虚拟现实技术在消防救援心理研究中的应用

王婧一 仲夏

虚拟现实（Virtual Reality,VR）是一种计算机模拟技术，其通过提供模拟交替三维环境的人机界面以及呈现多感官刺激，使用户能够与合成环境进行实时交互[1]。

VR 技术往往与多感知性、浸没感、交互性三种特质有关。多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉、力觉、触觉、运动感知，甚至包括味觉、嗅觉感知等。浸没感（Immersion）又称临场度，指体验者感受的真实程度，理想的模拟环境应该使人难辨真假，专注于所处环境中；交互性（Interactivity）也是VR 技术的一个重要要素，是指体验者进行操作后从模拟环境得到实时反馈的自然程度[2]。

VR 技术因其既能实现对刺激的精确控制，又能保证实验具备良好的生态有效性，正逐渐成为心理研究中值得关注的技术手段[3]。首先，VR 技术鼓励了自然的互动行为发生，同时通过成像或直接记录来监测行为与神经活动，这使得现实中许多难以复现的场景可在受控的环境中进行模拟，有助于最大限度地提高常用心理压力诱发范式所缺乏的外部效度。其次，VR 技术能够同时提供多种真实感觉刺激，具备充分调动感觉运动系统的能力，提升了心理行为实验的精准度。该技术在神经心理学评估、临床干预治疗[4]等方面已经开展了一定的应用研究。

消防员作为各类灾害事故的应急处置人员，救援过程中极易面临恶劣环境、人员伤亡、生命安全受威胁等强烈刺激，根据《精神疾病诊断与统计手册》（DSM-5）对创伤性事件的定义：经历、目睹或遭遇至少一次严重伤害、死亡威胁或性暴力[5]，消防员是典型的高创伤暴露职业群体，据调查整体创伤暴露率约为91.5%[6]。目前VR 技术在消防救援心理领域的应用主要集中在对消防员记忆提取、决策能力、空间定向等认知能力进行评估与训练，以及与传统心理疗法结合，治疗消防员中高发的心理疾患。

1 VR 在消防员认知评估/训练中的应用

消防员常暴露在生命安全受到威胁的风险中，并且任务执行过程中一旦犯错，代价可能是致命的，这就要求消防员需要在较大的时间、环境压力下执行具有认知挑战性的任务。大量研究显示，消防员可通过对记忆提取、决策能力、空间认知进行虚拟现实评估及训练，实现单项能力的显著提升（表1）。

表1 消防员虚拟现实认知评估/训练内容

1.1 记忆提取

救援现场往往要求消防员对繁杂的信息进行快速筛选与过滤。记忆的相关研究证明，当接受信息与回忆的过程处于相同或类似的压力环境中时，记忆的提取过程会更加流畅，因此在实战模拟状态对消防员的记忆提取过程进行优化训练显得尤为重要[7]。

美国学者Maher 进行了消防员在虚拟火场环境下记忆编码及提取的研究，选取了31 名消防员完成一系列有关视觉情境的记忆任务。具体而言，两组消防员分别在有/无呈现危险视觉元素（火灾、警报、烟雾）的化工厂虚拟场景中，使用VR 手持控制器对8 个阀门按顺序进行关闭，通过一段时间来巩固记忆内容后，消防员被要求回忆上述顺序并对阀门再次进行操作，通过采集到的神经表征对消防员的记忆编码与提取阶段进行区分、比对，结果表明消防员的情境记忆能力在训练后得到提升[8]。

1.2 决策能力

消防员执行任务过程中需对多种紧急事件作出反应，但突发事件往往在短时间内动态发展，消防员难以把握具体信息，同时环境中的应激源也会给决策带来阻碍。因此针对性研究一线指挥人员的决策思维能力对实战意义重大，通过决策能力训练可帮助消防员制定更清晰合理的救援方案，提高救援的安全性与效率。

