增强现实技术在心理学领域中的应用*

卫静雯 王双文 田而慷 殷 莉

增强现实(Augmented Reality, AR)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术系统。AR技术通过设备将模拟仿真后的虚拟实体信息叠加应用到真实世界，使实时存在于真实环境的同一空间，从而达到超越现实的感官体验[1，2]。在AR系统中，用户不仅能看到由真实图像和叠加在其上的虚拟元素组成的图像，其感觉还可以扩展至听觉、嗅觉和触觉[3]。自1966年第一套AR系统“达摩克利斯之剑”被成功开发后，AR技术系统逐渐成熟，被陆续引入模拟训练、虚拟通讯、人工智能、信息等领域，以AR Kit、AR Core、AR cloud等为代表的AR技术被广泛应用于日常生活[4]。

随着AR支持技术的发展，AR已在建筑、维护、娱乐、教育、医药、灾难管理和认知及运动康复等多个领域得到研究和应用[5]。在心理学方面，AR技术的相关研究也在不断增加，显示出在评估和治疗心理障碍方面的有效性。在心理疾病的治疗中，AR使患者更容易获得心理健康服务，其较强的具象性和沉浸性使患者在治疗中的参与度明显增加，具有很强的应用潜力[6]。目前AR已经成为虚拟现实研究中的一个重要领域,是人机界面技术发展的一个重要方向，也是为众多领域带来革命性变化的契机。本篇综述描述了AR技术在心理学研究与疾病治疗中的应用，并简要介绍了其他虚拟现实技术与心理学的关系。

1 AR在心理学中的应用

AR作为一种新型图形沉浸技术，其优势在于可以将合成元素添加到现实世界中，可以在环境中再现真实对象(生态有效性)并进行实时互动，与真实生活场景的拟合度较高，且能够提供高度的视觉真实感、逼真的体验感和存在感，可控性高，数据易量化[6，7]。基于以上特点，AR技术应用到心理学中具有较大的优势，可能成为最有竞争力的前沿领域之一[8]。

2 AR在心理治疗中的应用

研究表明，AR是一种有效的干预工具，目前主要针对特定恐惧症和恐高症[9～11]。相较于传统治疗方式，AR的主要优势在于可控性、安全性、保密性、可重复性、灵活性和低成本[1]。AR能使患者在治疗过程中规避真实环境的风险和复杂性，比如在一个安全的环境中使患者暴露于虚拟的恐惧或恐惧症刺激因素中；由于只需设计少量虚拟元素，AR还可以使试验环境的制造成本降低[12]。AR允许患者与叠加到现实世界中的虚拟对象进行实时交互，操作者也可以基于患者的需要或治疗目的灵活调整暴露等级[2]。在情感反应方面，虚拟刺激与真实刺激相似，通过虚拟内容来增强物理世界的体验可以增强患者的存在感和参与感，从而提高治疗效果和依从性[12，13]。

2.1 治疗焦虑障碍及应激相关障碍 焦虑相关的障碍，如特定恐惧症、创伤后应激障碍，以及广泛或特定的焦虑(如公共演讲或社交焦虑)障碍，是全球最常见、患病率增长最快的心理健康障碍之一[14]。对于焦虑相关障碍，暴露疗法是最有效的治疗方法之一，它源于广泛意义上的认知行为疗法。患者被逐步暴露于一种诱发焦虑或恐惧的刺激中进行系统脱敏，以尽量减少患者对刺激的强烈和不良行为[15]。暴露分为体内暴露(IVE)或虚构暴露(IE)，为克服传统暴露疗法(如IVET)保密性低、不可控性高的局限，近年来增强现实暴露疗法(ARET)开始成为一种替代治疗方法[16]。

ARET克服了传统IVET疗法的局限性，能够降低患者的焦虑水平，达到较好的治疗效果。2010年，Bretón-López J等[17]探讨了AR在6例被诊断为蟑螂恐惧症的受试者中诱发焦虑的水平，结果证实AR能够在所有参与者中诱发焦虑，在暴露于焦虑诱导刺激期间，参与者焦虑水平逐渐降低，且减少焦虑所需的暴露水平和持续时间取决于恐惧的初始水平和恐惧症的严重程度。也有其他证据表明AR系统初期能诱发受试者的焦虑感[18，19]。Sarver NW等[20]调查了在虚拟环境中治疗儿童社交焦虑障碍的可行性、可接受性和可信性，所有受试儿童均接受了融入虚拟环境的儿童社会效能疗法；结果表明88%的儿童认为治疗能有效减轻焦虑，大多数儿童(75%)也报告此种治疗有助于改善其他方面的社会功能，比如与父母的相处。

此外，AR在术前、术中及术后对焦虑状态均有较好的缓解效果。研究证明，AR可以作为现有药物和行为转移治疗术前焦虑的辅助手段或替代手段，也可以利用全息图像分散注意力，限制个体对痛苦或焦虑刺激的处理[21～23]。与普通催眠相比，基于AR技术的催眠在心理压力和焦虑的治疗方面的心理知觉效用更高，并可显著缩小催眠效果的性别差异[24]。

