虚拟现实技术在多动症干预中的应用探索

曹 芸 王翠艳

（淮北师范大学教育学院 安徽淮北 235000）

虚拟现实技术在多动症干预中的应用探索

曹 芸 王翠艳

（淮北师范大学教育学院 安徽淮北 235000）

虚拟现实技术的出现为多动症的干预提供了新思路，它在多动症干预中表现出了良好的适用性。将虚拟现实技术与脑电图生物反馈技术、游戏治疗、暴露疗法等多种方法相结合在多动症干预中取得了不错的疗效。但虚拟现实技术作为新兴的干预手段还面临着自身发展不够成熟，存在没有标准化的措施以及与传统教育相冲突的问题。

虚拟现实技术；多动症儿童；教育干预

在多动症治疗的过程中，药物治疗以见效快，见效明显为特点，曾在很长一段时间内被视为治疗多动症的首选方式。但现代研究表明，治疗多动症的药物可能会导致精神病学方面的不良反应，兴奋剂类药物还有致人猝死的可能性。[1]因此，在这种情况下，人们不得不寻找其他有效且无伤害的方法治疗多动症，而现代科学技术的发展为拓宽多动症的治疗之路提供了一个契机。现代科学技术的发展到目前为止都遵循着摩尔定律，呈周期性的快速进步。现如今，科学技术与人类的生活联系日益紧密，在特殊儿童的教育干预中现代科学技术也扮演着越来越重要的角色。虚拟现实技术作为近年来科学技术发展进步的结果，已经运用于多个领域，将虚拟现实技术与特殊儿童的教育相结合也是人们探求特殊儿童治疗的新视角。

美国科学家Burdea＆Coiffet在1993在世界电子年会上发表了一篇题为“VirtualRealitySystemand Application”（虚拟现实系统与应用）的文章，该文章首次将虚拟现实的重要特征归纳为“3I”，即沉浸性、交互性、想象性。这三个特性并非孤立存在的，他们之间是相互影响的，每个特性的实现都依赖于另两个特性的实现。[2]

第一，沉浸性。沉浸性指使用者在与虚拟环境中的对象进行互动时对虚拟环境的感知程度。当使用者与设备连接时，使用者便成为了虚拟环境的一部分，虚拟环境给使用者的反馈越接近于现实，使用者越能够在虚拟环境中发挥自主性。

第二，交互性。交互性指使用者在虚拟环境中对虚拟对象的可操作程度以及虚拟对象反馈给使用者的真实程度。当真实感越高，使用者对虚拟环境的信赖度越高，在操作过程中的沉浸性也就越强。这是人机和谐共处的关键特性。比如使用者想从树上摘一个苹果，那么使用者伸出胳膊将手放在苹果上，便能够真实地感受到手中的触感，当这种触感越接近于真实世界中人手握苹果的触感，那么使用者就越能感受到身临其境的感觉。

第三，想象性。想象性指使用者在虚拟环境中可以不受时间、地点的限制，根据自身需要，随意构想出符合自己要求的场景。使用者想象出的场景一方面能够使自身沉浸其中，另一方面交互性越高，场景便能越贴合使用者的想象。

一、虚拟现实技术在多动症干预中应用的理论基础

（一）结构主义教学理论。布鲁纳认为，任何一门学科知识都有一定的知识结构，学习就是掌握学科的知识结构。结构主义教学观提出：为了促进学生良好认知结构的发展，教师首先必须全面深入地分析教材，明确本学科所包含的基本概念、基本原理以及它们之间的相互关系。只有这样，才有可能引导学生加深对教材结构的理解。在引导学生理解教材结构的过程中，首先，教学本身应有创新性，跨度适当，难易适中，激发学生的好奇心和胜任感；其次，应根据学生的经验水平、年龄特点和材料性质，选择灵活的教学方式组织教学活动过程；最后，应注意提供有助于学生矫正和提高的反馈信息，并教导学生进行自我反馈，以提高学习的自觉性和能动性。

