虚拟现实在颅脑损伤病人认知障碍中的研究进展

颅脑损伤是一种复杂的病变，具有不同实体的广泛症状和残疾，可能有意识丧失、组织撕裂、广泛的轴突损伤、创伤后遗忘症以及短期或长期的并发症

。我国男性颅脑损伤的死亡率为12.0%～16.7%，女性约为8.5%

。颅脑损伤多发生在15～30岁

。颅脑损伤很少引起局灶性损害，却经常会发生广泛的损害，因此需要综合和整体的治疗。在颅脑损伤的许多后遗症中，认知障碍是普遍存在的，在特定的大脑区域(特别是额叶和颞叶)受损之后，会导致认知领域中的一项或多项损伤，主要症状包括反应能力差、主动行为减少、空间能力障碍、短期记忆功能障碍、注意力、计划和执行过程以及(或)情感和行为功能的缺陷。不仅影响运动功能、日常生活活动能力的全面康复,更直接影响社会适应能力,给病人重返社会带来困难。因此,脑损伤后的认知康复已成为医学界所面临的重要课题之一

。近年来，随着技术的不断发展，新的康复策略也在不断的创新，如基于互联网的虚拟现实技术。

现代汉语动态助词“过1”和“过2”主要是附着在动词之后，表示“动作的结束和完成”和“过去曾经有过这样的事情”。所以“过”表“经过”“通过”义时与动词组合是“过”语法化的关键。以下是一些“动词+过”的情况，如：

虚拟现实技术是一种利用计算机创建的高度仿真的模拟环境，通过产生电子信号和视、听、触觉等多感官的逼真模拟，利用多种传感输出设备使用户能够真真切切地感受到一些物体，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术，使用户沉浸到该环境中

。虚拟现实技术通过20多年的研究探索,于20世纪80年代末走出实验室,开始进入实用化阶段。目前,世界上发达国家在经济、艺术、教育,乃至军事等领域,已开始广泛应用这种高新技术,并取得了显著的综合效益

。而在康复领域，虚拟现实技术有作为评估和恢复认知过程有用工具的潜力

。

1 虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的特征分为交互式、想象性、沉浸感、多感知性。①交互式：参与者借助专用的虚拟现实的交互设备与虚拟环境之间以自然的方式进行互动，通过虚拟场景能够实现人与机器的互动；②想象性：用户在虚拟环境中能够有广阔的幻想空间，可以构想现实中所没有的东西；③沉浸感:是虚拟现实技术系统的核心,是使用户全身心地投入到由计算机所创建的虚拟场景中,感到仿佛一切都是真的，有置身于真实场景的感觉；④多感知性：虚拟现实技术不仅能够提供视觉上感知,还可以使用户在味觉、听觉、嗅觉、触觉等多方面得到感知

。

在第二轮歌舞表演专业的考场中，别的同学都唱得特专业，美声唱法、流行唱法各种，这些歌唱技巧我都没有学过，当时整个人非常心虚，反反复复练了好几天，做梦都能念出歌词，才在最后“厚脸皮”地唱出了最拿手的《让我们荡起双桨》，而且还是紧张得跑了调。

2 虚拟现实技术的分类

2.1 非沉浸式

非沉浸式虚拟现实也称为桌面式(窗口式)虚拟现实,是借助于计算机和其鼠标、键盘、话筒等外围设备,通过三维制图软件在屏幕生成的窗口式虚拟环境,或者通过摄影技术获得的真实图像加上计算机处理生成的虚拟环境

。

本次研究的90例患者均经过手术病理进行确诊，其中C组诊断准确率高于A组，但是和B组对比不存在统计学意义（P＞0.05），详情见表2。

2.2 全沉浸式

所有患者均给予床头抬高，面罩吸氧，镇静镇痛，预防感染，维持内环境稳定等治疗，无论ICP水平高低均给予常规高渗性治疗，其中A组（3%HTS），单次用剂量2 ml/kg，B组（20%甘露醇）单次使用剂量0.5 g/kg，滴注时间均≤20 min，两组均使用14 d，其中1～7天使用频率为q8 h，8～11使用频率为q12 h，12～14天为qd。