2.2 治疗特定恐惧症 作为焦虑障碍的一部分，恐惧症的治疗同样主要是使用暴露疗法。相较于其他技术，暴露疗法症状缓解程度较好、患者依从性较高，整体治疗效果也有了提升。AR在治疗恐惧症中的应用便是传统暴露疗法的一种替代性治疗，也是AR心理学应用研究较为热门的领域。

ARET克服了传统暴露疗法实际操作难度大、受经费制约、暴露等级控制难等局限性，能够有效地诱导焦虑并保证最终治疗效果。2005年，Botella CM等[25]采取Hellstrom K等[26]提出的“单次疗法”方针，成功地治疗了诊断为小动物恐惧症的受试者，提供了首个AR被用于治疗蟑螂恐惧症的案例研究的数据。在治疗前的行为回避测试中，参与者表现出明显的恐惧和回避，治疗后不仅观察到的恐惧和回避评分显著下降，参与者也能够立即接近并杀死活蟑螂，并在治疗结束后1个月的随访中持续保持该治疗效果[25]。同年，Juan MC等[27]对9例患有小动物恐惧症的患者(5例蟑螂恐惧症和4例蜘蛛恐惧症)的试验也得到了相似的积极结果，证实AR系统既能诱发焦虑，又能通过长时间接触虚拟物体来减轻焦虑，且患者克服恐惧所需的时间明显短于虚拟现实(VirtualReality,VR)系统。也有研究者在表现形式上进一步创新。2013年，Wrzesien M等[28]设计了一种交互式的基于投影的AR治疗灯(TL)用于治疗小动物恐惧症。26名志愿者(亚临床人群)接受了一项包含12项练习(从最不容易诱发焦虑到最容易诱发焦虑)的暴露治疗方案，结果显示在每次锻炼开始时焦虑评分相对较高，但在锻炼结束后焦虑评分下降，参与者对自己面对蟑螂的能力的信心也显著增加。

ARET在保证治疗有效的同时，也能够维持较久的治疗效果。比如2010年，Botella C等[29]发表了另一项研究，采用多基线设计测试了AR在短期(治疗结束时)和长期(治疗后第3、6和12个月)治疗蟑螂恐惧症的有效性，结果显示治疗后，所有参与者在恐惧、回避和对主要目标行为有关的消极想法的信念水平上均得到显著改善，且在不同时间的随访中都保持了治疗效果，为AR作为恐惧症治疗工具的疗效提供了进一步的支持。

尽管大量的经验研究已经证明了新技术的临床有效性，但是许多精神卫生工作者仍然怀疑借助该技术与患者建立良好治疗关系的可能性。但试验证明，ARET并不会对医患关系产生不良的影响。比如Wrzesien M等[30]通过随机对照试验比较了与蟑螂和蜘蛛恐惧症有关的两种治疗方式：传统的非技术性体内暴露疗法(如IVET)和技术性增强现实暴露疗法(如ARET)，证实ARET同样有效且不会对治疗联盟产生负面影响。

与目前较成熟的IVET相比，ARET具有成本低、被试接受度高、交互感强等独特的优势。如2016年，Botella C等[8]在一项随机对照试验中研究了IVET及ARET两种治疗方式的有效性和接受度，提供了有关AR治疗特定恐惧症的疗效和参与者接受度的经验证据。数据表明，两种方式均使主要[行为规避测验(BAT)]和次要[蜘蛛恐惧问卷(FSQ)、蜘蛛恐惧信念问卷(SBQ)、主要目标行为(MTB)和临床严重程度量表(CSS)]结局指标显著改善并在随访中长期维持，且两种治疗条件的暴露时间没有发现差异。与IVET组相比，接受ARET的参与者对治疗的厌恶程度更低。2019年,Suso-Ribera C等[9]比较了虚拟现实暴露疗法(VRET)、ARET和IVET在治疗小动物恐惧症上的疗效，结果显示三者在行为特征(患者愿意接近恐惧的物体)和心理特征(如焦虑和恐惧)方面可能同样有效，但还应进一步研究验证该结论的可靠性，为个体化治疗提供证据。

除小动物恐惧症外，AR对恐高症也有相似的治疗效果。2006年Juan MC等[31]报道了一种在AR系统中使用沉浸式摄影技术治疗恐高症的方法，用户在沉浸式摄影环境中获得了高度的存在感(在1～7的评分中，平均得分超过5分)。Juan MC等[10]另一项研究比较了VR和AR系统中恐高症场景的存在感和焦虑感，结果表明VR和AR之间在存在感和焦虑程度方面比较差异没有统计学意义，但试验暴露后焦虑水平降低,提示AR对恐高症可能同样有效。

2.3 治疗幻肢痛(Phantom Limb Pain, PLP) 幻肢疼痛是指患者肢体被截除后,仍感觉到被截除肢体所发生的疼痛,常与残肢痛或幻肢感并存,其发生率通常在50%～80%之间，且具有复杂的病因，治疗难度大[32]。多数研究表明，PLP可以通过完整肢体的视觉表现得到缓解。

