互动科普

病人可以通过把自己置身于计算机模拟世界里来减轻病痛或克服恐惧。

惊险科幻片《黑客帝国》中，人物被“插入”到一个虚拟现实世界中。

他们的身体虽然靠在躺椅上，思想却在一个构造精巧的软件里进行格斗、躲避子弹和驾驶摩托车。虚拟现实最重要的作用，是让使用者认为他们“生活在别处”，这在医学上具有极大的价值。研究人员发现有些最好的应用软件侧重治疗而非娱乐。本质上，虚拟现实可以在身体和心理两个方面减轻痛楚。

过去的几年，我和美国华盛顿大学医学院的疼痛专家R. Paterson一道，研究是否可以在那些无法忍受痛楚的严重烧伤病人的伤口护理过程中使用虚拟现实程序来缓解痛苦。研究的结果很有希望，所以有几家医院目前正准备探索使用虚拟现实作为疼痛控制的一种工具。在其他项目中，我与同事使用虚拟现实程序帮助恐惧症患者克服他们对蜘蛛的恐惧，以及治疗恐怖袭击生存者的创伤后压力心理障碍症（PTSD）。

至少有两家软件公司已经把虚拟现实程序和设备出租给心理学家用于治疗恐惧症。美国加州的一间连锁门诊——虚拟现实医疗中心，也已使用类似的程序成功地治愈了300多例患有恐惧症和焦虑症的病人。虽然研究人员仍需进行更多的研究来评估这类程序的效果，但是显而易见，虚拟现实疗法提供了一些非常实际的好处。

“蜘蛛世界”和“冰雪世界”

很少有其他疼痛比得上严重烧伤。当幸免于最初的创伤之后，烧伤病人必须承受可能和最初被烧伤时一样疼痛的一段很长的康复时期。每日的伤口护理，细致地清除坏死组织以防止感染，这类工作可能痛苦无比，甚至大量使用阿片类镇痛药都难以缓解。

病人康复的皮肤必须进行拉伸以保持弹性，降低肌肉萎缩和避免将来进行皮肤移植。目前大多数患者，尤其是儿童，在医护人员对他们进行伤口护理时希望能把注意力转移到别处。1996年在西雅图湾景烧伤中心工作时，我和Patterson开始测定浸入式（immersive）虚拟现实技术是否可以被用来分散患者对疼痛的注意力。我们的小组包括华盛顿大学医学院的R. Sharar、Mark Jensen和Rob Sweet，以及湾景烧伤中心的J. Carrougher和华盛顿大学人机界面技术实验室（HITLab）的Fumess。

疼痛具有很强的心理因素，同样的痛感会因病人所想事物的不同而有或轻或重的感觉。心理因素除了可以影响病人对这类疼痛信号的感觉外，甚至还可以影响进入大脑皮层疼痛信号的数量。神经生理学家Melzack和D. Wall在1960年代发展了这一疼痛的“闸门控制”理论。

转移注意力（例如让病人听音乐），很早就被认为可以减轻某些人的疼痛。因为虚拟现实是一种特别有效的转移注意力的新形式，它成为疼痛控制的理想选择。为了证明这一想法，我们研究了两名10来岁被汽油烧伤的男孩。第一个孩子的腿部受到了严重的灼伤，第二个的全身有三分之一受到深度烧伤，包括面部、颈部、背部、双臂、双手及双腿。两人都接受了植皮手术并将移植的皮肤用吻合钉固定。我们在拆除吻合钉时对他们进行了研究。

两个男孩在治疗之前都使用了阿片类药物镇痛。同时，两人都在治疗期间花了一些时间浸入一个虚拟现实程序，并用同样的时间玩流行的任天堂电子游戏（WaveRace64，一种水上摩托艇比赛游戏，或MarioKart64，一种赛车游戏）。那个虚拟现实程序的名字叫“蜘蛛世界”，最初是作为克服对蜘蛛的恐惧而开发的。我们这次用它进行研究，是因为在当时它是最能使人分散注意力的程序，并且我们也知道它不会使人厌恶。病人带上一幅可显示3维计算机图像并可定位跟踪的立体感头罩式显示器，体会在厨房游走的幻觉，厨房里里有工作台、可打开的一扇窗户和一些橱柜。虚拟厨房内放置着一直大狼蛛的映像，这种幻觉通过患者床头的一只有着弯弯曲曲毛绒腿的玩具蜘蛛而增强，因为这样他可以实际上感觉到那只虚拟蜘蛛。

两个孩子都报告说，在玩任天堂游戏时仍有极度的疼痛，但在浸入虚拟的蜘蛛世界后，疼痛明显缓解（每次疗程之后，立即对疼痛从0到100打分。）虽然任天堂游戏可以长时间吸引健康玩家的注意力，但2维游戏的缓解比虚拟现实的幻觉要弱得多。湾景烧伤中心进行的一项有12名病人参与的跟进研究证实了这一结果：只用传统阿片类镇痛药物的病人的疼痛，是他们浸入蜘蛛世界后的疼痛的两倍以上。