结构主义教学理论为虚拟现实技术应用于多动症儿童教育中提供了良好的理论基础。首先，就虚拟现实技术本身来说，它是一个足够新奇能引起学生兴趣的学习方式。其次，虚拟现实技术可根据每个学生不同的情况，为其创设属于自己的课程，通过虚拟现实可将课程与游戏结合起来，游戏能以最自然的方式引起儿童的注意，在课程创设之初可邀请学生自主参与游戏课程的设置，这样不仅能大大提高学生的参与性，而且在课程开始时也不需要过多地引导便能让患儿主动参与到游戏当中来。最后，虚拟现实能够实时监测学生的情况，在教学中，根据信息的反馈对课程做出相应的调整。

（二）感觉统合理论。感觉统合是指将人体器官输入的感觉信息组合起来，经过大脑的整合进而对身体内外知觉做出的反应。感觉统合的过程是“二段式”进程，第一阶段是脑对中枢在同一时间接受的多类型刺激统一加工，并协调相应的组织、器官做出适应性反应。第二阶段是在整合外源性刺激的同时，将处理后的信息导入皮质，大脑会在记忆存储区寻找并调动多类型的经验信息，与外源性刺激及处理后的信息一一匹配，再进行比较、二次加工及整合，形成新的认知，进一步驱使机体做出与外环境相适应的行为应答。[3]研究表明，前额叶和背外侧前额叶皮层，基底节和小脑是发现多动症受损的主要区域，多动症的根本原因是脑损伤。[4]多动症儿童大脑损伤导致中枢神经系统不能将感觉末梢接收的外界环境刺激信息完整的接收、整理、分析和反馈，所以导致多动症儿童皮肤、身躯对外界的刺激不能给出相应的反馈动作。[5]

感觉统合训练的最终目的是要实现大脑与身体各种机能的联系与协调。虚拟现实技术为感觉统合训练提供了一个全新的视角，可以为不同的患儿创造出专属于他们的训练场景。例如对于前庭觉失调的患儿来说可以利用虚拟现实技术设计出一个带有障碍物的场景，在这个场景内，患儿需要经过蹲跳来跨越障碍。

二、虚拟现实在多动症儿童干预中的应用

（一）虚拟现实与脑电图、生物反馈训练相结合。脑电图生物反馈是一种脑机接口（BCI）的变体在用户接收基于脑电图的频率分量反馈（EEG），一些研究人员已经表明，BCI可作为干预多动症的一种替代治疗选项。[6][7]用于治疗注意缺陷多动障碍神经反馈是两种不同的类型：一个是基于感觉运动节律（SMR），另一个是基于在脑电图α，β和θ波。后一种方法来源于“低唤醒假说”，该理论认为，多动症受试者的感觉刺激少于正常受试者。当将多动症受试者与正常对照受试者进行比较时，过多的慢波（通常在浅睡眠或松弛状态期间存在θ和α）和较少量的高频波（通常在激动和精神活跃状态期间存在）是明显的。通过在受试者管理显示更高频率时提供积极的反馈，可以开发出注意的训练工具。[8]Rohani等人提出了一种基于P300潜力的BCI系统的注意力培训。P300脑电图记录中是一个大的正电压，在顶叶的中线附近最强，在罕见的相关刺激之后达到峰值300毫秒。只有当受试者在特定的刺激或事件中必须涉及时才出现，并且表示自愿的认知处理。[9]根据针对多动症受试者的基于P300的VR训练系统的结果反馈显示，该系统能有效维持多动症患儿的注意力。[10]

