虛擬現實技術在多動癥干預中的應用探索

曹 蕓 王翠艷

（淮北師范大學教育學院 安徽淮北 235000）

虛擬現實技術在多動癥干預中的應用探索

曹 蕓 王翠艷

（淮北師范大學教育學院 安徽淮北 235000）

虛擬現實技術的出現為多動癥的干預提供了新思路，它在多動癥干預中表現出了良好的適用性。將虛擬現實技術與腦電圖生物反饋技術、游戲治療、暴露療法等多種方法相結合在多動癥干預中取得了不錯的療效。但虛擬現實技術作為新興的干預手段還面臨著自身發展不夠成熟，存在沒有標準化的措施以及與傳統教育相沖突的問題。

虛擬現實技術；多動癥兒童；教育干預

在多動癥治療的過程中，藥物治療以見效快，見效明顯為特點，曾在很長一段時間內被視為治療多動癥的首選方式。但現代研究表明，治療多動癥的藥物可能會導致精神病學方面的不良反應，興奮劑類藥物還有致人猝死的可能性。[1]因此，在這種情況下，人們不得不尋找其他有效且無傷害的方法治療多動癥，而現代科學技術的發展為拓寬多動癥的治療之路提供了一個契機。現代科學技術的發展到目前為止都遵循著摩爾定律，呈周期性的快速進步。現如今，科學技術與人類的生活聯系日益緊密，在特殊兒童的教育干預中現代科學技術也扮演著越來越重要的角色。虛擬現實技術作為近年來科學技術發展進步的結果，已經運用于多個領域，將虛擬現實技術與特殊兒童的教育相結合也是人們探求特殊兒童治療的新視角。

美國科學家Burdea＆Coiffet在1993在世界電子年會上發表了一篇題為“VirtualRealitySystemand Application”（虛擬現實系統與應用）的文章，該文章首次將虛擬現實的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性、交互性、想象性。這三個特性并非孤立存在的，他們之間是相互影響的，每個特性的實現都依賴于另兩個特性的實現。[2]

第一，沉浸性。沉浸性指使用者在與虛擬環境中的對象進行互動時對虛擬環境的感知程度。當使用者與設備連接時，使用者便成為了虛擬環境的一部分，虛擬環境給使用者的反饋越接近于現實，使用者越能夠在虛擬環境中發揮自主性。

第二，交互性。交互性指使用者在虛擬環境中對虛擬對象的可操作程度以及虛擬對象反饋給使用者的真實程度。當真實感越高，使用者對虛擬環境的信賴度越高，在操作過程中的沉浸性也就越強。這是人機和諧共處的關鍵特性。比如使用者想從樹上摘一個蘋果，那么使用者伸出胳膊將手放在蘋果上，便能夠真實地感受到手中的觸感，當這種觸感越接近于真實世界中人手握蘋果的觸感，那么使用者就越能感受到身臨其境的感覺。

第三，想象性。想象性指使用者在虛擬環境中可以不受時間、地點的限制，根據自身需要，隨意構想出符合自己要求的場景。使用者想象出的場景一方面能夠使自身沉浸其中，另一方面交互性越高，場景便能越貼合使用者的想象。

一、虛擬現實技術在多動癥干預中應用的理論基礎

（一）結構主義教學理論。布魯納認為，任何一門學科知識都有一定的知識結構，學習就是掌握學科的知識結構。結構主義教學觀提出：為了促進學生良好認知結構的發展，教師首先必須全面深入地分析教材，明確本學科所包含的基本概念、基本原理以及它們之間的相互關系。只有這樣，才有可能引導學生加深對教材結構的理解。在引導學生理解教材結構的過程中，首先，教學本身應有創新性，跨度適當，難易適中，激發學生的好奇心和勝任感；其次，應根據學生的經驗水平、年齡特點和材料性質，選擇靈活的教學方式組織教學活動過程；最后，應注意提供有助于學生矯正和提高的反饋信息，并教導學生進行自我反饋，以提高學習的自覺性和能動性。

