虚拟现实技术在自闭症患者干预中的应用
摘要 虚拟现实技术是一门新兴的计算机领域技术，它在自闭症患者的干预中具有良好的适用性。研究者从社会交往、认知、生活技能及自闭症核心缺陷等方面开展了虚拟现实技术对自闭症患者的干预研究。建议此领域研究应注意虚拟现实技术使用与现实生活相结合，将虚拟现实技术与其他的治疗方法相结合，重视辅导者的作用以及增强行为的真实性。
关键词 虚拟现实 技术 自闭症 干预
1 虚拟现实技术的概念及特征 以说，虚拟现实技术对人的思维具有开发作用。作为一种综合了一系列高新技术的计算机领域新技术，虚拟现实技术的研究成为近年来十分活跃的领域，是21世纪重要的发展学科和影响人们生活的重要技术之一。虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱、操作现场等)，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术uj。虚拟现实技术可以借由“化身”使操作者进入虚拟空问，成为虚拟环境的一员，对虚拟环境中的各种对象进行感知和操作，从而获得身临其境的体验。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户接口，其技术核心在于给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段。
虚拟现实技术具有三个主要特征：第一，沉浸感(Immersion)，指计算机使用者作为人机环境的主导者存在于虚拟环境中。使用者通过多维方式与计算机所创造的虚拟环境进行交互，全身心地沉浸在计算机所生成的三维虚拟环境中，产生身临其境的感觉。在操作过程中，虚拟现实技术将人与环境融为一体，使使用者相信在虚拟境界中人也是确实存在的，而且在操作过程中他可以自始至终地发挥作用，就像在真正的客观现实世界中一样。第二，交互性(Interaction)，是指使用者可以利用一些传感设备与虚拟环境中的对象进行交互，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西感觉，而且可感觉到物体的重量，与在真实客观世界中的感觉一样。它是人机和谐的关键因素。第三，想象(Imagination)，虚拟环境可使用户沉浸其中，获取新的知识，提高感性和理性认识，引导人们去深化概念和萌发新意，产生新的构思。可以说，虚拟现实技术对人的思维具有开发作用。
2 虚拟现实技术对自闭症患者干预的适用性分析自闭症是一种发展性障碍，这种障碍将影响个体的社会交往、沟通、学习和适应性功能行为。虚拟现实技术在自闭症研究与干预上的应用是近年来出现的一个新的研究领域。1996年，Str/ctdand首次提出虚拟现实技术为自闭症患儿的干预与治疗提供了新的途径 J，并于同年在一项研究中证明了这种新思路的可行性。其后，一些研究者也展开了虚拟现实技术对自闭症患者干预的研究，其潜在效用正逐渐得到认识。虚拟现实技术在自闭症患者干预与治疗上的适用性体现在以下几个方面。