（二）虚拟现实与时间模拟游戏相结合。人们对时间感知需要多个脑区的连通，这些脑区的小功能障碍可能会导致时间感知出现问题。对时间感知的缺失会影响多动症患儿的行为，但是通过有效的培训，患儿可以在早年降低或摆脱时间感知缺陷所带来的影响。虚拟现实技术是帮助患儿重新感知时间的有效工具。因此，可以利用虚拟现实来创造出一个时间游戏，用以帮助孩子重建对时间的感知。在游戏中设定的时间元素可以有以下三方面：估计移动物体的时间；估计为了完成活动而花费的时间；完成任务后耐心等待的时间。美国学者利用故事游戏让孩子们在玩耍和试图完成任务的过程中逐渐感知时间。在经过一系列的干预培训之后，8至12岁的患儿对时间的感知有了明显的提高。[11]

（三）虚拟现实与暴露疗法相结合。暴露疗法，指的是治疗过程中不需要进行任何放松训练，治疗一开始就让患者进入最使他恐惧的情境中，用最强烈的恐怖、焦虑刺激（冲击）迅速校正病人对恐怖、焦虑刺激的错误认识，并消除由这种刺激引发的习惯性恐怖、焦虑反应。故也称为冲击疗法或泛滥疗法。大量的研究表明，暴露疗法能有效减少与特定精神病理学相关的负面情绪症状。虚拟现实与暴露疗法相结合是传统行为疗法的一种转换形式，也是经典现实情境暴露疗法的替代性治疗形式。虚拟现实整合了即时计算机图形学、身体感觉传感、视觉成像技术，给使用者提供近似真实的、可以沉浸和感知的虚拟环境。[12]此外，与图像曝光相比，已经发现虚拟现实暴露疗法具有更大的功效，尤其是在治疗特定的恐惧症（例如，恐惧症，驾驶恐惧，幽闭恐惧症，厌食症和恐慌症）方面。[13]

三、虚拟现实技术在多动症干预中的优势

（一）自主参与、提高注意力。每一个多动症患儿的情况都不尽相同，利用虚拟现实可以针对每个孩子不同的情况，为其设计创造出专属于他的干预训练项目。在项目设计时，邀请患儿参与其中，根据孩子的喜好来设计内容。在这种设计下，孩子通过多种感官渠道与其进行交互，完全使自己置身于超现实的环境中，不仅不必担心出现因无法引起患儿的兴趣而导致训练无法进行的局面，而且还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，提高训练的有效性。

（二）增加趣味、调节情绪。传统的干预方式过于死板，在对患儿进行干预时，不易提起患儿的兴趣，利用虚拟现实技术与游戏相结合能够大大提高干预的趣味性。在游戏中将训练多次进行，也不会引起孩子的排斥反应，而且在游戏训练中，能够帮助孩子处理好内在的情绪状态。不同的游戏对孩子来说有着不同的功效。RamonaBaur等人将虚拟现实与游戏结合设计出了一个虚拟的踢球游戏，并在多动症儿童中进行测试。在试验中，参与者被传送到虚拟体育场的不同地点，结果表明，参与的被试响应愉快，情绪高涨，后续反馈的结果也显示，情绪反应的强度与虚拟现实中经验的存在相关。[14]

（三）创造环境、规避危险。传统的多动症干预方法因为时间、空间的限制，无法将最直接的场景展现在患儿眼前，这种情况下患儿的认知便会降低，而虚拟现实的出现则很好地解决了这一问题。利用虚拟现实的想象性，创造出一个在现实世界里难以还原的情境，这样不仅能使患儿真切地感受到需要认知的物体，更能够避开现实中可能存在的危险因素。调查发现，由于多动症患者的时间意识和相关执行功能的缺陷，导致他们无法准确地理解事件持续时间、速度和距离之间的相互关系，因此患有多动症的青少年在过马路时，更容易引发交通事故。[15]所以在对多动症患儿进行类似于过马路训练时，便可借助虚拟现实，这样不但能为患儿提供媲美于客观现实的虚拟环境，而且能在训练时清楚地让患儿了解到违背交通规则可能会出现的后果，且不会对患儿造成危险。