結構主義教學理論為虛擬現實技術應用于多動癥兒童教育中提供了良好的理論基礎。首先，就虛擬現實技術本身來說，它是一個足夠新奇能引起學生興趣的學習方式。其次，虛擬現實技術可根據每個學生不同的情況，為其創設屬于自己的課程，通過虛擬現實可將課程與游戲結合起來，游戲能以最自然的方式引起兒童的注意，在課程創設之初可邀請學生自主參與游戲課程的設置，這樣不僅能大大提高學生的參與性，而且在課程開始時也不需要過多地引導便能讓患兒主動參與到游戲當中來。最后，虛擬現實能夠實時監測學生的情況，在教學中，根據信息的反饋對課程做出相應的調整。

（二）感覺統合理論。感覺統合是指將人體器官輸入的感覺信息組合起來，經過大腦的整合進而對身體內外知覺做出的反應。感覺統合的過程是“二段式”進程，第一階段是腦對中樞在同一時間接受的多類型刺激統一加工，并協調相應的組織、器官做出適應性反應。第二階段是在整合外源性刺激的同時，將處理后的信息導入皮質，大腦會在記憶存儲區尋找并調動多類型的經驗信息，與外源性刺激及處理后的信息一一匹配，再進行比較、二次加工及整合，形成新的認知，進一步驅使機體做出與外環境相適應的行為應答。[3]研究表明，前額葉和背外側前額葉皮層，基底節和小腦是發現多動癥受損的主要區域，多動癥的根本原因是腦損傷。[4]多動癥兒童大腦損傷導致中樞神經系統不能將感覺末梢接收的外界環境刺激信息完整的接收、整理、分析和反饋，所以導致多動癥兒童皮膚、身軀對外界的刺激不能給出相應的反饋動作。[5]

感覺統合訓練的最終目的是要實現大腦與身體各種機能的聯系與協調。虛擬現實技術為感覺統合訓練提供了一個全新的視角，可以為不同的患兒創造出專屬于他們的訓練場景。例如對于前庭覺失調的患兒來說可以利用虛擬現實技術設計出一個帶有障礙物的場景，在這個場景內，患兒需要經過蹲跳來跨越障礙。

二、虛擬現實在多動癥兒童干預中的應用

（一）虛擬現實與腦電圖、生物反饋訓練相結合。腦電圖生物反饋是一種腦機接口（BCI）的變體在用戶接收基于腦電圖的頻率分量反饋（EEG），一些研究人員已經表明，BCI可作為干預多動癥的一種替代治療選項。[6][7]用于治療注意缺陷多動障礙神經反饋是兩種不同的類型：一個是基于感覺運動節律（SMR），另一個是基于在腦電圖α，β和θ波。后一種方法來源于“低喚醒假說”，該理論認為，多動癥受試者的感覺刺激少于正常受試者。當將多動癥受試者與正常對照受試者進行比較時，過多的慢波（通常在淺睡眠或松弛狀態期間存在θ和α）和較少量的高頻波（通常在激動和精神活躍狀態期間存在）是明顯的。通過在受試者管理顯示更高頻率時提供積極的反饋，可以開發出注意的訓練工具。[8]Rohani等人提出了一種基于P300潛力的BCI系統的注意力培訓。P300腦電圖記錄中是一個大的正電壓，在頂葉的中線附近最強，在罕見的相關刺激之后達到峰值300毫秒。只有當受試者在特定的刺激或事件中必須涉及時才出現，并且表示自愿的認知處理。[9]根據針對多動癥受試者的基于P300的VR訓練系統的結果反饋顯示，該系統能有效維持多動癥患兒的注意力。[10]