多数案例研究表明以AR为基础的干预措施对缓解PLP有显著效果，但缺少高质量研究[33，34]。Thøgersen M等[35]对7组严重PLP患者进行了8次家庭AR训练并监测评估，发现前3次AR训练后疼痛等级急剧下降，随后反应趋于平缓，疼痛评分指数平均降低了52%。14例传统治疗无效的顽固性慢性PLP患者接受了12次幻像运动执行疗法后，PLP的严重程度和频率明显降低，PLP对日常活动和睡眠的影响减弱[36，37]。

除缓解PLP外，AR对其他类型的疼痛也可以起到缓解作用。有证据表明对经镜像治疗无效的单侧上肢慢性神经性疼痛的患者使用3D增强现实系统可显著地暂时减轻疼痛[38]。Mott J等[39]的一项前瞻性随机对照试验也证实了AR在急性烧伤患儿敷料更换中作为镇痛和镇静剂的辅助手段的有效性，且镇痛效果不会因多种治疗方法而减弱。

2.4 治疗孤独症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder, ASD) 近年来，针对ASD的AR技术的开发和使用有所增加，它使ASD患者能够在更加生态和现实的环境中接受治疗，并且可以对环境进行调整以适应ASD儿童或青少年表现出的特异性和异质性[40，41]。

情绪识别是社交互动中最关键的技能之一，但ASD患者无法适当地识别和理解面部表情中的情绪，无法确定他人的意图和思维过程且无法做出适当回应[42]。2015年，Chen CH等[43]创建了一种AR应用程序用于提高ASD患者的情感表达和社交技能，测试数据表明，AR干预可以提高ASD患者对情境任务中所看到的面部情绪表情的识别和反应能力。此外，多项研究证明了AR技术在ASD患者社交互动和情感识别中的辅助和治疗作用，表现出较好的可行性、可用性、耐受性和安全性[44～47]。

假装游戏与象征性思维、语言和社交互动等的发展密切相关，而ASD患儿被证明在儿童早期缺乏假装游戏，在符号思维方面存在缺陷[48]。为促进ASD患儿的开放式假装游戏，Bai Z等[49]开发了一个AR系统并进行了实证研究，结果表明ASD儿童使用AR系统的假装游戏在频率、持续时间和相关性方面有显著改善，且对发育最迟缓的儿童效果最明显。

ASD儿童在治疗过程中很难维持选择性注意力[50]。研究证明AR系统能提高患儿的注意力 (选择性和持续性的注意力以及反应时间)，并在治疗过程中激发积极情绪[51]。此外，Magrini M等[52]采用基于AR的交互系统对6～10岁的ASD和运动障碍青少年受试者进行了康复治疗测试，结果受试者表现出了更强的自我控制及选择特定运动区域的能力，情绪和社交技能也得到改善。

2020年Berenguer C等[53]调查了现有研究中AR在社会、认知和行为领域对ASD儿童青少年的影响，指出AR技术在不同功能领域具有积极作用，如ASD儿童青少年的社交互动、沟通技巧、言语和非言语沟通、面部表情识别程序、注意力技能和功能生活，证明了AR的有效性。

3 小结与展望

本文综述了AR在心理学研究及在心理治疗的应用研究，主要关注了AR作为一种新型心理治疗干预手段在焦虑障碍及应激相关障碍、特定恐惧症、PLP、ASD中的最新应用及治疗效果。

现有研究表明，AR是一种有效、可控、安全、低成本的治疗特定恐惧症(如小动物恐惧症和恐高症)的干预工具，可以为一些劣势暴露疗法提供有效的替代方案，且AR在减少焦虑、缓解PLP和神经痛、ASD患者社交互动和情感识别辅助治疗上有潜在的应用前景。总体而言，AR系统扩展了交互性，可以让患者自由操纵虚拟元素并实时评估和监测其反应，并基于患者需要或治疗目的灵活调整模拟环境，减少治疗过程中的风险。AR模拟的虚拟刺激与真实刺激引起的情绪反应相似且实现了较高的分辨率，可以增强虚拟环境的真实感，患者参与感强。然而，目前大多数对AR在心理学中的应用研究样本量小，且缺乏对照和随机对照试验，未来需要更多的临床研究来探讨AR在临床心理治疗中的适用性和实际疗效。

AR技术虽然仍处于起步阶段，技术不够成熟而无法满足临床心理治疗的部分要求，但将来AR交互作用的具体化发展必会对其适用性、效用性和应用前景产生积极影响，如通过增加触觉组件向用户提供持续的力反馈，使用户有触摸的感觉，感受到虚拟物体的物理重量，从而强化用户的体验[54]。

总的来说，AR为心理学研究和临床心理评估、治疗带来了新的挑战，在其他精神障碍如进食障碍、物质使用障碍等疾病中也可能有潜在的应用前景。