虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多動癥干預(yù)中的應(yīng)用探索

曹 蕓 王翠艷

（淮北師范大學(xué)教育學(xué)院 安徽淮北 235000）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多動癥干預(yù)中的應(yīng)用探索

曹 蕓 王翠艷

（淮北師范大學(xué)教育學(xué)院 安徽淮北 235000）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為多動癥的干預(yù)提供了新思路，它在多動癥干預(yù)中表現(xiàn)出了良好的適用性。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與腦電圖生物反饋技術(shù)、游戲治療、暴露療法等多種方法相結(jié)合在多動癥干預(yù)中取得了不錯的療效。但虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新興的干預(yù)手段還面臨著自身發(fā)展不夠成熟，存在沒有標(biāo)準(zhǔn)化的措施以及與傳統(tǒng)教育相沖突的問題。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)；多動癥兒童；教育干預(yù)

在多動癥治療的過程中，藥物治療以見效快，見效明顯為特點，曾在很長一段時間內(nèi)被視為治療多動癥的首選方式。但現(xiàn)代研究表明，治療多動癥的藥物可能會導(dǎo)致精神病學(xué)方面的不良反應(yīng)，興奮劑類藥物還有致人猝死的可能性。[1]因此，在這種情況下，人們不得不尋找其他有效且無傷害的方法治療多動癥，而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為拓寬多動癥的治療之路提供了一個契機?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展到目前為止都遵循著摩爾定律，呈周期性的快速進(jìn)步?，F(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)與人類的生活聯(lián)系日益緊密，在特殊兒童的教育干預(yù)中現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)也扮演著越來越重要的角色。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為近年來科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的結(jié)果，已經(jīng)運用于多個領(lǐng)域，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與特殊兒童的教育相結(jié)合也是人們探求特殊兒童治療的新視角。

美國科學(xué)家Burdea＆Coiffet在1993在世界電子年會上發(fā)表了一篇題為“VirtualRealitySystemand Application”（虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與應(yīng)用）的文章，該文章首次將虛擬現(xiàn)實的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性、交互性、想象性。這三個特性并非孤立存在的，他們之間是相互影響的，每個特性的實現(xiàn)都依賴于另兩個特性的實現(xiàn)。[2]

第一，沉浸性。沉浸性指使用者在與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行互動時對虛擬環(huán)境的感知程度。當(dāng)使用者與設(shè)備連接時，使用者便成為了虛擬環(huán)境的一部分，虛擬環(huán)境給使用者的反饋越接近于現(xiàn)實，使用者越能夠在虛擬環(huán)境中發(fā)揮自主性。

第二，交互性。交互性指使用者在虛擬環(huán)境中對虛擬對象的可操作程度以及虛擬對象反饋給使用者的真實程度。當(dāng)真實感越高，使用者對虛擬環(huán)境的信賴度越高，在操作過程中的沉浸性也就越強。這是人機和諧共處的關(guān)鍵特性。比如使用者想從樹上摘一個蘋果，那么使用者伸出胳膊將手放在蘋果上，便能夠真實地感受到手中的觸感，當(dāng)這種觸感越接近于真實世界中人手握蘋果的觸感，那么使用者就越能感受到身臨其境的感覺。

第三，想象性。想象性指使用者在虛擬環(huán)境中可以不受時間、地點的限制，根據(jù)自身需要，隨意構(gòu)想出符合自己要求的場景。使用者想象出的場景一方面能夠使自身沉浸其中，另一方面交互性越高，場景便能越貼合使用者的想象。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多動癥干預(yù)中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