（二）虛擬現實與時間模擬游戲相結合。人們對時間感知需要多個腦區的連通，這些腦區的小功能障礙可能會導致時間感知出現問題。對時間感知的缺失會影響多動癥患兒的行為，但是通過有效的培訓，患兒可以在早年降低或擺脫時間感知缺陷所帶來的影響。虛擬現實技術是幫助患兒重新感知時間的有效工具。因此，可以利用虛擬現實來創造出一個時間游戲，用以幫助孩子重建對時間的感知。在游戲中設定的時間元素可以有以下三方面：估計移動物體的時間；估計為了完成活動而花費的時間；完成任務后耐心等待的時間。美國學者利用故事游戲讓孩子們在玩耍和試圖完成任務的過程中逐漸感知時間。在經過一系列的干預培訓之后，8至12歲的患兒對時間的感知有了明顯的提高。[11]

（三）虛擬現實與暴露療法相結合。暴露療法，指的是治療過程中不需要進行任何放松訓練，治療一開始就讓患者進入最使他恐懼的情境中，用最強烈的恐怖、焦慮刺激（沖擊）迅速校正病人對恐怖、焦慮刺激的錯誤認識，并消除由這種刺激引發的習慣性恐怖、焦慮反應。故也稱為沖擊療法或泛濫療法。大量的研究表明，暴露療法能有效減少與特定精神病理學相關的負面情緒癥狀。虛擬現實與暴露療法相結合是傳統行為療法的一種轉換形式，也是經典現實情境暴露療法的替代性治療形式。虛擬現實整合了即時計算機圖形學、身體感覺傳感、視覺成像技術，給使用者提供近似真實的、可以沉浸和感知的虛擬環境。[12]此外，與圖像曝光相比，已經發現虛擬現實暴露療法具有更大的功效，尤其是在治療特定的恐懼癥（例如，恐懼癥，駕駛恐懼，幽閉恐懼癥，厭食癥和恐慌癥）方面。[13]

三、虛擬現實技術在多動癥干預中的優勢

（一）自主參與、提高注意力。每一個多動癥患兒的情況都不盡相同，利用虛擬現實可以針對每個孩子不同的情況，為其設計創造出專屬于他的干預訓練項目。在項目設計時，邀請患兒參與其中，根據孩子的喜好來設計內容。在這種設計下，孩子通過多種感官渠道與其進行交互，完全使自己置身于超現實的環境中，不僅不必擔心出現因無法引起患兒的興趣而導致訓練無法進行的局面，而且還能有效地防止外界其他事物分散孩子的注意力，如此便能更好地集中孩子的注意力，提高訓練的有效性。

（二）增加趣味、調節情緒。傳統的干預方式過于死板，在對患兒進行干預時，不易提起患兒的興趣，利用虛擬現實技術與游戲相結合能夠大大提高干預的趣味性。在游戲中將訓練多次進行，也不會引起孩子的排斥反應，而且在游戲訓練中，能夠幫助孩子處理好內在的情緒狀態。不同的游戲對孩子來說有著不同的功效。RamonaBaur等人將虛擬現實與游戲結合設計出了一個虛擬的踢球游戲，并在多動癥兒童中進行測試。在試驗中，參與者被傳送到虛擬體育場的不同地點，結果表明，參與的被試響應愉快，情緒高漲，后續反饋的結果也顯示，情緒反應的強度與虛擬現實中經驗的存在相關。[14]

（三）創造環境、規避危險。傳統的多動癥干預方法因為時間、空間的限制，無法將最直接的場景展現在患兒眼前，這種情況下患兒的認知便會降低，而虛擬現實的出現則很好地解決了這一問題。利用虛擬現實的想象性，創造出一個在現實世界里難以還原的情境，這樣不僅能使患兒真切地感受到需要認知的物體，更能夠避開現實中可能存在的危險因素。調查發現，由于多動癥患者的時間意識和相關執行功能的缺陷，導致他們無法準確地理解事件持續時間、速度和距離之間的相互關系，因此患有多動癥的青少年在過馬路時，更容易引發交通事故。[15]所以在對多動癥患兒進行類似于過馬路訓練時，便可借助虛擬現實，這樣不但能為患兒提供媲美于客觀現實的虛擬環境，而且能在訓練時清楚地讓患兒了解到違背交通規則可能會出現的后果，且不會對患兒造成危險。

