虚拟现实技术在轻度认知障碍中认知训练的应用进展

张培瑶 莫蓓蓉 刘贤亮

轻度认知障碍(MCI)是指介于正常衰老与痴呆中间过渡状态，是痴呆的前期阶段[1]。MCI由 Petersen 等在上世纪九十年代首次提出，随着年龄的增长而出现的认知功能变化，但不影响其日常活动能力[2]。MCI倾向的老年人发生痴呆的风险显著高于健康的老年人，超过50%的MCI老年人在5年内可出现严重的认知障碍或痴呆[3-5]。虚拟现实技术(VR)是近年由信息与交流技术 (ICT) 中发展的一门科学技术[6]，VR系统使用计算机模拟现实生活中的虚拟环境，既可以在医院实施又可以在家庭康复使用[7]，且伤害风险较低。研究发现， VR技术能够提高患者的记忆力、执行力等各方面的认知功能。VR具有“3I”特征：沉浸性(immersion)、交互性(interaction)和构想性(imagination)[8]。个性化的环境与真实世界高度相似性，增加参与者积极性。提供即时的反馈信息，患者接受后不断优化和调整，激发学习兴趣，提高治疗依从性。

1 VR在MCI患者认知能力训练中的应用

认知是人类感知外界刺激并做出反应的总称，是组成人脑高级机能的重要功能之一，包含感觉、感知、注意、记忆、概念形成、思维、推理等方面[9]。认知训练的内容包括记忆力、推理、视空间功能、注意力训练、执行功能、定向力训练等。相比单一的传统认知训练干预，多数干预措施为在虚拟现实的基础上，再结合常规的认知训练,不仅节省人力、物力，且效果显著。VR认知训练平均干预6周[10-12]和干预12个月[13-15]，每周干预1～2次，每次持续30～45min。干预时间太短认知改善不明显,干预时间过长则降低应用者依从性。干预方式包括虚拟骑行[10]、虚拟旅行[13]、虚拟日常生活活动[14](如虚拟超市购物、虚拟厨房烹饪)、水果忍者[12]、虚拟太极[16]等，在专业人员指导下应用者熟悉适应操作以后，按照口令或指示完成任务。

1.1 VR在记忆力方面的应用

在老年人的认知功能下降过程中，记忆力的衰退最明显，尤以有轻度认知功能障碍倾向的老年人为甚。记忆训练可以提高个体的记忆能力，从而有促进认知提高的作用。研究显示[17-18]，虚拟应用程序使应用者在虚拟公园中骑车并识别出沿途出现的目标动物或物体，分为合作和竞争两个模式，无论在骑行过程中还是等待游戏开始时，均可经语音进行交互，完成任务的同时不仅增强了记忆力,还可以通过视觉和听觉反馈诱导兴趣和乐趣。研究[12,14,19-20]显示，每周1～2次，每次30min左右，共干预6周。每次任务前(如杂货店购物、识别障碍卡片等)先根据指示识记，再排除障碍完成任务，难度逐渐递增。Optale等[21]将6个月的训练分为初始阶段(前3个月每2周3次训练)和强化训练(后3个月每周1次)，是一种基于听觉刺激和音乐疗法的VR记忆刺激训练。

1.2 VR在自理能力中的应用

VR在认知康复中[22-23]将认知受损部分暴露在计算机生成的与现实生活类似或现实中不存在的虚拟场景中，使应用者以一种多感官的方式，经虚拟场景刺激与之互动，使用心理物理学的视觉、触觉、感知觉等，VR技术提供执行活动、任务，以适应个性化的特征和需求，达到康复训练恢复自理的目的。王大为等[24]证明使用VR可以激发患者潜能，使用物理治疗加游戏的双重训练模式可以分散患者对于训练难度的注意力，使患者积极主动参与训练。Bourrelier等[25]是一种称为自动虚拟环境(CAVE)的视觉沉浸系统设计的，分为现实会话(传统的理疗，由治疗师指导完成)和隐式会话(通过沉浸式虚拟系统收获数量最多的成熟水果放于虚拟篮子中)，可以改变试验限制、时间次数、水果在墙上的位置，场景通过锻炼特点适应受试者的能力。

1.3 VR在注意力方面的应用

注意力通常被认为是认知的其中一个方面，注意力训练的主要目标是通过提高患者心理逻辑能力来提高注意力。注意力训练是完成任何认知改善的基础，注意力分散致无法集中精力进而加快患者痴呆的风险。研究[19,26]均通过避开干扰物而达到训练注意力的目的。区别点在于Delbroek等[19]要求应用者在特定时刻向左或向右进行重量转移穿过街道躲避障碍物；而Manera等[26]要求应用者根据不同的任务条件寻找和选择周围的目标干扰物。有研究[14,20]的虚拟环境是模拟真实世界的日常生活活动来改善注意力，如选择蛋糕的配料等。

1.4 VR 在执行力中的应用

虚拟现实通过沉浸式、交互式等游戏训练方式，可以发挥应用者的主观能动性，使任务和认知训练不再枯燥，提高治疗依从性，改善认知。一项RCT研究[13]，参与者自愿参加随机分配，3个月后所有参与者都可以使用虚拟骑行，研究证明锻炼后执行力的获得。Liao等[12]和Gamito等[20]方法类似，均在认知训练同时提高执行力，如在背诵诗歌时行走和转身；用一只手或两只手在空中顺时针或逆时针画圆圈；根据指示选择合适的衣服；在鞋柜里整理鞋子。Huang等[15]通过将参与者随机分配至沉浸式和非沉浸式环境中，结果显示在更沉浸式的环境中锻炼可在特定的执行功能中产生不同的结果。