（一）結(jié)構(gòu)主義教學(xué)理論。布魯納認(rèn)為，任何一門學(xué)科知識都有一定的知識結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)就是掌握學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)主義教學(xué)觀提出：為了促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展，教師首先必須全面深入地分析教材，明確本學(xué)科所包含的基本概念、基本原理以及它們之間的相互關(guān)系。只有這樣，才有可能引導(dǎo)學(xué)生加深對教材結(jié)構(gòu)的理解。在引導(dǎo)學(xué)生理解教材結(jié)構(gòu)的過程中，首先，教學(xué)本身應(yīng)有創(chuàng)新性，跨度適當(dāng)，難易適中，激發(fā)學(xué)生的好奇心和勝任感；其次，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的經(jīng)驗水平、年齡特點和材料性質(zhì)，選擇靈活的教學(xué)方式組織教學(xué)活動過程；最后，應(yīng)注意提供有助于學(xué)生矯正和提高的反饋信息，并教導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我反饋，以提高學(xué)習(xí)的自覺性和能動性。

結(jié)構(gòu)主義教學(xué)理論為虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于多動癥兒童教育中提供了良好的理論基礎(chǔ)。首先，就虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身來說，它是一個足夠新奇能引起學(xué)生興趣的學(xué)習(xí)方式。其次，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可根據(jù)每個學(xué)生不同的情況，為其創(chuàng)設(shè)屬于自己的課程，通過虛擬現(xiàn)實可將課程與游戲結(jié)合起來，游戲能以最自然的方式引起兒童的注意，在課程創(chuàng)設(shè)之初可邀請學(xué)生自主參與游戲課程的設(shè)置，這樣不僅能大大提高學(xué)生的參與性，而且在課程開始時也不需要過多地引導(dǎo)便能讓患兒主動參與到游戲當(dāng)中來。最后，虛擬現(xiàn)實能夠?qū)崟r監(jiān)測學(xué)生的情況，在教學(xué)中，根據(jù)信息的反饋對課程做出相應(yīng)的調(diào)整。

（二）感覺統(tǒng)合理論。感覺統(tǒng)合是指將人體器官輸入的感覺信息組合起來，經(jīng)過大腦的整合進(jìn)而對身體內(nèi)外知覺做出的反應(yīng)。感覺統(tǒng)合的過程是“二段式”進(jìn)程，第一階段是腦對中樞在同一時間接受的多類型刺激統(tǒng)一加工，并協(xié)調(diào)相應(yīng)的組織、器官做出適應(yīng)性反應(yīng)。第二階段是在整合外源性刺激的同時，將處理后的信息導(dǎo)入皮質(zhì)，大腦會在記憶存儲區(qū)尋找并調(diào)動多類型的經(jīng)驗信息，與外源性刺激及處理后的信息一一匹配，再進(jìn)行比較、二次加工及整合，形成新的認(rèn)知，進(jìn)一步驅(qū)使機體做出與外環(huán)境相適應(yīng)的行為應(yīng)答。[3]研究表明，前額葉和背外側(cè)前額葉皮層，基底節(jié)和小腦是發(fā)現(xiàn)多動癥受損的主要區(qū)域，多動癥的根本原因是腦損傷。[4]多動癥兒童大腦損傷導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)不能將感覺末梢接收的外界環(huán)境刺激信息完整的接收、整理、分析和反饋，所以導(dǎo)致多動癥兒童皮膚、身軀對外界的刺激不能給出相應(yīng)的反饋動作。[5]

感覺統(tǒng)合訓(xùn)練的最終目的是要實現(xiàn)大腦與身體各種機能的聯(lián)系與協(xié)調(diào)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為感覺統(tǒng)合訓(xùn)練提供了一個全新的視角，可以為不同的患兒創(chuàng)造出專屬于他們的訓(xùn)練場景。例如對于前庭覺失調(diào)的患兒來說可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計出一個帶有障礙物的場景，在這個場景內(nèi)，患兒需要經(jīng)過蹲跳來跨越障礙。

