虛擬現實技術在輕中度阿爾茨海默病病人認知康復中的研究進展

耿詠晴，陳亞楠，張雅婷，林翠霞，姜孟涵，劉振奧，利越萍

阿爾茨海默癥(alzheimer disease，AD)是一種神經系統退行性疾病，主要的治療方法有藥物療法和非藥物療法。目前用于AD的藥物有多奈哌齊、利瓦斯汀、加蘭他敏、谷氨酸鹽拮抗劑(美元剛)[1]。大量研究證實藥物持續治療在一定程度上是有益的，但療效有限，不能改變病程。阿爾茨海默病病人都伴隨著不同程度的認知障礙，全球正面臨著巨大的認知癥負擔。美國精神病協會(American Psychiatry Association,APA)2007年AD診療指南提到 AD病人除了接受藥物治療外，還應該進行康復療法[2]。康復療法對阿爾茨海默病病人具有較好的治療效果，可顯著改善其認知能力，提高其生存質量。認知康復訓練有助于AD病人認知功能恢復[3]。虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術是一種新興的非藥物認知干預方法。近年來，VR技術在國外的諸多癡呆照護機構得到了應用且其益處被患有認知障礙的老年人廣泛接受。在這一領域，VR在其他先進技術中占有突出的地位[4]。更值得注意的是，VR的可行性已在健康老年人和癡呆癥病人中得到證明[5]。然而，由于我國VR技術相對國外起步較晚，對VR技術在阿爾茨海默病病人認知康復的關注較少，相關應用研究也不足。因此，本文通過對國內外相關文獻進行研究，對VR在輕中度阿爾茨海默病病人認知康復中的應用進行綜述，以期為以后的臨床實踐提供參考。

1 VR概況

VR也就是虛擬環境，是20世紀出現的一種新型技術，VR技術的研究起源于計算機圖形學，現已擴展到仿真、傳感等多個學科領域。它通過電腦進行虛擬的模擬，提供給用戶關于視覺等感官的模擬環境，可以讓使用者在虛擬的環境中看到任何東西都會有一種身臨其境的錯覺。虛擬現實依賴于三維(three dimensional，3D)立體頭部跟蹤顯示及身體跟蹤感應技術，這構成一種身臨其境的多感官體驗[6]。

隨著科技的發展，虛擬現實技術也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術領域。虛擬現實是一種分散注意力的方法，它通過頭戴式顯示器和耳機，提供一種極其逼真、交互式的虛擬環境，幫助減輕疼痛和痛苦。VR基于兩個關鍵維度:沉浸感和現場感，這使得人們不再懷疑這種體驗是人為的，并允許更大程度的現場感和對刺激的反應，同時也使得其逐漸成為認知康復的新興工具。VR技術因其價格低廉、易于使用，已成為科學和臨床研究的普遍做法。VR技術近年來被引入醫療行業,廣泛應用于康復訓練、心理治療、醫學教育等領域[7-11]。

2 VR在改善認知康復方面的機制

VR技術是由計算機圖形仿真、立體顯示、傳感網絡、語音輸入、空間定位等技術綜合起來的一種計算機仿真系統，具有沉浸性、交互性、構想性三大基本特征[12]。虛擬現實技術已被廣泛應用于游戲、影像、軍事、醫學、航空航天等領域。當前虛擬現實技術在老年人認知評價和培訓中的應用正處于一個新的發展階段[13]。VR裝置使用了更高級的技術，采用桌面平臺或PC顯示器，通過鍵盤、鼠標或操縱桿、游戲手柄、觸覺手套，甚至是耳機，可以人為地制造出一個與現實世界相適應的環境，使一個或多個人與虛擬環境和三維實體互動[14]。因為 VR可以表現出立體的物體，創造出一個復雜的多感官虛擬場景，使病人在日常生活中有一種身臨其境的感覺，而這種多來源的無創刺激可以提高受損腦區的神經重建程度，對病人的康復訓練有很大的幫助。VR在康復中的應用相對較新，并已被證明是一種有效的工具，通過參與者的積極參與實現預期的臨床結果。

