虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輕中度阿爾茨海默病病人認(rèn)知康復(fù)中的研究進(jìn)展

耿詠晴，陳亞楠，張雅婷，林翠霞，姜孟涵，劉振奧，利越萍

阿爾茨海默癥(alzheimer disease，AD)是一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，主要的治療方法有藥物療法和非藥物療法。目前用于AD的藥物有多奈哌齊、利瓦斯汀、加蘭他敏、谷氨酸鹽拮抗劑(美元剛)[1]。大量研究證實(shí)藥物持續(xù)治療在一定程度上是有益的，但療效有限，不能改變病程。阿爾茨海默病病人都伴隨著不同程度的認(rèn)知障礙，全球正面臨著巨大的認(rèn)知癥負(fù)擔(dān)。美國精神病協(xié)會(American Psychiatry Association,APA)2007年AD診療指南提到 AD病人除了接受藥物治療外，還應(yīng)該進(jìn)行康復(fù)療法[2]。康復(fù)療法對阿爾茨海默病病人具有較好的治療效果，可顯著改善其認(rèn)知能力，提高其生存質(zhì)量。認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練有助于AD病人認(rèn)知功能恢復(fù)[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)是一種新興的非藥物認(rèn)知干預(yù)方法。近年來，VR技術(shù)在國外的諸多癡呆照護(hù)機(jī)構(gòu)得到了應(yīng)用且其益處被患有認(rèn)知障礙的老年人廣泛接受。在這一領(lǐng)域，VR在其他先進(jìn)技術(shù)中占有突出的地位[4]。更值得注意的是，VR的可行性已在健康老年人和癡呆癥病人中得到證明[5]。然而，由于我國VR技術(shù)相對國外起步較晚，對VR技術(shù)在阿爾茨海默病病人認(rèn)知康復(fù)的關(guān)注較少，相關(guān)應(yīng)用研究也不足。因此，本文通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行研究，對VR在輕中度阿爾茨海默病病人認(rèn)知康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為以后的臨床實(shí)踐提供參考。

1 VR概況

VR也就是虛擬環(huán)境，是20世紀(jì)出現(xiàn)的一種新型技術(shù)，VR技術(shù)的研究起源于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，現(xiàn)已擴(kuò)展到仿真、傳感等多個學(xué)科領(lǐng)域。它通過電腦進(jìn)行虛擬的模擬，提供給用戶關(guān)于視覺等感官的模擬環(huán)境，可以讓使用者在虛擬的環(huán)境中看到任何東西都會有一種身臨其境的錯覺。虛擬現(xiàn)實(shí)依賴于三維(three dimensional，3D)立體頭部跟蹤顯示及身體跟蹤感應(yīng)技術(shù)，這構(gòu)成一種身臨其境的多感官體驗(yàn)[6]。

隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種分散注意力的方法，它通過頭戴式顯示器和耳機(jī)，提供一種極其逼真、交互式的虛擬環(huán)境，幫助減輕疼痛和痛苦。VR基于兩個關(guān)鍵維度:沉浸感和現(xiàn)場感，這使得人們不再懷疑這種體驗(yàn)是人為的，并允許更大程度的現(xiàn)場感和對刺激的反應(yīng)，同時(shí)也使得其逐漸成為認(rèn)知康復(fù)的新興工具。VR技術(shù)因其價(jià)格低廉、易于使用，已成為科學(xué)和臨床研究的普遍做法。VR技術(shù)近年來被引入醫(yī)療行業(yè),廣泛應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練、心理治療、醫(yī)學(xué)教育等領(lǐng)域[7-11]。