二、虛擬現(xiàn)實在多動癥兒童干預(yù)中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實與腦電圖、生物反饋訓(xùn)練相結(jié)合。腦電圖生物反饋是一種腦機接口（BCI）的變體在用戶接收基于腦電圖的頻率分量反饋（EEG），一些研究人員已經(jīng)表明，BCI可作為干預(yù)多動癥的一種替代治療選項。[6][7]用于治療注意缺陷多動障礙神經(jīng)反饋是兩種不同的類型：一個是基于感覺運動節(jié)律（SMR），另一個是基于在腦電圖α，β和θ波。后一種方法來源于“低喚醒假說”，該理論認(rèn)為，多動癥受試者的感覺刺激少于正常受試者。當(dāng)將多動癥受試者與正常對照受試者進(jìn)行比較時，過多的慢波（通常在淺睡眠或松弛狀態(tài)期間存在θ和α）和較少量的高頻波（通常在激動和精神活躍狀態(tài)期間存在）是明顯的。通過在受試者管理顯示更高頻率時提供積極的反饋，可以開發(fā)出注意的訓(xùn)練工具。[8]Rohani等人提出了一種基于P300潛力的BCI系統(tǒng)的注意力培訓(xùn)。P300腦電圖記錄中是一個大的正電壓，在頂葉的中線附近最強，在罕見的相關(guān)刺激之后達(dá)到峰值300毫秒。只有當(dāng)受試者在特定的刺激或事件中必須涉及時才出現(xiàn)，并且表示自愿的認(rèn)知處理。[9]根據(jù)針對多動癥受試者的基于P300的VR訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)果反饋顯示，該系統(tǒng)能有效維持多動癥患兒的注意力。[10]

（二）虛擬現(xiàn)實與時間模擬游戲相結(jié)合。人們對時間感知需要多個腦區(qū)的連通，這些腦區(qū)的小功能障礙可能會導(dǎo)致時間感知出現(xiàn)問題。對時間感知的缺失會影響多動癥患兒的行為，但是通過有效的培訓(xùn)，患兒可以在早年降低或擺脫時間感知缺陷所帶來的影響。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是幫助患兒重新感知時間的有效工具。因此，可以利用虛擬現(xiàn)實來創(chuàng)造出一個時間游戲，用以幫助孩子重建對時間的感知。在游戲中設(shè)定的時間元素可以有以下三方面：估計移動物體的時間；估計為了完成活動而花費的時間；完成任務(wù)后耐心等待的時間。美國學(xué)者利用故事游戲讓孩子們在玩耍和試圖完成任務(wù)的過程中逐漸感知時間。在經(jīng)過一系列的干預(yù)培訓(xùn)之后，8至12歲的患兒對時間的感知有了明顯的提高。[11]

（三）虛擬現(xiàn)實與暴露療法相結(jié)合。暴露療法，指的是治療過程中不需要進(jìn)行任何放松訓(xùn)練，治療一開始就讓患者進(jìn)入最使他恐懼的情境中，用最強烈的恐怖、焦慮刺激（沖擊）迅速校正病人對恐怖、焦慮刺激的錯誤認(rèn)識，并消除由這種刺激引發(fā)的習(xí)慣性恐怖、焦慮反應(yīng)。故也稱為沖擊療法或泛濫療法。大量的研究表明，暴露療法能有效減少與特定精神病理學(xué)相關(guān)的負(fù)面情緒癥狀。虛擬現(xiàn)實與暴露療法相結(jié)合是傳統(tǒng)行為療法的一種轉(zhuǎn)換形式，也是經(jīng)典現(xiàn)實情境暴露療法的替代性治療形式。虛擬現(xiàn)實整合了即時計算機圖形學(xué)、身體感覺傳感、視覺成像技術(shù)，給使用者提供近似真實的、可以沉浸和感知的虛擬環(huán)境。[12]此外，與圖像曝光相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實暴露療法具有更大的功效，尤其是在治療特定的恐懼癥（例如，恐懼癥，駕駛恐懼，幽閉恐懼癥，厭食癥和恐慌癥）方面。[13]