3 VR在改善認知功能方面的效果

3.1 VR可以改善輕中度AD病人的認知功能 AD是嚴重的神經退行性疾病，嚴重影響病人的行為、認知和記憶。目前雖然沒有治愈AD的方法，但促進病人的認知康復有助于獲得必要的支持、適當的藥物治療，并盡可能維持智力、社交和體育活動。認知康復訓練是認知功能再學習過程，通過對注意力、定向力、思維、記憶、計算等方面功能進行強化訓練，并將訓練結果應用到日常生活中，以改善病人日常生活能力[15]。提高病人的認知能力是提高 AD病人和家庭生存質量的關鍵。隨著VR技術的不斷發展，其在認知康復方面也取得了顯著效果。

3.1.1 VR改善輕中度AD病人認知功能的作用機制 虛擬現實是把有認知缺陷的病人置于電腦產生的虛擬世界里，給病人帶來“在場”的體驗，使病人能通過模擬真實的生活刺激，與他們進行多個感官的交流。虛擬現實運用了許多心理學上的感官層面，即視覺、觸覺和動態感知，為病人在虛擬世界中進行活動、任務和測試，以滿足不同病人的不同特點和需要。從神經病學的觀點來看，其機制如下：大腦可塑性補償模型指出, 老化的大腦通過代償性增加大腦網絡(如額葉、顳葉和頂葉區域等)的激活,以維持最佳認知功能,故大腦激活的增加表明,認知障礙老年人需要更多的大腦網絡來實現相似的認知表現,其認知效率更低。病人前額葉區域的大腦激活減少，整體認知功能得到改善[16]。

3.1.2 VR改善輕中度AD病人認知功能的效果 國外已有研究證明虛擬現實(結合計算機化認知訓練)能有效延緩認知障礙的進展[17]。王凱蓉等[18]對國內外相關文獻進行系統研究，探究沉浸式虛擬現實認知訓練對阿爾茨海默病病人的干預效果。結果表明，阿爾茨海默病病人在體驗式虛擬現實認知能力的培養中，整體認知能力顯著提高。特別的是，VR是一個擴展工具，不但可以提高病人的認知功能，而且也可以評價他們的認知水平。目前用于認知訓練的虛擬現實系統專注于執行與日常工具鍛煉(instrumental or domestic activities of daily living，IADL)相關的活動，例如：烹飪、駕駛、購物等。VR技術已成功應用于不同的神經系統疾病，與傳統康復治療相比，它展示出了更大的潛力。隨著VR技術的不斷發展，其在認知康復方面也取得了顯著效果。

3.2 VR對AD病人認知康復的國內相關研究 目前國內VR技術用于AD病人的認知康復的研究較少。孫志成等[19]對56例養老院阿爾茨海默病病人進行虛擬現實情境訓練干預研究，對照組采取養老院常規養老護理服務，觀察組病人在此基礎上實施6種VR情景互動游戲訓練，干預6個月以后觀察組病人MMSE評分和ADAS-cog評分顯著提高。結果表明，VR情景互動訓練可有效改善養老院AD病人的認知功能。劉桂蘭等[20]在一項研究中招募了90例AD病人，利用虛擬現實技術對阿爾茨海默病人進行認知訓練，研究發現基于虛擬現實技術的認知訓練能夠有效促進阿爾茲海默病病人認知功能的恢復。相關研究表明，虛擬現實的感覺刺激可以有效改善AD病人的認知和記憶。Yang等[21]研究結果表明，多感覺刺激能有效改善AD的病理，喚起記憶，改善認知和行為，還能引起腦神經振蕩，增強大腦可塑性，調節局部腦血流量,在AD的改善和治療中發揮著重要作用。趙榮榮等[22]通過對輕度認知障礙病人進行虛擬現實認知康復訓練，結果顯示虛擬組蒙特利爾認知評估量表(MCOA)評分明顯高于常規組，提示虛擬現實技術能有效提高病人認知功能，病人也愿意繼續采取虛擬現實認知康復訓練。