（四）改变训练，发展认知。传统的训练方法以老师为主导，因此对学生而言训练多为被动的接受，但是虚拟现实技术的加入却扭转了这一局面，它能够为学生和教师提供逼真、生动的环境，同时又具有较强的参与性，学生和教师都能进入虚拟环境中进行角色扮演，成为与传统教育环境完全不同的教学模式。从而对突破传统教学的缺陷，重点、难点的分析和破解，学生的技能的培养，学生的学习积极性调动等方面都有着积极的作用，研究表明利用虚拟现实技术能有效地改善多动症儿童时间感知缺陷。[16]有研究者利用视觉环境来训练孩子们的时间感知，比如树影或天空在一天中的不同时段；用光的强度来充当太阳让患儿观察不同时间段内虚拟环境中物体的阴影是如何变化的。通过这种方式，孩子们学习并区分白天黑夜。

（五）完善评估，提高效率。对于多动症的评估，传统的方法主要依赖于纸质测试行为量表。但是这样的测试不仅耗费时间，而且由于它们的应用程序在测试内容和测试类型方面受到外部条件的限制，使测试消耗大量的人力、物力和财力。AULANesplora，是利用虚拟现实技术开发的新的诊断工具，可以让我们在虚拟现实环境中评估儿童的注意力和意志问题。在评估时它尽可能还原出教室的环境，还包括带有移动传感器和耳机的特殊眼镜。当孩子进行测试时，可以在不同的时间间隔呈现一系列与真正教室中可能发现的那些视觉和听觉干扰物。该系统特别适用于时间不超过20分钟混合注意力的评估。与其他纸质测试相比，AULA Nesplora代表了多动症评估的重要创新，因为它提供了区分关键感觉通道（视觉和听觉），任务类型（x-go和x-nogo）的信息，以及干扰物的存在或不存在。[17]

四、虚拟现实在多动症干预过程中存在的问题及展望

现如今，可以从各项试验数据中看出，虚拟现实技术已经在多动症干预方面取得了一定的效果，但作为一项新兴的干预手段，还有一些不足之处需要完善。

（一）虚拟现实技术本身尚需完善。受硬件设施的影响，如果要将虚拟现实技术在教育中的应用进行产业化发展，则需要专业的知识以及大量的经费；虚拟现实的显示器设备分辨率较低，数据的传输需要连接固定的主机数据线，这些都影响了使用者的使用体验。

（二）缺乏标准化的行动措施。在我国虚拟现实技术应用于教学仍处于起步阶段，随着虚拟现实技术研发的白热化，基础的硬件问题可以日益改善，最终改进的重点是教学内容。因为没有一套标准的措施，许多老师在使用虚拟现实技术对多动症儿童进行干预时提供的场景有时太过于刺激从而导致学生偏离了原本的干预目标。

（三）与传统教育模式的融合尚待进一步完善。在传统教育中的教师以其主导地位来引领着整堂课的走向，但在虚拟现实中教育主要以儿童为中心，因此在虚拟现实系统中教师需要立足于学生自我发展、教与学的需求考虑虚拟现实的教学活动设计。

虚拟现实应用于多动症干预尚属于起步阶段，在学校中没有接受过特殊教育的系统培训的教师占绝大多数。对于虚拟现实技术设备使用的培训也尚未完善，这便督促我们在今后的研究中要加强这方面的系统的培训。但随着虚拟现实技术的发展进步以及在教育中的强大优势与潜力，虚拟现实技术在特殊儿童的干预中会起着越来越重要的作用。

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[17]HurksPP,Hendriksen JG.Retrospectiveandprospective time deficits in childhood ADHD:The effects of task modality,duration,and symptom dimensions[J].Child Neuropsychology A Journal on Normal&Abnormal Development in Childhood&Adolescence,2011,17(1):34.

[责任编辑 王占峰]

G766

A

2095-0438（2017）10-0107-04

2017-05-31

曹芸（1991-），女，甘肃兰州人，淮北师范大学特殊教育专业在读研究生，研究方向：特殊儿童发展与教育。

安徽省2016年高校优秀青年人才支持计划重点项目(gxyqZD2016106)。