析后得到的空间距离数据显示，荷兰人会与摩洛哥人保持更远的人际距离。这一发现也与受试者在内隐联想测试中的得分相匹配，表明他们保持个人距离是对于摩洛哥群体的无意识信念的反映。同样，Eastwick 和Gardner（2009）发现对于种族的既有经验和信仰也会延伸到虚拟环境中。在他们的实验中，黑种人的虚拟化身使用“以退为进”策略的成功率比白种人的虚拟化身要低。

此外，数字沉浸式虚拟环境中的“偏见效应”并不局限于种族背景。Hoyt和Blascovich（2007）使用其中一个情境激活性别的刻板印象和领导力，结果发现领导效能水平较高的女性会经历积极的激发反应，超过了领导效能较低的女性。在类似的情境中，Fox和Bailenson（2009）发现受试者与一个符合刻板印象的虚拟女性互动后会表现出更多的性别歧视和反女权态度，而与非刻板印象的虚拟女性互动后的参与者则没有这种情况发生。

逼真的数字沉浸式环境也被用来记录亲社会行为。Gilliath等（2008）使用相关技术研究亲社会行为，受试者在虚拟情境中为虚拟化身提供援助或表达关切的比例与真实情境相同。Slater 等（2000）比较了经历真实情境和虚拟情境中的两个小组的表现，发现在两个场景中均出现了“领导力涌现”和尴尬的情况。Hoyt和Blascovich（2003）研究了虚拟情境中小组的领导风格，发现参与者小组所出现的凝聚力与现实世界中从事相同活动的群体是一致的。

Jabon和他的同事使用虚拟驾驶游戏研究了能够预测交通事故的面部特征。他们的研究表明，在事故发生前最多4秒，驾驶员的面部会显示出交通事故的预测信号（Jabon et al. 2011）。这种信息在降低青少年驾驶事故率或为新汽车研发自动纠正车辆的安全算法方面极具价值。

上述研究仅展示了使用数字沉浸式虚拟环境技术进行研究的一小部分。尽管这些应用是在相同领域，但它们展示了数字环境的应用价值与影响力。随着更多领域对VR研究的探索，越来越多天马行空的VR应用转化从不可能变成了现实。

Virtual Reality

总结

截至目前，大部分研究使用的数字化身形式以计算机算法驱动的自主人物为主，而虚拟化身的设计和使用较少（Bailenson and Blascovich 2004）。不过，在最近的20年中，计算机算力的突破为动作数据追踪和实时数据呈现奠定了基础，这使得数字虚拟环境研究中的虚拟化身使用频率逐渐提高。这也从侧面反映出底层的计算机技术发展是VR研究的“催化剂”。篇幅所限，转换社会互动、自我表征的转换、感官能力的变换和情境背景的变换相关方面的介绍本文从略。

使用数字沉浸式虚拟环境来研究行为，为研究人员提供了远比其他方法更多的实验控制。通过控制三个因素：自我表征、感官能力和情境背景，研究人员可以创造出一种与现实中所能获得的任何体验都不尽相同的体验。然而，可能有人认为，与物理现实相比，转变后的社会互动模式可能削弱了现实主义，从而扭曲了社会影响阈值模型。但需要强调的是，因为转变后的社会互动是超越个人的，它们会比自然动作或环境产生更强的说服力。个性化的虚拟化身和参数设置已经变得非常灵活，甚至比人与人面对面的设置更为真实（Walther 1996）。随着人们上网时间越来越长，用户在互联网上会上传更多的个人信息，而为了迎合用户而创造出的专业化定制虚拟化身也越来越具有价值，并远远超过了物理现实的界限。因此，问题就变成了：虚拟世界的边界应该在哪里呢？

Virtual Reality

结论

数字沉浸式虚拟环境研究在20世纪90年代就已经埋下伏笔，随着计算成本的降低，以及算力的提高，为更多实验室的更多研究人员提供了利用三维跟踪和实时渲染进行研究的机会。虽然以临床医学为代表的外科和精神科是VR成果发布最多的领域，但社会科学也不甘落后（Oh et al. 2018）。事实上，科学家正在继续使用沉浸式虚拟环境技术寻找新的研究问题。

特别是，数字沉浸式虚拟环境技术为行为和社会科学家提供了一种新的工具，用于研究先前已被观察到，但知之甚少的社会心理现象。此外，该技术为分析社会互动提供了一种新的范式。一般来说，研究者基于可测试的假设建立理论。然而，利用数字虚拟技术，研究者可以开始逐渐移除社会互动中不重要的成分，直至剩下社会互动中真正关键的部分。通过这种方法，他们的工作更像是工程师，寻找到底是什么决定了机器的运行。虽然在过去的几十年里，逻辑实证主义一直是主导社会心理学领域的基础逻辑，但或许沉浸式虚拟环境将提供一种新的范式方法，从而为社会心理学领域带来颠覆性的革命。

（张　瑾　赵文涛　徐　勇　译）

本文摘编自《虚拟现实技术在心理和神经认知干预中的应用》[( 美) 阿尔伯特·斯基普·里佐, ( 加) 斯蒂芬·布查德著; 徐勇, 赵文涛译. 北京: 科学出版社, 2024. 10]一书“译者序”“第1章　虚拟现实技术在临床心理学和临床认知神经科学中的应用”有删减修改，标题为编者所加。

责任编辑：康丽涛

本书围绕当前虚拟现实技术在心理和神经认知干预中的应用，分析了不同疾病应用虚拟现实的技术特征、应用案例、临床效果及潜在优势与风险。第1、2 章详细介绍了虚拟现实技术在心理和神经认知干预中具有巨大应用潜力的原因；第3 ～17 章介绍了虚拟现实技术针对各类精神神经障碍的临床应用价值、应用现状及发展趋势。

本书为精神心理诊疗康复领域的从业人员提供了一个全新的临床诊疗与康复视角，可供精神科医师、心理咨询师、心理治疗师，以及精神医学、临床心理学研究生、教师及精神心理学相关从业人员阅读参考。

（本文编辑：刘四旦）