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多動癥干預(yù)中的優(yōu)勢

（一）自主參與、提高注意力。每一個多動癥患兒的情況都不盡相同，利用虛擬現(xiàn)實可以針對每個孩子不同的情況，為其設(shè)計創(chuàng)造出專屬于他的干預(yù)訓(xùn)練項目。在項目設(shè)計時，邀請患兒參與其中，根據(jù)孩子的喜好來設(shè)計內(nèi)容。在這種設(shè)計下，孩子通過多種感官渠道與其進(jìn)行交互，完全使自己置身于超現(xiàn)實的環(huán)境中，不僅不必?fù)?dān)心出現(xiàn)因無法引起患兒的興趣而導(dǎo)致訓(xùn)練無法進(jìn)行的局面，而且還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，提高訓(xùn)練的有效性。

（二）增加趣味、調(diào)節(jié)情緒。傳統(tǒng)的干預(yù)方式過于死板，在對患兒進(jìn)行干預(yù)時，不易提起患兒的興趣，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)與游戲相結(jié)合能夠大大提高干預(yù)的趣味性。在游戲中將訓(xùn)練多次進(jìn)行，也不會引起孩子的排斥反應(yīng)，而且在游戲訓(xùn)練中，能夠幫助孩子處理好內(nèi)在的情緒狀態(tài)。不同的游戲?qū)⒆觼碚f有著不同的功效。RamonaBaur等人將虛擬現(xiàn)實與游戲結(jié)合設(shè)計出了一個虛擬的踢球游戲，并在多動癥兒童中進(jìn)行測試。在試驗中，參與者被傳送到虛擬體育場的不同地點，結(jié)果表明，參與的被試響應(yīng)愉快，情緒高漲，后續(xù)反饋的結(jié)果也顯示，情緒反應(yīng)的強度與虛擬現(xiàn)實中經(jīng)驗的存在相關(guān)。[14]

（三）創(chuàng)造環(huán)境、規(guī)避危險。傳統(tǒng)的多動癥干預(yù)方法因為時間、空間的限制，無法將最直接的場景展現(xiàn)在患兒眼前，這種情況下患兒的認(rèn)知便會降低，而虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)則很好地解決了這一問題。利用虛擬現(xiàn)實的想象性，創(chuàng)造出一個在現(xiàn)實世界里難以還原的情境，這樣不僅能使患兒真切地感受到需要認(rèn)知的物體，更能夠避開現(xiàn)實中可能存在的危險因素。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于多動癥患者的時間意識和相關(guān)執(zhí)行功能的缺陷，導(dǎo)致他們無法準(zhǔn)確地理解事件持續(xù)時間、速度和距離之間的相互關(guān)系，因此患有多動癥的青少年在過馬路時，更容易引發(fā)交通事故。[15]所以在對多動癥患兒進(jìn)行類似于過馬路訓(xùn)練時，便可借助虛擬現(xiàn)實，這樣不但能為患兒提供媲美于客觀現(xiàn)實的虛擬環(huán)境，而且能在訓(xùn)練時清楚地讓患兒了解到違背交通規(guī)則可能會出現(xiàn)的后果，且不會對患兒造成危險。

（四）改變訓(xùn)練，發(fā)展認(rèn)知。傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法以老師為主導(dǎo)，因此對學(xué)生而言訓(xùn)練多為被動的接受，但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的加入?yún)s扭轉(zhuǎn)了這一局面，它能夠為學(xué)生和教師提供逼真、生動的環(huán)境，同時又具有較強的參與性，學(xué)生和教師都能進(jìn)入虛擬環(huán)境中進(jìn)行角色扮演，成為與傳統(tǒng)教育環(huán)境完全不同的教學(xué)模式。從而對突破傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷，重點、難點的分析和破解，學(xué)生的技能的培養(yǎng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動等方面都有著積極的作用，研究表明利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能有效地改善多動癥兒童時間感知缺陷。[16]有研究者利用視覺環(huán)境來訓(xùn)練孩子們的時間感知，比如樹影或天空在一天中的不同時段；用光的強度來充當(dāng)太陽讓患兒觀察不同時間段內(nèi)虛擬環(huán)境中物體的陰影是如何變化的。通過這種方式，孩子們學(xué)習(xí)并區(qū)分白天黑夜。