为什么虚拟现实对减轻疼痛这么有效？人类的注意力可比作聚光灯，我们每次可以处理的信息源的的数量是有限的，因此需要有意地选择某些信息，而摒弃其他的信息。当病人使用虚拟现实程序时，他的注意力焦点便不再集中于伤口和疼痛，而是被吸引到虚幻的世界中。由于用作处理疼痛信号的注意力减少，病人通常会有疼痛显著降低的感觉，因而在伤口护理过程中花较少的时间想着他们的疼痛。

为了增加虚拟疗法的效果，我们的小组制做了“冰雪世界”（Snow-World）程序，这是为烧伤病人在伤口护理过程中特制的程序。“冰雪世界”由微软创建人之一G. Allen和美国国家健康协会资助开发，产生在大雪中飞越冰冻河流、瀑布和峡谷的幻觉[参见42页和43页图]。

由于烧伤病人经常反映他们在伤口护理过程中重新体验了烧伤时的经历，我们设计了冰雪景色来帮助消除火热的感觉。当病人在虚拟峡谷中滑翔时，他们可以向雪人、园顶冰屋、机器人和站在狭窄薄冰层上或漂在水中的企鹅投掷雪球。当被雪球击中时，雪人和园顶冰屋会在一阵烟雾中消失，企鹅呷呷叫一声便跌个头朝下，机器人则坍塌成一堆金属。

近期的研究表明，虚拟现实疗法的好处不单单局限于烧伤病人。我们做了一项包括22名健康志愿者的研究，每一名志愿者都用血压计的绑带将一只胳膊紧紧绑上10分钟。每2分钟他们会对绑带引起的疼痛打分；正如所料，随着时间的推移疼痛感在增加。但是在最后的2分钟，每个人都参与了“蜘蛛世界”和“巧克力世界”这两项简短的虚拟现实程序。（在巧克力世界中，受试者会看到通过位置感应器联接到一块真实巧克力的虚拟巧克力，当你咬真实巧克力时，虚拟巧克力上也会出现牙印。）这些志愿者报告说，他们的疼痛感在虚拟现实阶段明显地下降了。

改进虚拟现实系统的质量，也会更大程度地减缓疼痛。在另一项研究中，39名健康志愿者接受了30秒的一种热疼痛刺激。这是通过某种电热元件，根据每位参与者的情况而加热到事先设定的温度，并放置到受试者的右脚面上。在这个刺激过程中，20名受试者使用了高质量的头罩式显示器、音响和头部追踪设备，体验了完全互动式的，“冰雪世界”版本；另外19人使用简化版的程序，只有低质量的透明头罩式显示器，没有音响和头部追踪设备，也不能射击雪球。我们发现，在幻觉的强弱与疼痛的减缓之间，存在着显著的正相关；幻觉是受试者浸入虚拟世界的感受强度。

在大脑中观察疼痛

当然，所有的这类研究依靠患者对疼痛的主观评估。为了对虚拟现实是否可以减轻疼痛做更严格的测试，我和华盛顿大学的同事，包括L. Richards、R. Bils、A. Coda和Sam Sharar，使用功能性核磁共振成像（fMRI）技术测量与疼痛有关的大脑活动。健康志愿者在通过用电热元件接触脚部的疼痛刺激时接受了脑扫描。当志愿者在没有虚拟现实使其分心的前提下接受热刺激时，他们报告了剧烈的疼痛和不适，并在大部分时间里想着这些疼痛。正如预计的那样，他们的fMRI扫描显示，在已知的5个对疼痛感有认知的大脑区域内，与疼痛有关的活动剧烈增加，这5个区域是脑岛、丘脑、初级和次级体觉皮层，以及前扣带皮质的情感区域[见43页图文]。

制作可放入fMRI机器中的虚拟现实目镜具有挑战性。我们必须开发一种由有色不导电材料制成的光纤头罩式显示器，它不能受fMRI显像管内强磁场的影响。结果是令人满意的：我们发现当志愿者在热刺激期间使用“冰雪世界”时，其大脑中与疼痛有关的活动大为降低（他们也给了主观疼痛很低的分数）。fMRI的结果表明，虚拟现实不仅改变对疼痛信号的感受，而且实际上还降低了与疼痛有关的大脑活动量。