第一，为患者营造安全的教育环境。社会交往障碍是自闭症患者的主要临床特征，患者与他人的情感交流也存在明显的障碍，对不熟悉的人易出现退缩、焦虑，甚至恐惧_5 J。虚拟现实技术的一个好处在于降低对真实世界中社会互动的需要，从而减少自闭症患者焦虑的来源_6 J。但也有人认为提供一个安全的、非社会的电脑环境可能会导致自闭症患者的社会性障碍愈发严重。如How~n_7 J认为过度依赖电脑互动可导致强迫行为，以及真实世界中互动的减少。Latash也认为虚拟现实可能太安全、太具有吸引力，导致患者电脑成瘾，拒绝重新回到现实世界_8』。对于这些质疑，Parsons和Mitchell认为它们是站不住脚的，理由有两点[ ]：首先，电脑使用中出现的强迫行为的主要原因很可能在于程序的可预测性，即患者能明确地知道他们所玩耍的电脑程序接下来会发生什么并能对它进行控制，这让他们感到这种互动很吸引人。在虚拟环境中纳人富于灵活性的、不可预测的事件可以在一定程度上克服这个问题。因为患者要想在这种非预测的程序中前进，需要思考什么反应是适当的，而不是仅仅作出简单的、消极的反应就可实现。所以，患者与电脑之间的互动将会更积极而丰富，从而减少强迫行为。第二，用虚拟现实技术训练患者的社会技能最好在有他人辅助的情况下进行。这并不是让患者与辅助人员一同回避现实世界中的社会互动，而是为了提供教学辅助。患者在其中会与教师或其他辅助人员进行互动，这样，现实世界中的社会互动将被纳入到训练中来，并不会对患者真实的社会互动造成影响。所以，虚拟现实技术的使用并不是意味着用其去减少社会互动，而是通过它来创造一种安全、无威胁的技能实践教育环境。
第二，为患者解决干预训练中的多来源感知困难问题。许多自闭症患者对多来源的感觉输入存在困难。他们存在着感觉统合失调，外界多来源的感觉刺激信号无法在患者的大脑神经系统中进行有效的组织，从而使机体不能和谐运作。所以，在一些环境中过量的刺激会给自闭症患者的感知带来困难并导致行为的退化。而虚拟现实技术能将特定的刺激从环境中隔离开来，这样复杂的刺激阵列得以简化，帮助患者将注意力集中在一个特定的情境中，并对特定的刺激作出反应，从而有助于对他们进行治疗和训练。
第三，提供适合自闭症患者思维特点的信息呈现方式。自闭症患者常被描述为“视觉思维者”或“视觉思考者”，相对于听觉信息，他们对于视觉信息的输入和处理更加擅长，其思维具有形象化、具体化的特点。已有研究证明，利用视觉方式的干预技术是成功的。因此，强调视觉技能的虚拟现实技术提供了一种适当的信息呈现方式，可以为自闭症患者提供学习新概念和行为的机会。
第四，促进患者习得技能的迁移。自闭症患者的思维缺乏概括性与抽象性，所以，在自闭症治疗中面临的一个困难是，在一个情境中学到的行为很难经由思维概括而迁移到其他类似的适当情境中去。用虚拟现实技术可以训练患者的技能迁移。由于虚拟现实技术可以在不同的、类似的、逼真的场景之间切换，任务可以在一个情境中重复地加以呈现并在其中进行技能练习;而后，同一技能可以在另一个虚拟环境中进行练习。这可以促使患者将在一个情境中习得的技能迁移到另一个情境中。而且，虚拟环境与真实环境在图像与场景上的高度相似性可促进习得技能从虚拟环境迁移到真实的世界中。
第五，增进患者的认知灵活性。认知灵活性是执行功能中的一种，它需要人们不断地从一种反应模式变换到另一种模式_9j。自闭症患者缺乏这种能力，他们的执行功能存在缺陷。执行功能是个体进行问题解决时所必备的一组神经心理技能，涉及很多的指向性行为适应过程(如计划、抑制、控制、注意、工作记忆)，是一种复杂的认知建构。自闭症患者的执行功能障碍表现为模式转换和计划的缺陷[ ]。在虚拟环境中，情境可每次作出微小的变化，这样可以促使其产生更灵活的反应。例如，他们在之前的情境中已掌握了一种行为(如走到吧台的一个特定地点去点饮料)，在随后呈现稍加改变的情境(有人挡在走向吧台的路线上)，这样就促使患者去思考相同问题的不同解决方法，从而增进其认知灵活性。