实证研究结果表明，经过虚拟训练的森林及城市消防员与未训练者在决策倾向上表现出明显差异[9]。一项融合了决策跟踪技术的VR 系统，通过收集消防员在虚拟火场环境中对常见燃烧行为做出的判断与决策信息，包括：（1）消防员收集信息的顺序；（2）消防员查看备选方案的数量；（3）任务开始到做出选择所花的时间；（4）核实信息所耗时间；（5）最终选择的实施方案等，形成一一对应的消防员决策画像，最终实现对决策能力进行整体评估[10]。

另有研究就消防员的决策思维能力进行了训练，英国学者Cohen 针对消防员“形势评估-计划制定-计划执行”的固定决策思维路径展开研究，并针对上述思维方式研发了一款VR 训练系统，通过目标导向训练降低消防员对直接经验的过度依赖，降低计划不经反复思索便直接操作执行的概率[11]。Reis 等人也开发了一套含八种虚拟救援场景的VR 训练系统，旨在以多人协同作业的方式训练消防员在“决策制定” “指挥和控制”等多种现场所需的典型管理能力[12]。

1.3 空间认知

火灾救援常常涉及在燃烧的建筑物内进行人员搜救，一些复杂建筑空间中的内攻搜救往往难度较大，对消防员的定位、导航等空间认知能力提出了高要求，因此通过结合VR 技术对消防员的路线导航、视听觉搜索等能力进行专项训练很有必要。

美国阿拉巴马大学（UAH）针对此类情景开发了一套VR 训练系统，该系统以UAH 科学行政大楼为模板构建了一个多层建筑场景，消防员分别在视线清晰、视线受损（充满烟雾）的环境下进行虚拟的人员搜救训练。结果显示，经过VR训练的消防员比未受过训练的人员在任务完成总时长和错误转向次数等行为指标上均表现得更为优异[13]。

2 虚拟现实在消防员职业健康方面的应用

消防员作为危险事件的第一响应者，相比普通民众承受了更高强度的精神压力，也因此表现出更高的心理问题发生率，包括抑郁和焦虑情绪、物质滥用行为、睡眠障碍、创伤后应激障碍等。目前VR 技术已应用于特定恐惧症、焦虑症、进食障碍、创伤后应激障碍和精神分裂症等疾病的研究，在消防员职业心理健康领域上也开展了一定应用[14]。

2.1 精神压力负荷诱发/评估

借助VR 技术还原的刺激具备不可预知性与不可控制性，可替代传统手段成为心理实验所需的压力诱发源，在安全环境下唤起不同层次的压力反应。Hemmeter 等人的研究表明，沉浸式VR系统可以成为构建职业压力场景的强大工具[15]。已有研究通过VR 技术对消防员的职业压力与广泛性压力进行过诱发，进而测量两种压力场景下的心率、脉搏等生理反应及主观情绪感受[16]。

2019 年新西兰针对空中灭火消防员研发了一款在虚拟空间中评估精神压力的系统，该系统通过VR 技术还原了空中灭火监督员扑灭山火时的视觉画面，对空中操作的平台场景及人员配置进行了1:1 复现，要求消防员接受大量信息的同时进行灭火决策，并对其精神压力进行了实时心理生理评估，结果表明虚拟刺激诱发的现实压力不亚于实际场景[17]。

2.2 情绪弹性评估/训练

情绪弹性（Emotional resilience）是指个体在面对消极情绪刺激时产生积极情绪以及从消极情绪中快速恢复的能力[18]，关注个体在反复暴露于厌恶、危险和情绪不稳定的情况下形成的适应性应对机制。

英国雷丁大学的实验室招募了一批以消防员为首的助人职业者，要求被试者在VR 系统呈现的道德两难场景中完成一系列的决策任务，结果证明相比普通人，消防员在痛苦情境中对负面情绪的唤醒程度更弱。该决策系统可作为消防员情绪弹性水平的评估工具，帮助预测实战中消防员的“行为—情绪”应对模式，也可对消防员替代性创伤、急慢性应激障碍的发生发展进行预警[19]。波兰学者Lipp 对情绪唤起的沉浸式训练展开了更进一步的研究，在VR 模拟器中呈现与任务现场有关的暗示信息，包括“遇难现场可能存在儿童”与“遇难者在举行婚礼前发生事故”等事件细节，通过在任务执行过程中唤起消防员的恐惧、愤怒、内疚、悲伤等多种消极情绪，提升消防员心理训练的感受逼真度[20]。