也有一些研究认为，虚拟现实技术对于改善认知障碍效果与传统的认知康复训练差异无统计学意义

。Alashram等

通对文献进行系统分析后发现，虚拟现实技术训练干预可以改善创伤性脑损伤病人的记忆和执行功能，但对颅脑损伤后注意力的积极作用证据不足。研究者针对不同虚拟现实技术工具使用总结出了可以使训练效果达到最优的治疗方案，治疗方案如下：训练10～12次，每周2～4次，持续20～40 min可能会显示出最优的治疗效果。Park等

将21例患有轻度认知障碍的门诊病人随机分为基于虚拟现实技术的试验组和对照组，虚拟现实组每天训练30 min，每周训练2 d，共训练3个月,与对照组相比，结果显示，为期12周的虚拟现实技术培训计划并没有改善认知障碍病人的认知功能，且一部分病人出现了头晕和疲劳。但病人体现出了较高的依从性。Torpil 等

1项为期8周的随机对照试验结果显示，干预组仅在步速和注意力方面有改善,而整体认知功能没有明显变化。但总体来看虚拟现实技术对认知障碍的康复作用仍然是积极的。

3 虚拟现实在认知功能康复领域中的应用

3.1 评估认知障碍

虚拟现实可用来作为认知障碍的筛查工具

，评估确定颅脑损伤病人的认知和行为障碍。相较传统的标准神经测试,其有更好的生态效度。Levy等

的研究发现虚拟现实杂货店在评估病人日常自主行为障碍和困难方面很有用。此外，虚拟现实技术可以与神经成像相结合，如：心电图(ECG)和功能磁共振成像。了解在神经康复训练期间目标大脑区域如何对刺激做出反应，跟踪大脑不同区域的神经活动，评估记忆任务中海马和海马旁的激活。提供治疗进展的监测和预测

。根据当前的数据，虚拟现实技术可以被认为是观察和评估受颅脑损伤影响病人的一个有价值的工具，但还需要进一步的研究来更好地评估其潜力。

3.2 改善认知障碍

3.2.1 记忆力

1项研究比较了桌面平台和头戴式显示器(HMDs)在老年人和年轻人中的使用效果，参与者在桌面和头戴式显示器平台上按平衡顺序完成虚拟超市购物任务，结果表明，两组回忆购物清单的能力稳定，2种工具都能够提高病人的记忆力，持续增强病人注意力和工作记忆

。Caglio等

使用3D视频游戏对1例存在逆行遗忘和空间学习障碍的脑损伤病人的认知功能进行康复训练，主要针对空间和语言记忆功能，让受试者驾驶虚拟车辆从地面水平的角度探索一个复杂的虚拟城镇。结果发现受试者记忆改善显著，并且在随访时言语和空间短期记忆都保持稳定。另一方面，视觉空间记忆学习的能力也发生了变化。1项颅脑损伤病人在3D视频游戏虚拟现实技术导航训练显示了计划前后的神经心理测试(评估空间、语言记忆、注意力/执行功能)以及参与记忆处理的海马和海马旁脑区的功能磁共振成像激活的变化

。在经过导航虚拟现实技术训练后，病人视觉空间记忆学习方面有了明显的改善，特别是在延迟回忆方面的表现得到了增强。但对即时回忆没有明显的影响。此外，功能磁共振成像数据表明，这种训练可能会增加海马和海马旁脑区的激活。这表示，虚拟导航训练可能会增强脑损伤成年人的记忆功能。Man等