第六，提高患者的心理理论能力。“心理理论”是Simon Baron-Cohen于1985年为说明白闭症患者对他人内心世界的认知特征而提出的一个理论。该理论是指个体对自己和他人心理状态(如需要、信念、意图、感觉等)的认识，并由此对相应行为作出因果性解释和预测的能力¨ 。自闭症患者在这方面存在缺陷，对他人的心理状态不能进行推测判断_1 ，他们很难站在他人的位置上进行思考。而在虚拟环境中他们可以进行角色扮演，而且在虚拟环境中可安排不同的角色，可以让患者分次分别进#p#分页标题#e#行扮演，这样他们可以处在不同的角色位置上去体验不同角色的思想，在一定程度上弥补由于自闭症患者在心理理论能力上的损害而导致的角色扮演经验的缺乏，最终培养其心理理论能力。
第七，为患者提供个体化的治疗。虽然自闭症患者有着共同的特征，但有效的方法必须是个性化的，以满足不同个体的不同需要。采用了虚拟现实技术的治疗可以在特定患者的需要和技能状况的基础上不断地加以调整，可以直接控制特定的输入(视觉的、听觉的)的数量、类型和水平，可以根据患者的情况来设计学习任务的难度，还可以调整学习的方式来适应个人的风格和改变的模式
3 虚拟现实技术应用于自闭症患者的研究
3.1 社会交往
在一项研究 中，研究者采用个案研究方法对两名自闭症青少年的虚拟现实学习效果进行了研究。他们用虚拟现实技术营造了咖啡馆和公共汽车两种虚拟环境。在咖啡馆虚拟环境中，难度水平有四级，从一个有大量空座的、安静的咖啡馆情境(难度最低)到一个闹哄哄的、排着长队的、需要被试“询问”是否能坐在某人旁边的咖啡馆情境(最高难度)。被试的学习目标是恰当地排队，找到可以坐的位置，并在必要的时候向虚拟人物提出恰当的问题(如，我可以坐在这里吗?)。在公共汽车虚拟环境中，难度水平有五级，从一个有很多空位的、安静的公共汽车情境(最低难度)到一个排着长队的、拥挤的、没有座位的公共汽车情境(最高难度)。其学习目标与咖啡馆情境中的相似，但多了一个目标，即请求虚拟人物将他的包从座位上移开。在使用虚拟现实技术学习的前后，均呈现真实的咖啡馆和公共汽车的影片剪辑，要求回答应选择哪里去坐及其原因，考察被试在虚拟现实技术使用前后的回答是否发生了变化。在实验结束3个月后进行访谈，考察被试从虚拟环境中学到或领会到的技能能否在暑假期间得以保持，并应用于现实生活。研究结果发现，被试可将在虚拟环境中学到的恰当的反应迁移到与辅导者对影片剪辑的讨论上。在此后的随访中，被试也报告了虚拟环境中的学习对他们的现实生活具有帮助。
Mitche11等_I ]研究了应用虚拟现实技术对6名自闭症青少年的社会交往技能的学习是否有帮助。首先，向他们呈现咖啡馆的影片，要求他们回答关于座位选择的问题并解释选择的原因。随后，用虚拟现实技术营造了咖啡馆情境，这些被试在其中进行了座位的选择及与虚拟人物的交谈。最后，向他们呈现公共汽车的影片，同样要求他们回答关于座位选择的问题并解释选择的原因。由10名独立的评价者对被试前后两次的回答进行评分。结果发现，在应用虚拟现实技术学习前后，被试对影片相应问题的回答的质量有了显著的提高。研究者认为应用虚拟现实技术教授社会技能具有很大的潜力。
而在另一项研究中，研究者向12名自闭症青少年呈现了虚拟环境，评价他们能否在其中坚持特定的社会常规，如在通往咖啡馆的路上，不从草坪和花坛上踏过。研究发现，少数被试能坚持社会常规，但多数被试却未能做到。研究者认为这说明有些自闭症患者，尤其是伴随低言语智商和执行能力的，极需得到支持来成功地完成虚拟环境中的任务。
3.2 认知