2.3 创伤后应激障碍干预

创伤后应激障碍(PTSD)是一种严重的精神障碍，其特征是对创伤事件持续感受到强烈的痛苦、呈现极端的回避反应、认知上发生负性改变、表现出极高的警觉水平[5]。PTSD 的患病率受创伤事件的性质和暴露程度的影响。据调查，近三分之一的消防员报告了3 次或3 次以上的创伤事件[21]。2022 年一项荟萃分析研究结果显示，PTSD 在国内外消防员群体中的流行率为6.4%-57%不等[22]，并且存在大量消防员展露出亚临床PTSD症状，在社会功能上遭受的损伤不亚于已确诊人员。

PTSD 的心理治疗往往以创伤事件为中心，专注于处理患者对创伤事件的回忆过程，VR 技术可通过创设虚拟环境将患者暴露于一系列可控的恐惧刺激中，从而实现对恐惧记忆的合理化认知以及对异常行为的修正。目前基于这一原理的虚拟现实延长暴露疗法（Virtual Reality Prolonged Exposure,VRPE)已在消防员群体中开展少量探索性应用。

9.11 事件后，纽约消防救援局相关人员的应激反应以及精神障碍的发生情况受到了高度重视。为此康奈尔医学院与华盛顿大学联合开发了一套适用于缓解相关人员PTSD 症状的VR 系统——“虚拟世界贸易中心世界”（The virtual World Trade Center world），并依托此系统对参与救援的消防员进行了虚拟现实延长暴露治疗，治疗程序为6-13 次，每次75 分钟。消防员佩戴VR 眼镜后，可实现对灾难发生环境的沉浸体验，治疗师可通过点击按钮来逐渐引入更强烈和细致的刺激，治疗周期结束后10 名消防员的PTSD 症状评分平均下降了39.69%[23]。

3 国内消防救援心理研究现状

目前我国消防救援心理研究方向主要集中在消防员职业心理健康问题，少有人对影响职业胜任力、作战效能的个体心理要素进行剖析，仅在入职阶段通过非文字智力测试（如瑞文推理测试），对消防员的知觉辨别力、图形想象力、抽象推理能力进行了简单测试筛选，尚未对消防救援活动中可能涉及到的高级认知能力开展基础研究。

且消防员职业心理健康研究普遍停留在测量评估阶段，多通过通用型心理健康量表进行测量（如SCL-90）或某一具体精神障碍量表进行筛查（如SDS/SAS），答题者对自陈量表的作答往往在不同程度上受到记忆偏差与主观意愿的影响，尤其消防员群体受社会文化因素影响，在心理健康问题方面尚存在一定的病耻感，因此量表测量结果的真实性与客观性难免受到质疑，与行为测试相结合的方式被认为能更科学地评估消防员心理健康状态。

消防员心理训练也是备受关注的研究方向，集中于以现场授课形式开展的心理健康科学知识与技能培训，即对消防员人际交往、情绪管理、压力应对等理论知识与访谈技术、团体辅导、呼吸训练等实操技能进行培训；以及借助高空塔、烟热集装箱等装备设施开展的消防员心理韧性训练，但此类训练只能实现单一压力情境的构建，缺乏对灭火救援现场复杂刺激的模拟能力，因此降低消防员对情绪压力事件易感性的效果甚微[24]。而通过构建实战场景（如真火训练模拟、火幕墙训练设施、地铁训练设施、化工装置训练设施）开展的心理训练往往对场地空间要求较高，且难以随训练需求的变化而灵活更新迭代，因此对更加精细化、智能化、数字化的心理训练技术需求日渐迫切[25]，与虚拟现实技术相结合有望为消防员心理测量、心理训练、心理干预等多方面带来革新突破。