发现虚拟现实技术对选择性记忆过程和对记忆功能的感知方面有所改善。多感觉反馈和重复执行认知和物理任务结合感觉刺激可以恢复认知功能，通过复杂的机制增强神经可塑性过程

。事实上，虚拟现实技术训练在颅脑损伤早期和随后的日常生活康复中改善和发展了大脑的可塑性

。

3.2.2 注意力

沉浸式虚拟现实是利用图形系统和各种控制接口设备,在计算机上生成可交互和具有沉浸感觉的现实世界的模拟仿真,也就是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,利用头盔显示器把用户的视觉、听觉完全地封闭起来，几乎与现实世界隔绝。给使用者在虚拟环境中提供关于视觉、听觉、触觉等感官的现实世界模拟。同时，它利用可传感的数据手套把用户的手感通道封闭起来，产生虚拟触动感。系统采用语音识别器让参与者对系统主机下达操作命令，与此同时，头、手、眼均有相应的头部跟踪器、手部跟踪器、眼睛视向跟踪器的追踪，使系统能够实时地追踪用户的使用感，及时反馈。临境系统是真实环境替代的理想模型，它具有最新交互手段的虚拟环境

。完全沉浸式的虚拟现实能够使病人免受外界干扰，且提供丰富的刺激环境，从而鼓励认知障碍病人保持选择性注意力，对认知功能和情绪都有着积极的影响。

彩票背面的图案上，歪歪扭扭写着几行字，开头“雪萤”两个字吸引了范坚强，他小心将折叠的彩票展开。一些字被汗水洇得模糊了，一些字处于折痕处已经磨损无存，还有一些被涂抹掉了。他连猜带蒙地辨出几句话：雪萤：

Gamito等

使用Unity 2.5开发的虚拟平台，病人通过应用头戴式显示器与虚拟现实世界互动，病人需要记住虚拟世界的家、商场、公交站等地点完成规定的任务并重复练习。最后数据显示，每项任务的完成度都很好，平均完成时间约为5 min。且工作记忆和注意力水平显著提高，表明病人认知功能有所改善。Grealy等

表明，在虚拟现实环境中进行训练可以显著提高脑外伤病人的认知功能，另外还有沉浸式虚拟厨房和虚拟驾驶训练

也显示了同样的结果。Dvorkin等

使用交互式视觉触觉环境对重型颅脑损伤病人的注意力进行训练，结果显示，仅在2次训练后注意力就有所改善。因此，虚拟现实在改善注意力缺陷方面有很大前景。但由于病人注意力受损，且在颅脑损伤后的康复训练中很容易被视觉和听觉刺激分散注意力，所以病人很难保持专注。未来的注意力训练方案需考虑能够减少分心的互动任务。

3.2.3 执行力

Turon等

提出基于虚拟现实的早期神经认知干预对危重病人是可行的、安全的和可耐受的。这与先前的研究结果一致，虚拟现实技术干预为认知障碍病人提供了改善注意力和记忆功能的机会，包括空间能力障碍、注意缺陷和单侧视觉忽视等

。De Luca等

应用半沉浸式虚拟现实训练开展了1项随机对照试验，将100例颅脑损伤病人分成传统认知康复组和虚拟现实训练组，各50例，针对病人的执行功能、注意力和视觉空间认知进行训练。经过8周的试验，结果显示两组在认知功能均有显著的改善，但只有虚拟现实训练组在特定的认知领域方面有所改善，如：认知灵活性、注意力转移、视觉搜索、执行和视觉空间功能等方面有显著提高。但观察时间过短，且病人受伤时间长短不一，有效性需进一步研究。

3.2.4 空间能力

Dahdah等

发现应用虚拟现实技术对认知障碍病人实施干预后神经心理学评估指标(ANAM)准确性显著提高，在神经康复过程中实施沉浸式虚拟现实干预能有效提高脑损伤病人的特定执行功能和信息处理速度。Yip等

对4例脑损伤后认知功能障碍的病人使用非沉浸式虚拟现实(虚拟现实技术)社区技能培训计划。开发了一款名为Virtools的软件，与传统的游戏编程方法相比，该软件能够以更快的方式开发虚拟环境。在这个培训项目中，提供了5个社区生活技能培训模块。其中包括乘坐公交车和(或)小巴旅行，在便利店购物，使用公共电话亭。结束后采用神经行为认知状态量表中文版进行测量，发现记忆和结构分项测试的分数变化比较突出。对于记忆力，有3例受试者表现出显著的改善。但可能是由于病人反复练习记住了虚拟环境内的位置导致的。此外，也可能是由于丰富的环境性质，给病人提供了大量的视觉-知觉刺激。Jacoby等