Moore等人l1 J在一项研究中探索了自闭症患者对虚拟环境中虚拟人物表情的理解情况。研究运用了合
作性虚拟现实，多用户可同时进入虚拟环境，并通过各自的化身进行交互。通过实验前的计算机程序筛查，表明他们在理解面部表情方面存在障碍。研究结果发现，超过90% 的患者能准确辨认虚拟人物所呈现的表情。此发现表明合作性虚拟现实对于促进自闭症患者在人类表情认知方面是有帮助的，它可修复潜在的心理理论方面的损害，可作为一项辅助技术和教育技术有效地应用于自闭症治疗。
装扮游戏(pretending play)在儿童的心理发展中有非常重要的意义，儿童通过想象来弥补现实中的不足。自闭症患儿缺乏想象力，也缺乏装扮游戏能力。由于虚拟现实技术可将想象的转换过程具体地显示出来，因此可以促进患儿对想象的理解及其装扮游戏的发展。在一项研究中，Herrera等考察了应用虚拟现实技术的干预对患儿装扮游戏能力的作用。结果如事先预测的一样，两名患儿在虚拟现实技术干预之后其装扮游戏能力有了显著提高，并且其中一名儿童还表现出了对所学内容的高度迁移。
3.3 生活技能
Charitos等[193的研究发现，应用虚拟现实技术可以辅助自闭症患儿的辅导者对其13常生活技能进行组织。在研究中，Charitos等用虚拟现实技术营造出了“回家”的场景，共有5个房间：浴室、厨房、孩子的卧室、父母的卧室和客厅。自闭症患儿可以两种方式进行反应：在模式A中，他们跟随一个虚拟人物活动，这个虚拟人物展示出了一系列日常的基本活动;在模式B中，他们可以通过一个输入设备控制、指导虚拟人物的活动。辅导者则记录患儿的反应。研究者认为应用虚拟现实技术有助于将虚拟情境中的13常生活技能实施扩展到真实的生活中来。
北卡罗来纳州立大学计算机科学与计算机工程学院和北卡罗来纳大学教堂山分校在自闭症和其他沟通障碍的儿童治疗与教育中心合作进行了一项研究。研究训练了两名自闭症患儿的一种13常生活能力——过马路，这种能力在现实生活中的训练具有危险性。结果发现，他们能在虚拟环境中辨认出13常生活中常见的物体，并且能完成过马路的任务。
近来所做的一项研究比较了自闭症患儿在传统教学方法与应用虚拟现实技术学习两种情况下将学得的安全技能迁移到现实生活中的效果。8名自闭症患儿被随机分为两组，分别进行传统教学与应用虚拟现实技术的学习，学习的技能是如何应对火灾和龙卷风。结果显示，用虚拟现实技术进行训练是一种更有效的方式。
3.4 自闭症核心缺陷
不能用眼睛注视他人以使双方相互注意，以及不能领会别人的情绪状态和意图是自闭症患者的显著症状。Pelphery等人_2 应用虚拟现实技术与功能磁共振成像技术(fMRI)对自闭症患者眼部注视处理缺失的神经学基础进行了研究。在一致性试验中，要求成年自闭症患者看其视野中一个正注视前方的棋盘格图案的虚拟演员，询问他们期望演员下一步“应该干什么”。在不一致性试验中，要求他们向前看一个无任何东西的空间，这违背了他们的期望。在两种情况下进行fMRI测试，结果显示当患者在注视转移时，与注视行
为有关的脑区(包括颞上沟， )被激活，但一致及不一致试验结果无差异，提示在这些部位产生的兴奋不受注视转换的影响。由此，研究者认为自闭症患者注视处理的缺失，是由于注视对传达信息的STS区缺乏调节引起的。