2 VR在改善認(rèn)知康復(fù)方面的機(jī)制

VR技術(shù)是由計(jì)算機(jī)圖形仿真、立體顯示、傳感網(wǎng)絡(luò)、語音輸入、空間定位等技術(shù)綜合起來的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性三大基本特征[12]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于游戲、影像、軍事、醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域。當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老年人認(rèn)知評價(jià)和培訓(xùn)中的應(yīng)用正處于一個新的發(fā)展階段[13]。VR裝置使用了更高級的技術(shù)，采用桌面平臺或PC顯示器，通過鍵盤、鼠標(biāo)或操縱桿、游戲手柄、觸覺手套，甚至是耳機(jī)，可以人為地制造出一個與現(xiàn)實(shí)世界相適應(yīng)的環(huán)境，使一個或多個人與虛擬環(huán)境和三維實(shí)體互動[14]。因?yàn)?VR可以表現(xiàn)出立體的物體，創(chuàng)造出一個復(fù)雜的多感官虛擬場景，使病人在日常生活中有一種身臨其境的感覺，而這種多來源的無創(chuàng)刺激可以提高受損腦區(qū)的神經(jīng)重建程度，對病人的康復(fù)訓(xùn)練有很大的幫助。VR在康復(fù)中的應(yīng)用相對較新，并已被證明是一種有效的工具，通過參與者的積極參與實(shí)現(xiàn)預(yù)期的臨床結(jié)果。

3 VR在改善認(rèn)知功能方面的效果

3.1 VR可以改善輕中度AD病人的認(rèn)知功能 AD是嚴(yán)重的神經(jīng)退行性疾病，嚴(yán)重影響病人的行為、認(rèn)知和記憶。目前雖然沒有治愈AD的方法，但促進(jìn)病人的認(rèn)知康復(fù)有助于獲得必要的支持、適當(dāng)?shù)乃幬镏委?，并盡可能維持智力、社交和體育活動。認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練是認(rèn)知功能再學(xué)習(xí)過程，通過對注意力、定向力、思維、記憶、計(jì)算等方面功能進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，并將訓(xùn)練結(jié)果應(yīng)用到日常生活中，以改善病人日常生活能力[15]。提高病人的認(rèn)知能力是提高 AD病人和家庭生存質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展，其在認(rèn)知康復(fù)方面也取得了顯著效果。

3.1.1 VR改善輕中度AD病人認(rèn)知功能的作用機(jī)制 虛擬現(xiàn)實(shí)是把有認(rèn)知缺陷的病人置于電腦產(chǎn)生的虛擬世界里，給病人帶來“在場”的體驗(yàn)，使病人能通過模擬真實(shí)的生活刺激，與他們進(jìn)行多個感官的交流。虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用了許多心理學(xué)上的感官層面，即視覺、觸覺和動態(tài)感知，為病人在虛擬世界中進(jìn)行活動、任務(wù)和測試，以滿足不同病人的不同特點(diǎn)和需要。從神經(jīng)病學(xué)的觀點(diǎn)來看，其機(jī)制如下：大腦可塑性補(bǔ)償模型指出, 老化的大腦通過代償性增加大腦網(wǎng)絡(luò)(如額葉、顳葉和頂葉區(qū)域等)的激活,以維持最佳認(rèn)知功能,故大腦激活的增加表明,認(rèn)知障礙老年人需要更多的大腦網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)相似的認(rèn)知表現(xiàn),其認(rèn)知效率更低。病人前額葉區(qū)域的大腦激活減少，整體認(rèn)知功能得到改善[16]。

3.1.2 VR改善輕中度AD病人認(rèn)知功能的效果 國外已有研究證明虛擬現(xiàn)實(shí)(結(jié)合計(jì)算機(jī)化認(rèn)知訓(xùn)練)能有效延緩認(rèn)知障礙的進(jìn)展[17]。王凱蓉等[18]對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，探究沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知訓(xùn)練對阿爾茨海默病病人的干預(yù)效果。結(jié)果表明，阿爾茨海默病病人在體驗(yàn)式虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知能力的培養(yǎng)中，整體認(rèn)知能力顯著提高。特別的是，VR是一個擴(kuò)展工具，不但可以提高病人的認(rèn)知功能，而且也可以評價(jià)他們的認(rèn)知水平。目前用于認(rèn)知訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)專注于執(zhí)行與日常工具鍛煉(instrumental or domestic activities of daily living，IADL)相關(guān)的活動，例如：烹飪、駕駛、購物等。VR技術(shù)已成功應(yīng)用于不同的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，與傳統(tǒng)康復(fù)治療相比，它展示出了更大的潛力。隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展，其在認(rèn)知康復(fù)方面也取得了顯著效果。