（五）完善評估，提高效率。對于多動癥的評估，傳統(tǒng)的方法主要依賴于紙質(zhì)測試行為量表。但是這樣的測試不僅耗費時間，而且由于它們的應(yīng)用程序在測試內(nèi)容和測試類型方面受到外部條件的限制，使測試消耗大量的人力、物力和財力。AULANesplora，是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的新的診斷工具，可以讓我們在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中評估兒童的注意力和意志問題。在評估時它盡可能還原出教室的環(huán)境，還包括帶有移動傳感器和耳機的特殊眼鏡。當(dāng)孩子進(jìn)行測試時，可以在不同的時間間隔呈現(xiàn)一系列與真正教室中可能發(fā)現(xiàn)的那些視覺和聽覺干擾物。該系統(tǒng)特別適用于時間不超過20分鐘混合注意力的評估。與其他紙質(zhì)測試相比，AULA Nesplora代表了多動癥評估的重要創(chuàng)新，因為它提供了區(qū)分關(guān)鍵感覺通道（視覺和聽覺），任務(wù)類型（x-go和x-nogo）的信息，以及干擾物的存在或不存在。[17]

四、虛擬現(xiàn)實在多動癥干預(yù)過程中存在的問題及展望

現(xiàn)如今，可以從各項試驗數(shù)據(jù)中看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在多動癥干預(yù)方面取得了一定的效果，但作為一項新興的干預(yù)手段，還有一些不足之處需要完善。

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身尚需完善。受硬件設(shè)施的影響，如果要將虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，則需要專業(yè)的知識以及大量的經(jīng)費；虛擬現(xiàn)實的顯示器設(shè)備分辨率較低，數(shù)據(jù)的傳輸需要連接固定的主機數(shù)據(jù)線，這些都影響了使用者的使用體驗。

（二）缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的行動措施。在我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)仍處于起步階段，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)研發(fā)的白熱化，基礎(chǔ)的硬件問題可以日益改善，最終改進(jìn)的重點是教學(xué)內(nèi)容。因為沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的措施，許多老師在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對多動癥兒童進(jìn)行干預(yù)時提供的場景有時太過于刺激從而導(dǎo)致學(xué)生偏離了原本的干預(yù)目標(biāo)。

（三）與傳統(tǒng)教育模式的融合尚待進(jìn)一步完善。在傳統(tǒng)教育中的教師以其主導(dǎo)地位來引領(lǐng)著整堂課的走向，但在虛擬現(xiàn)實中教育主要以兒童為中心，因此在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中教師需要立足于學(xué)生自我發(fā)展、教與學(xué)的需求考慮虛擬現(xiàn)實的教學(xué)活動設(shè)計。

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于多動癥干預(yù)尚屬于起步階段，在學(xué)校中沒有接受過特殊教育的系統(tǒng)培訓(xùn)的教師占絕大多數(shù)。對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備使用的培訓(xùn)也尚未完善，這便督促我們在今后的研究中要加強這方面的系統(tǒng)的培訓(xùn)。但隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步以及在教育中的強大優(yōu)勢與潛力，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在特殊兒童的干預(yù)中會起著越來越重要的作用。

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[責(zé)任編輯 王占峰]

G766

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2095-0438（2017）10-0107-04

2017-05-31

曹蕓（1991-），女，甘肅蘭州人，淮北師范大學(xué)特殊教育專業(yè)在讀研究生，研究方向：特殊兒童發(fā)展與教育。

安徽省2016年高校優(yōu)秀青年人才支持計劃重點項目(gxyqZD2016106)。