对面部的再认及表情识别的困难是自闭症患者认知障碍的表现之一。Trepagnierf提出可将虚拟现实技术与眼睛注视追踪系统相结合，用来获得自闭症患者对面部加工过程的信息，可以确切地获知注视点、注视顺序、注视停留时间，以及这种注视行为是如何与患者当时的人际反应相联系的。这类研究的发现可用来训练患者的正常注视行为，比如注视他人的眼睛来获得交往中的重要信息。此外，Trepagnier还提到，虚拟现实技术除了可以呈现静态的图片，还可以呈现动态的面部表情。这有利于进一步研究自闭症患者的注视行为，因为现实生活中人们的面部表情总是呈现动态的。在随后的一项研究中，Trepagnier等使用安装了眼睛注视追踪系统的虚拟现实技术对自闭症患儿的面部再认进行了研究，发现自闭症患儿成绩低于控制组，而且与控制组相比，自闭症患儿更少将注视停留在面部中央。
4 问题与展望
将虚拟现实技术应用于自闭症患者的治疗和干预已取得了一定的成果，为增进对自闭症的理解与干预提供了一种#p#分页标题#e#有效的手段和工具。但此领域的研究仍处于新生时期，一些问题需要加以注意。
首先，注意虚拟现实技术使用与现实生活相结合。不论应用何种治疗与教育方式，其最终的目的都是提高自闭症患者在社会生活中各方面的适应性。虚拟现实技术由于具有情境虚拟性的特点，尤其需要将对它的应用与现实生活结合起来。必须要注意虚拟现实技术不能成为自闭症患者与他人互动和娱乐的一种替代工具 J。在虚拟环境中学得的技能、得到发展的认知能力需要在真实的社会情境中进行检验并进一步训练与发展。这是将虚拟现实技术应用于自闭症治疗的研究与实践运用首先应注意的一个问题。
第二，注意将虚拟现实技术与其他的治疗方法相结合。虚拟现实技术作为一种现代计算机领域的高科技技术，是治疗自闭症的一个新工具。在实际应用时，可将它与其他的治疗方法结合起来加以运用。如Austin等 ]就尝试将虚拟现实技术与催眠疗法结合为虚拟现实催眠疗法(virtual reality hypnosis，Ⅵm)来对2名自闭症青少年进行治疗，他们的父母认为这种特殊的治疗模式具有相当的治疗潜力。对虚拟现实技术的应用并不意味着对自闭症治疗的现有方法的替代，而是使现有方法得以丰富与扩展。结合虚拟现实技术的治疗是自闭症治疗的一个新的发展方向。
第三，重视辅导者的作用l1 。在对自闭症患者进行相关技能(如社会技能)进行学习训练时，理想的目标是让其对行为背后潜在的概念也能理解。虽然自闭症患者可以掌握一些行为规则，但他们对行为的原因却难以把握，这在一定程度上限制了所学行为规则的用处及其迁移。因而，辅导者在帮助自闭症患者使用虚拟现实技术学习相关技能时的促进作用不容忽视。辅导者是整个学习过程的一个必要组成部分，他们帮助自闭症患者来理解情境中发生了什么，以据此令其作出适当的反应。所以，在应用虚拟现实技术进行学习训练之前，要对辅导者的角色作出充分的计划与准备，将对辅导者角色的安排纳入到整个训练设计之中，以提高治疗效果。
第四，增强行为的真实性L1 。在单用户的虚拟现实系统中，由于在任何时刻都只有一个用户能进行操作，虚拟场景中的其他虚拟人物的行为都是预先由程序设计好了的，这会使得用户感到虚拟人物的行为缺乏真实性，这在一项对自闭症患儿的研究中有所报告。因而，增强虚拟人物的行为真实性是虚拟现实技术需要完善的一个方面。有人曾对自闭症青少年应用多用户的合作性虚拟现实系统作了探索性的实验研究。合作性虚拟现实系统是一个分布的计算机支持的虚拟空间，在其中，多个用户能通过化身与其他用户进行互动，这使得在虚拟场景中发生的行为具有很高的真实性。开发诸如此类的技术，增强使用者在虚拟环境中的真实感受是未来在技术层面上需要进一步发展的一个方向。
文章来源：维普资讯网 中国特殊教育-2010年5期
作者：张 倩 (重庆师范大学教育科学学院，重庆，400047)