使用了虚拟商城，该商城模拟真实大型超市环境，把虚拟现实超市与传统职业疗法相比，来检验创伤性脑损伤病人进行抽象-执行功能障碍治疗的有效性。该商城对神经损伤的病人通过练习日常生活活动能力的过程中训练运动、认知和执行能力，结果显示，使用虚拟现实组的病人认知功能改善显著，并且病人能够将其运用到现实购物和日常活动中，提高真实超市执行购物任务和其他复杂日常任务的能力，但对照组与试验组的受伤程度不一，试验组的改善相对较大，可能是因为参与者受伤更严重。在后续的研究中应该注意将中重度脑损伤病人区分研究。

沉浸式虚拟现实比非沉浸式虚拟现实更具有优势，在恢复病人损伤的技能方面的优势和有效性更高，其适用的年龄层次也更加广泛。有研究发现,年轻人和老年参与者对头盔显示器或桌面平台没有明显的偏好

。无论哪个平台，年轻人在使用时都比老年人的出错率低，在最后的调查中年轻人似乎更喜欢全沉浸式平台而不是桌面平台，老年人既不喜欢桌面平台也不喜欢全沉浸式平台，但全沉浸式对老年人的负面影响更少，因此沉浸式虚拟现实的接受度较高。

4 虚拟现实联合其他工具在认知领域中的应用

①虚拟现实技术能够增加游戏元素，使得康复锻炼变得更有趣味性，使病人更乐于主动地参与其中，提高了治疗的依从性和对认知活动的参与度，减少病人不活动和独处的时间。②虚拟现实技术能够灵活地控制任务难度的能力，以及测量个人行为和表现的能力，为病人提供个性化的治疗方案。③虚拟现实技术可以适应个人特定的治疗目标，提供重复的练习，逐渐增加任务的难度。④虚拟现实技术能够减少临床治疗师的工作量。⑤虚拟环境中获得的运动技能可更好地应用于到现实环境中。⑥虚拟现实提供了安全、和谐的环境，能够模拟那些可能太危险而无法在现实生活中执行的日常生活活动

。⑦虚拟现实训练可以激活认知和行动相结合的镜像型神经元，并增强个体的自我效能感

。⑧虚拟现实让认知训练更加灵活，不仅仅只局限在固定的场合中，Pietrzak等

表明虚拟现实技术培训可以开发用于家庭培训，传统康复治疗需要耗费大量的人力物力，并且多局限于医院内或者特定的场合，虚拟现实技术的应用能够改善这一情况。

5 虚拟现实工具的优点

有研究显示，虚拟现实能够联合其他工具更加改善病人的认知功能。虚拟现实技术可以与机器人相结合，1项虚拟现实结合机器人的神经康复治疗研究结果显示，病人精神和身体状态的感知以及生活质量显著提高

。且只有使用虚拟现实技术结合机器人的治疗组在认知、执行和注意力功能方面有显著的改善。虚拟现实与运动锻炼相结合，有氧运动可以增加额叶的大脑活性，改善认知功能，特别是执行功能

。同时进行认知和体育锻炼在防止认知下降方面具有更大的潜力

。国内有学者将虚拟现实高压氧联合治疗重型颅脑损伤病人认知和运动功能，改善认知效果比单一使用虚拟现实或者高压氧好

。

然而无论哪种防腐方案都只考虑了短期效益，对电厂因选材错误或质量控制不当而出现防腐层大面积失效，进而危及烟囱本体结构安全的问题缺乏考虑，以至于企业可能遭受巨大的经济损失，甚至存在严重的安全隐患[4-5]。为了从现有的常用防腐方案中选出一种使火力发电站能够以最低的成本可靠地获得最佳功能要求的方案，本文运用价值工程原理[6]，从功能和成本的角度进行分析，不单纯地选择低成本或者高功能的方案，致力于选择合理的成本与功能组合方案。

6 虚拟现实在认知康复中应用的局限性

虚拟现实技术在医学和心理学领域的应用前景广阔。然而，由于当前一些因素限制了虚拟现实技术在临床实践中的应用，因此关于如何将虚拟现实技术有效地整合到康复领域，作为提高功能性能的一种手段，还需深入的去探究