3.2 VR對AD病人認(rèn)知康復(fù)的國內(nèi)相關(guān)研究 目前國內(nèi)VR技術(shù)用于AD病人的認(rèn)知康復(fù)的研究較少。孫志成等[19]對56例養(yǎng)老院阿爾茨海默病病人進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)情境訓(xùn)練干預(yù)研究，對照組采取養(yǎng)老院常規(guī)養(yǎng)老護(hù)理服務(wù)，觀察組病人在此基礎(chǔ)上實(shí)施6種VR情景互動游戲訓(xùn)練，干預(yù)6個月以后觀察組病人MMSE評分和ADAS-cog評分顯著提高。結(jié)果表明，VR情景互動訓(xùn)練可有效改善養(yǎng)老院AD病人的認(rèn)知功能。劉桂蘭等[20]在一項(xiàng)研究中招募了90例AD病人，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對阿爾茨海默病人進(jìn)行認(rèn)知訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的認(rèn)知訓(xùn)練能夠有效促進(jìn)阿爾茲海默病病人認(rèn)知功能的恢復(fù)。相關(guān)研究表明，虛擬現(xiàn)實(shí)的感覺刺激可以有效改善AD病人的認(rèn)知和記憶。Yang等[21]研究結(jié)果表明，多感覺刺激能有效改善AD的病理，喚起記憶，改善認(rèn)知和行為，還能引起腦神經(jīng)振蕩，增強(qiáng)大腦可塑性，調(diào)節(jié)局部腦血流量,在AD的改善和治療中發(fā)揮著重要作用。趙榮榮等[22]通過對輕度認(rèn)知障礙病人進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)果顯示虛擬組蒙特利爾認(rèn)知評估量表(MCOA)評分明顯高于常規(guī)組，提示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能有效提高病人認(rèn)知功能，病人也愿意繼續(xù)采取虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練。

3.3 VR對AD病人認(rèn)知康復(fù)的國外相關(guān)研究 近年來，國外非侵入性非藥理性認(rèn)知康復(fù)越來越受關(guān)注。VR技術(shù)作為一種不斷成熟的新型技術(shù)，也被越來越多應(yīng)用到了醫(yī)療領(lǐng)域。Gamito等[23]開發(fā)了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的嚴(yán)肅游戲應(yīng)用程序，將注意力和記憶任務(wù)結(jié)合日常生活活動進(jìn)行認(rèn)知訓(xùn)練，結(jié)果顯示，干預(yù)組的注意力和記憶功能有顯著改善。國外一個名為“Neuro@Home”的遠(yuǎn)程康復(fù)虛擬現(xiàn)實(shí)平臺為患有神經(jīng)疾病的病人提供運(yùn)動和認(rèn)知康復(fù)，通過不同難度的康復(fù)任務(wù)，初步數(shù)據(jù)顯示，在連續(xù)8周、每周進(jìn)行5次60 min的訓(xùn)練后，所有受試者在認(rèn)知康復(fù)方面都取得了顯著進(jìn)步。Zygouis等[24]研究表明，在VR訓(xùn)練過程中，隨著AD病人積極情緒體驗(yàn)的增強(qiáng)，可相應(yīng)提高其認(rèn)知功能。一項(xiàng)研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在AD病人中的應(yīng)用的結(jié)果表明，隨著新興的顯示和交互技術(shù)的結(jié)合，將使創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更有效和多功能的支持性虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序成為可能，可用于AD病人的診斷和認(rèn)知訓(xùn)練[25]。此外，國外一項(xiàng)關(guān)于情節(jié)自傳體記憶在AD早期受損的研究[26]，表明使用VR系統(tǒng)可能有助于AD病人的回憶康復(fù)。國外已經(jīng)開始在Life Supporting Technologies(LifeTech)開展一個名為“通過虛擬現(xiàn)實(shí)為老年人提供認(rèn)知培訓(xùn)(aCTIVATE)”的項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用馬德里大學(xué)電信工程學(xué)院Lifetech智能家居生活實(shí)驗(yàn)室的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)施開發(fā)、設(shè)計(jì)和優(yōu)化基于虛擬現(xiàn)實(shí)的CR培訓(xùn)工具，以緩解認(rèn)知、行為和心理損傷癥狀，幫助改善早期AD老年人的生活質(zhì)量，推進(jìn)緩解老齡人口認(rèn)知障礙的CR解決方案。最近的研究表明，使用熟悉的基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)可以刺激健康老年受試者的自傳體記憶[27]。Doniger等[28]研究結(jié)果顯示，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過在AD病人發(fā)病前增強(qiáng)認(rèn)知功能，有可能延遲甚至預(yù)防該疾病。不同隨機(jī)對照試驗(yàn)均顯示出VR技術(shù)在認(rèn)知康復(fù)方面顯著的效果，能夠有效改善病人的認(rèn)知功能。