3.3 VR對AD病人認知康復的國外相關研究 近年來，國外非侵入性非藥理性認知康復越來越受關注。VR技術作為一種不斷成熟的新型技術，也被越來越多應用到了醫療領域。Gamito等[23]開發了一種基于虛擬現實的嚴肅游戲應用程序，將注意力和記憶任務結合日常生活活動進行認知訓練，結果顯示，干預組的注意力和記憶功能有顯著改善。國外一個名為“Neuro@Home”的遠程康復虛擬現實平臺為患有神經疾病的病人提供運動和認知康復，通過不同難度的康復任務，初步數據顯示，在連續8周、每周進行5次60 min的訓練后，所有受試者在認知康復方面都取得了顯著進步。Zygouis等[24]研究表明，在VR訓練過程中，隨著AD病人積極情緒體驗的增強，可相應提高其認知功能。一項研究虛擬現實技術在AD病人中的應用的結果表明，隨著新興的顯示和交互技術的結合，將使創新設計和實現更有效和多功能的支持性虛擬現實應用程序成為可能，可用于AD病人的診斷和認知訓練[25]。此外，國外一項關于情節自傳體記憶在AD早期受損的研究[26]，表明使用VR系統可能有助于AD病人的回憶康復。國外已經開始在Life Supporting Technologies(LifeTech)開展一個名為“通過虛擬現實為老年人提供認知培訓(aCTIVATE)”的項目。該項目利用馬德里大學電信工程學院Lifetech智能家居生活實驗室的虛擬現實設施開發、設計和優化基于虛擬現實的CR培訓工具，以緩解認知、行為和心理損傷癥狀，幫助改善早期AD老年人的生活質量，推進緩解老齡人口認知障礙的CR解決方案。最近的研究表明，使用熟悉的基于圖像的虛擬現實可以刺激健康老年受試者的自傳體記憶[27]。Doniger等[28]研究結果顯示，基于虛擬現實技術，通過在AD病人發病前增強認知功能，有可能延遲甚至預防該疾病。不同隨機對照試驗均顯示出VR技術在認知康復方面顯著的效果，能夠有效改善病人的認知功能。

4 VR在改善認知功能方面安全性評價

VR的360度沉浸體驗會給使用者類似乘坐過山車看景物的感受,使用者容易出現頭暈的感覺[29]。病人在進行VR體驗時，視覺神經與其他傳輸神經對中樞神經產生矛盾的信號，可能會導致神經中樞發出強烈的眩暈指令，導致跌倒、嘔吐等意外的發生。目前大多數研究缺少相關的安全性報告。VR用戶體驗方面存在著位置信息錯誤、頭暈不適、立體視覺錯誤、聲音不匹配等多方面亟待解決的問題,未來的研究應進行相關的安全性監測,了解與VR技術相關的所有不良事件。

5 VR在改善AD病人認知功能存在的問題

第一，針對VR改善認知康復方面缺少相關的成本效益評估。VR的實現需要VR軟件與沉浸式虛擬現實硬件的配合來實現[30]。目前市場上主流的VR軟件有Unity(免費)、Unreal Engine(后期付費)、CryEngine(部分付費)、Lumberyard(免費)。主流硬件的價格不等。目前仍缺乏針對認知康復方面VR應用所產生的成本分析。第二，對于虛擬現實技術的使用目前缺乏統一標準規范。《虛擬現實產業發展白皮書》指出,VR行業的快速、健康發展應以技術標準為指導。中國AVS標準工作組等已經開始制訂虛擬現實技術的技術規范。第三，VR技術也需要結合臨床需求不斷地完善其功能，根據病人不同情況針對個性化訓練。這點需要臨床工作者、家庭照顧者及專業信息技術人員共同協作完成。第四，也有學者提出，VR不是作為醫療設備設計的，因此它們很難被消毒以供不同的病人重復使用[31]。另外，現有研究還沒有AD病人認知功能長期效果的評估，缺乏大樣本實驗對研究結果進行驗證。

6 小結

由于AD患病率與年齡增長呈正相關，伴隨著全球老齡化的加劇，全球AD病人也將持續增長[32]。近年來，醫療專業人員越來越多地使用虛擬現實進行認知障礙病人的認知康復[33]。國外已利用新興的顯示和交互技術的結合，使得創新設計和實現更有效和多功能的支持性虛擬現實應用程序成為可能，用于AD病人的診斷和認知訓練。不僅在改善病人認知功能方面有顯著效果，VR的其他有益醫療用途還包括手術訓練、腦卒中后干預、肌肉骨骼恢復、疼痛緩解等，整體提高了病人的生活質量。目前仍需大量實驗和研究探索VR技術在認知康復方面的可行性和治療相關的功能。虛擬現實技術在醫學領域還面對各種各樣的問題，仍需各界學者不斷探討并解決，以促進醫學技術不斷發展，為人類健康作出貢獻。