。

6.1 治疗效果不明确

尽管一些研究表明，虚拟现实技术对脑损伤后认知障碍病人的治疗是有效的，但当前文献的证据质量仍然很低

。大多数研究由病例报告和无对照的非随机试验组成。康复方案差异很大，缺乏高质量、大样本的干预性研究，虚拟现实用于认知功能障碍康复治疗的有效性尚未得到充分证实

。且治疗方案参差不齐，没有统一的标准，缺乏对颅脑损伤后认知障碍个体治疗的具体虚拟现实治疗方案。

6.2 价格和成本高

虚拟现实技术对硬件设备的要求比较高,在体验过程中,设备的好坏直接关系到沉浸式体验的效果。目前，沉浸式虚拟现实技术还处于不成熟的阶段,一些关键技术正在研究、改进和完善,比如高清晰的全景三维显示技术和比较自然的交互方式等,相关的硬件设备存在使用不方便、效果不理想的情况,难以达到虚拟现实系统所需的要求,影响了用户体验的兴趣; 虚拟现实的设备(运行速度快、图像质量显示高的计算机和虚拟现实技术套件)的价格依然比较贵,需要大量资金支持

。未来需要研究者进一步去研发出成本低、效果好的虚拟现实技术设备。

6.3 不良反应

目前大多数虚拟现实技术系统依赖于头盔显示器，需要病人移动头部才能在虚拟现实技术环境中导航，这对于因颅骨骨折或头皮缝合而严重头部受伤的病人来说可能不安全。病人在使用虚拟现实技术设备时可能会出现晕动病、挫折感、疲劳感和眼睛不适。晕动病是虚拟现实技术最常见和最有限的副作用，所以对有晕动史的人应该谨慎。主要原因是屏幕成像与用户交互作用的滞后、通过目镜观看3D图像与真实图像的差距以及戴上头盔的不舒适度等引起的。其次在虚拟环境漫游体验久了,有可能分不清真实世界和虚拟世界的物体，如果是患儿戴上虚拟现实技术头盔,还有可能伤害他们的视觉系统

。因此，在未来的研究中应该合理安排训练时间和休息时间，头盔尽量舒适，可以将较大的LCD显示器改为较小的LCD显示器，小型液晶显示屏(小于40英寸)不太可能引发眩晕

。也可通过增加虚拟环境和周围物体的清晰度来减少此类不良反应。

针对当下80、90后旅游消费主体倾向于用手机查看旅游攻略、做选择、定出行的情况，山西黄河全域旅游建设应着重利用“旅游+互联网”的渠道营销模式，构建旅游信息统一共享平台，集中推介黄河旅游，利用微信、微博等新媒体开展直接到位的互动营销，也可开发重点景区旅游演艺、动漫、网游等文化产品并借助网络宣传。

7 展望

虚拟现实技术总体上耐受性良好，受试者可以很快适应。但治疗方案应该考虑不同的年龄段和具有游戏经验的病人因素。因为对于老年病人来说操作电子设备不如年轻病人熟练，治疗效果可能会受到操作系统复杂程度的影响，应设计操作系统简便虚拟的现实工具。而对于儿童病人，应考虑头盔和操控装置是否适配，对于儿童病人的相关研究较少，未来的研究可以从这方面开展。其次，认知功能障碍对日常生活活动能力影响较大，可以从日常生活相关的功能活动去考虑和设计研究操作系统，以便让病人把从虚拟现实训练中相关功能的改善影响到真实生活中。

8 小结

认知和运动康复在脑卒中后病人中得到了广泛的探索，但在脑外伤病人中相关研究不足。考虑到颅脑损伤在当代社会已经成为一个突出的问题，开发新的方法来识别和治疗由这种类型的创伤引起的任何困难是当务之急。目前，虚拟现实技术对颅脑损伤认知障碍病人影响的研究在国内尚处于起步阶段，因此，更深入地探索虚拟现实技术设备与认知功能康复训练相结合，应该是进一步研究的目标之一。

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