4 VR在改善認(rèn)知功能方面安全性評價(jià)

VR的360度沉浸體驗(yàn)會給使用者類似乘坐過山車看景物的感受,使用者容易出現(xiàn)頭暈的感覺[29]。病人在進(jìn)行VR體驗(yàn)時(shí)，視覺神經(jīng)與其他傳輸神經(jīng)對中樞神經(jīng)產(chǎn)生矛盾的信號，可能會導(dǎo)致神經(jīng)中樞發(fā)出強(qiáng)烈的眩暈指令，導(dǎo)致跌倒、嘔吐等意外的發(fā)生。目前大多數(shù)研究缺少相關(guān)的安全性報(bào)告。VR用戶體驗(yàn)方面存在著位置信息錯誤、頭暈不適、立體視覺錯誤、聲音不匹配等多方面亟待解決的問題,未來的研究應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的安全性監(jiān)測,了解與VR技術(shù)相關(guān)的所有不良事件。

5 VR在改善AD病人認(rèn)知功能存在的問題

第一，針對VR改善認(rèn)知康復(fù)方面缺少相關(guān)的成本效益評估。VR的實(shí)現(xiàn)需要VR軟件與沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的配合來實(shí)現(xiàn)[30]。目前市場上主流的VR軟件有Unity(免費(fèi))、Unreal Engine(后期付費(fèi))、CryEngine(部分付費(fèi))、Lumberyard(免費(fèi))。主流硬件的價(jià)格不等。目前仍缺乏針對認(rèn)知康復(fù)方面VR應(yīng)用所產(chǎn)生的成本分析。第二，對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用目前缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范?！短摂M現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》指出,VR行業(yè)的快速、健康發(fā)展應(yīng)以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)。中國AVS標(biāo)準(zhǔn)工作組等已經(jīng)開始制訂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)規(guī)范。第三，VR技術(shù)也需要結(jié)合臨床需求不斷地完善其功能，根據(jù)病人不同情況針對個性化訓(xùn)練。這點(diǎn)需要臨床工作者、家庭照顧者及專業(yè)信息技術(shù)人員共同協(xié)作完成。第四，也有學(xué)者提出，VR不是作為醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)的，因此它們很難被消毒以供不同的病人重復(fù)使用[31]。另外，現(xiàn)有研究還沒有AD病人認(rèn)知功能長期效果的評估，缺乏大樣本實(shí)驗(yàn)對研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

6 小結(jié)

由于AD患病率與年齡增長呈正相關(guān)，伴隨著全球老齡化的加劇，全球AD病人也將持續(xù)增長[32]。近年來，醫(yī)療專業(yè)人員越來越多地使用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行認(rèn)知障礙病人的認(rèn)知康復(fù)[33]。國外已利用新興的顯示和交互技術(shù)的結(jié)合，使得創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更有效和多功能的支持性虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序成為可能，用于AD病人的診斷和認(rèn)知訓(xùn)練。不僅在改善病人認(rèn)知功能方面有顯著效果，VR的其他有益醫(yī)療用途還包括手術(shù)訓(xùn)練、腦卒中后干預(yù)、肌肉骨骼恢復(fù)、疼痛緩解等，整體提高了病人的生活質(zhì)量。目前仍需大量實(shí)驗(yàn)和研究探索VR技術(shù)在認(rèn)知康復(fù)方面的可行性和治療相關(guān)的功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還面對各種各樣的問題，仍需各界學(xué)者不斷探討并解決，以促進(jìn)醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，為人類健康作出貢獻(xiàn)。