2 VR在认知训练中的应用效果

2.1 认知能力

虚拟训练不仅具有吸引力且3个月的运动证明了认知改善(P=0.011)[16]，沉浸式体验增加存在感，更利于认知的提高。日常生活能力如躲避障碍等需要认知能力，研究以跌倒的发生率为指标[10]，观察训练6个月后发生率明显低于单独跑步机组(P=0.033)。研究[14]通过前后对照测试认知刺激是否有助于改善老年人认知功能，以威斯康星卡片为认知灵活性测量工具，结果发现显著改善(P=0.021)。研究证明[13]虚拟自行车锻炼后临床发生MCI的相对风险降低了23%。邹振亚等[27]纳入5篇随机对照试验的文献，结果显示虚拟现实训练可以改善MCI患者的认知能力(P<0.05)。

2.2 记忆力

Delbroek等[19]使用荷兰版蒙特利尔(MoCA)为记忆评估工具，Hwang等[18]为评估记忆，使用正向和反向的T值，VST是CNT4.0的子类别，两项研究均令人愉快、激发了兴趣，增加了应用者依从性的同时提高记忆力。Gamito等[14]应用雷伊复杂图形作为记忆力评估指标，3个月刺激后记忆力显著提升。Man等[28]将多因素记忆问卷(MMQ)、福尔德对象记忆评估(FOME)及香港中文版劳顿日常生活工具(HK Lawton IADL)作为结局指标，研究记忆训练计划对MCI老年人临床疗效的影响，与以前的结果吻合，记忆策略是MCI维持其记忆的有效手段。邹振亚等[27]研究证明训练有效提高认知能力(P<0.01)。Optale等[21]将听觉和虚拟环境结合，短期语言记忆由数字跨度(DS)测试衡量，长期语言记忆由VSR测试衡量且要求参与者听到故事立即重复。测试显示显著改善，尤其在效果大小为0.7的长期回忆中。

2.3 自理能力

在老年人的自理康复训练中，首先考虑老年人的特点和需求，并将需求转化为日常生活中的日常锻炼。老年人在丰富的环境和新技能的学习刺激下可以增加大脑的储备，学习过程包括刺激运动和认知能力，以激活大脑的可塑性。Bourrelier等[25]报道，结局通过适当运动的次数(NAM)来衡量，在锻炼过程中参与者产生了竞争精神，显示了奖励动机在康复运动学习中的作用。国内将中医和虚拟现实结合的研究[24]，结局指标采用中文版简易智能状态检查量表(MMSE)、蒙特利尔认知量表(MoCA)及事件相关电位(ERP)检查，结果显示干预组疗效优于对照组(P<0.05)。

2.4 注意力

Delbroek等[19]采用荷兰版的蒙特利尔认知评估(MoCA)，评估注意力等，结果发现双重任务训练对参与者的专注、注意力及记忆是有效的且体验过程愉悦，愉悦和机敏是训练期间常见的两种情绪。Manera等[26]通过寻找目标图像，排除干扰物来集中注意力，采用MMSE评估。Gamito等[14,20]分别在2019年和2020年对注意力进行训练，均采用D2作为指标测量注意力/集中力，2019年研究显示，注意力的改善与基线时的一般认知功能呈负相关，如以提高注意力为主，对于认知功能下降患者最有效。

2.5 执行力

Gamito等[20]研究结果表明，虚拟现实干预比传统方法的执行功能影响力大，对执行功能的改善是传统的2倍，取得了积极效果。Anderson等[13]以颜色轨迹2-1差异分数、Stroop C、后退数字为结局指标，结果显示锻炼3个月后明显优于传统固定自行车锻炼并延缓衰退。Liao等[12]研究结果表明，体育锻炼可以增强认知功能改善，尤其是执行功能领域，如“厨房厨师”、“便利店店员”等。Huang等[15]研究表明，沉浸式虚拟环境玩游戏会在选定的执行功能(包括抑制、任务转换和工作)中产生不同的结果。

3 VR技术认知训练的局限性

3.1 VR认知训练的不良反应及处理

VR在训练过程中出现恶心、眩晕及眼睛疲劳等不适症状，考虑为晕动症(MS)或模拟器综合症(SS)，即因老年人身体感受到的运动与视觉不相符而引发的处理方式。(1)VR游戏间隔时间及时休息。(2)据训练完成情况，缓慢调整游戏难度，逐渐适应VR训练。(3)主要与沉浸水平和视觉的效果有关, 此种反应可于沉浸时或沉浸后加重，适应后会减轻，一般不需要特别处理。

3.2 研究的不足之处

(1)样本量小：实验组的样本量为12～22例[15,28-29]。(2)群体差异：使用了有主观记忆障碍的老年人社区样本，群体大小有差异。(3)效果的持续性：不能确保重复、长时间的训练还令人有兴趣，目前无法预测影响会持续多久。(4)对照组的缺陷：Gamito等[14]缺乏对照组，Schwenk等[29]对照组不参与任何其他形式运动。(5)样本量层次不平均：包括各年龄组、受教育程度不相等，参与者数量不平均。(6)VR的应用：用户使用鼠标有困难，可能是由于配戴3D眼镜造成眼睛疲劳所致。

4 小结

老年痴呆症患者起病隐匿，早期不易被发现，MCI尚没有明确的检查确诊手段，故对有轻度认知功能障碍的高危人群可以通过VR远程测试并练习。在提高患者依从性的同时做到早发现、早诊断、早治疗，及早对认知干预延缓痴呆进程。鉴于我国VR刚起步，有较大的发展和应用空间，从临床推广到社区甚至家庭中，需要各方努力及政府支持。