（四）改變訓練，發展認知。傳統的訓練方法以老師為主導，因此對學生而言訓練多為被動的接受，但是虛擬現實技術的加入卻扭轉了這一局面，它能夠為學生和教師提供逼真、生動的環境，同時又具有較強的參與性，學生和教師都能進入虛擬環境中進行角色扮演，成為與傳統教育環境完全不同的教學模式。從而對突破傳統教學的缺陷，重點、難點的分析和破解，學生的技能的培養，學生的學習積極性調動等方面都有著積極的作用，研究表明利用虛擬現實技術能有效地改善多動癥兒童時間感知缺陷。[16]有研究者利用視覺環境來訓練孩子們的時間感知，比如樹影或天空在一天中的不同時段；用光的強度來充當太陽讓患兒觀察不同時間段內虛擬環境中物體的陰影是如何變化的。通過這種方式，孩子們學習并區分白天黑夜。

（五）完善評估，提高效率。對于多動癥的評估，傳統的方法主要依賴于紙質測試行為量表。但是這樣的測試不僅耗費時間，而且由于它們的應用程序在測試內容和測試類型方面受到外部條件的限制，使測試消耗大量的人力、物力和財力。AULANesplora，是利用虛擬現實技術開發的新的診斷工具，可以讓我們在虛擬現實環境中評估兒童的注意力和意志問題。在評估時它盡可能還原出教室的環境，還包括帶有移動傳感器和耳機的特殊眼鏡。當孩子進行測試時，可以在不同的時間間隔呈現一系列與真正教室中可能發現的那些視覺和聽覺干擾物。該系統特別適用于時間不超過20分鐘混合注意力的評估。與其他紙質測試相比，AULA Nesplora代表了多動癥評估的重要創新，因為它提供了區分關鍵感覺通道（視覺和聽覺），任務類型（x-go和x-nogo）的信息，以及干擾物的存在或不存在。[17]

四、虛擬現實在多動癥干預過程中存在的問題及展望

現如今，可以從各項試驗數據中看出，虛擬現實技術已經在多動癥干預方面取得了一定的效果，但作為一項新興的干預手段，還有一些不足之處需要完善。

（一）虛擬現實技術本身尚需完善。受硬件設施的影響，如果要將虛擬現實技術在教育中的應用進行產業化發展，則需要專業的知識以及大量的經費；虛擬現實的顯示器設備分辨率較低，數據的傳輸需要連接固定的主機數據線，這些都影響了使用者的使用體驗。

（二）缺乏標準化的行動措施。在我國虛擬現實技術應用于教學仍處于起步階段，隨著虛擬現實技術研發的白熱化，基礎的硬件問題可以日益改善，最終改進的重點是教學內容。因為沒有一套標準的措施，許多老師在使用虛擬現實技術對多動癥兒童進行干預時提供的場景有時太過于刺激從而導致學生偏離了原本的干預目標。

（三）與傳統教育模式的融合尚待進一步完善。在傳統教育中的教師以其主導地位來引領著整堂課的走向，但在虛擬現實中教育主要以兒童為中心，因此在虛擬現實系統中教師需要立足于學生自我發展、教與學的需求考慮虛擬現實的教學活動設計。

虛擬現實應用于多動癥干預尚屬于起步階段，在學校中沒有接受過特殊教育的系統培訓的教師占絕大多數。對于虛擬現實技術設備使用的培訓也尚未完善，這便督促我們在今后的研究中要加強這方面的系統的培訓。但隨著虛擬現實技術的發展進步以及在教育中的強大優勢與潛力，虛擬現實技術在特殊兒童的干預中會起著越來越重要的作用。

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[責任編輯 王占峰]

G766

A

2095-0438（2017）10-0107-04

2017-05-31

曹蕓（1991-），女，甘肅蘭州人，淮北師范大學特殊教育專業在讀研究生，研究方向：特殊兒童發展與教育。

安徽省2016年高校優秀青年人才支持計劃重點項目(gxyqZD2016106)。