4 研究启示

VR 技术在我国消防救援心理领域中的研究还处于理论建构阶段，存在大量应用场景尚未充分开发。为推进我国消防员实战化心理训练体系与职业心理健康管理体系的建设，未来可在以下几个方面开展技术攻关和推广应用。

4.1 高级认知能力训练与应激接种训练

在消防员高级认知能力训练领域，VR 技术因其对场景的高还原能力、更低的成本、对受训者的安全保障以及更便利的训练反馈数据采集功能，展现出巨大的应用潜力。

通过对消防救援活动中可能涉及到的认知技能进行广泛调研，设计符合实战化情境的刺激线索与训练场景，研发适用于消防员注意警觉、视听觉认知、执行功能、空间定位、记忆与学习等认知能力测评与个性化训练的一体化系统，对个体基线水平、训练效果进行持续追踪与记录，可为优化消防员心理训练水平提供技术支撑。

从军事和医疗领域的成熟应用来看，VR 训练为改善消防员的心理健康同样提供了可能性。长期以来应用于高风险创伤暴露职业群体中的应激接种训练(Stress Inoculation Training，SIT）可通过VR 技术实现提升训练效率、优化训练效果。SIT 即为了预防创伤与应激相关障碍，使个体在训练期间重复暴露于应激源中的一种训练，其目前已成为优化军事人员作战表现的一种成熟方法。实证研究也表明VR-SIT 技术在军人群体培训中已经取得了积极成效[26]。尽管消防员面临的压力类型、应激来源与军人并不完全相同，但二者心理行为机制存在相似之处，上述研究方法未来有较大可能性引用至消防员群体中。

4.2 精神障碍筛查与诊断

除预防消防员的心理健康问题产生外，VR 技术也可应用于消防员精神障碍的筛查与诊断，目前诊断手段主要依赖于临床医生的访谈以及借助问卷进行回溯记忆，消防员往往并不乐于如实表露心理健康状态，从而陷入“不愿承认-抗拒治疗-更难意识到自身问题”的循环中。而VR 技术逐渐展现出解决上述困境的可能性，可将VR 技术与精神障碍诊断中较为成熟的范式进行结合（例如与“过度惊吓范式”结合），通过采集消防员对虚拟环境中惊吓刺激的面部表情反应与实时生理指标变化，为应激障碍在消防员群体中的发生风险提供量化评估。VR技术也有助于探究精神健康障碍成因，例如查明增加不良心理反应风险的环境特征。

4.3 应激与创伤相关障碍干预治疗

国际创伤应激研究学会(International Society for Traumatic Stress Studies，ISTSS)指出，暴露疗法是治疗PTSD 效果最好的心理疗法之一[27]，可与VR 技术结合形成虚拟现实延长暴露疗法（VRPE），VRPE对PTSD 的显著治疗效果已在军事领域得到了充分的实证支持，针对美国退伍军人开发的“虚拟伊拉克/阿富汗虚拟现实环境刺激系统 (Virtual Iraq/Afghanistan VRET simulation)”“BRAVEMIND 系统”的应用表明VRPE 与常规疗法一样有效，甚至效果更佳，并且对症状的缓解效应往往在3-6 个月后仍然存在[28]，我军也尝试将VRPE 引入过飞行员应激障碍的康复治疗中[29]，但这项治疗技术在消防员职业心理健康领域中的应用潜力还尚未得到充分开发，研发消防救援应激场景虚拟体验系统，针对消防员常见的职业创伤暴露场景及事件进行模块化设计及搭建，从而实现对消防员创伤事件中恐惧图示的系统性激活，或许是未来对消防员创伤与应激相关障碍进行的高效、高收益治疗方式。

相比于传统疗法，VRPE 能够在治疗过程中更精确地控制刺激，可根据受训者的需要引入、控制和减少刺激源。因此在VRPE 应用于消防救援心理的研究中，加强其与生理指标、认知神经测量的结合，根据生理唤醒水平的反馈对刺激暴露程度进行实时调整也是未来的发展趋势。