受到我们研究成果的鼓励，两家大型的地区烧伤中心——美国纽约州威尔康耐尔医学中心的鲁道夫赫斯特（Wiliam Randolph Hearst烧伤中心和德州加尔文斯顿市Shriners儿童医院——都在准备探索如何使用“冰雪世界”对严重烧伤病人伤口护理过程进行疼痛控制。此外，由W. Yurt领导的Hearst烧伤中心正资助一项新的升级，即“超级冰雪世界”，在这里将会出现象真人一样的影像和病人相互作用。“超级冰雪世界”会让两个人进入同一个虚拟世界里。例如，一名烧伤病人和他的母亲将能够看到对方的影像，并联手战胜恐怖的虚拟害虫和冰冷河流中栩栩如生的动物。通过最大限度增加幻觉和互动性，这个程序可以帮助在漫长而痛苦的伤口护理过程中的病人将注意力集中在虚拟世界上。“超级冰雪世界”现在由HITLab的一个会员Ari Hollander制作，将由Hearst和湾景烧伤中心无偿提供给医疗中心。

虚拟现实产生的疼痛消失感也可用在其他医疗方法中，有可能降低病人的不适感。南澳大利亚大学的Bruce Thomas和Emily Steele发现，虚拟现实可以减轻中风病人在肌键手术后理疗期间的疼痛。（这种疗法包括伸展和强化腿部肌肉的练习，目的是为了改善病人行走的能力。）我们在华盛顿大学的小组正在开发虚拟现实的临床应用，用于称为硬式膀胱镜的这种痛苦的泌尿系统检查过程。我们也做了研究，发现虚拟现实甚至可以减轻牙科手术时的痛苦和恐惧。

恐惧开战

另一种虚拟现实的临床程序，是模拟病人最恐惧的事物并让病人暴露其中，以对抗这种恐惧。这一方法由美国Emory大学的O. Rothbaum和北卡罗来纳大学夏洛特分校的F. Hodges提出，用于治疗对高空、乘坐飞机、向公众演讲的恐惧以及越战老兵的创伤后压力心理障碍症。和疼痛控制程序一样，暴露疗法帮助人们改变他们对事物的思想、行为和理解。

与HITLab的Carlin和西班牙Jaume I大学（HITLab会员）的Garcia—Palacios合作，我们的小组证实，虚拟现实暴露疗法在降低对蜘蛛的恐惧方面非常有效。我们的第一位患蜘蛛恐惧症的病人，昵称叫Muffet小姐，她得了这种焦虑症近20年，还因此有了一些强迫症的行为。她定期地用烟雾和杀虫剂为她的汽车消毒来驱走蜘蛛。每天晚上当她仔细检查房间确信没有蜘蛛后，她会用宽胶带把卧室所有的窗户封起来。不论走到哪里，她都要查找蜘蛛这类动物，并会避免走有可能发现蜘蛛的道路。衣服洗完后她会马上把它们封在塑料口袋里，以确保蜘蛛不会爬进去。年复一年她的状况逐渐恶化;当恐惧使她不敢随便出门时，她终于来求医了。

就像其他种类的暴露疗法一样，虚拟现实暴露疗法一点点地把恐惧的事物或情景呈现给恐惧症病人。慢慢地恐惧感减弱了，病人愈来愈轻松。在我们的第一个疗程里，患者在一间虚拟厨房中看见一只虚拟的狼蛛，她向它尽最大可能地接近，同时在操纵杆的控制下在这个3维的场景中游走。这个疗法的目标是走到和虚拟蜘蛛触手可及的距离。

在接下来的疗程里，受试者戴着一副可以跟踪其位置的手套，使这个软件产生一只可在虚拟厨房中移动的手影像，即计算机手。病人操作计算机手去触摸虚拟蜘蛛，蜘蛛被设计成发出简短的叫声并蹿出数寸作为回应。病人然后用计算机手拾起一只虚拟花瓶，当他松开手时，花瓶停留在空中，但是一只摆动着腿的蜘蛛逼真地爬了出来。蜘蛛飘落到虚拟厨房的地板上，同时还伴有一小段著名恐怖电影《惊魂记》（Psycho）中的插曲。受试者重复每一项任务，直到出现一定程度的焦虑感，然后接着去做下一步。最后一个疗程在虚拟体验中加入了触觉回馈：一只携带电磁方位感应器的玩具蜘蛛被吊在病人面前，在用计算机手触摸虚拟蜘蛛时，具有毛绒绒的质感。

在经过了仅仅10次长度为一小时的疗程后，Muffet小姐对蜘蛛的恐惧极大地减少，她的强迫症行为也消失了。她的成功极富戏剧性：治疗结束后，她能够手握一只活狼蛛，并在手臂上爬行数分钟之久而无不安感。在随后的一个对23名临床恐惧症者所做的对照研究中，83%的人说他们对蜘蛛的恐惧有较大程度的下降。治疗前，这些病人不可能泰然自若地走近装有狼蛛的笼子10英尺之内，治疗后大多数人可以在稍具焦虑感的情况下直接走到笼子边，摸它的盖子，一些人甚至把盖子打开。

类似的程序可以结合运用于更严重的心理疾病一一创伤后压力心理障碍症的治疗。它的症状包括对创伤事件的回忆闪现，对相类似事件的强烈回避心理、情绪僵化和易怒等。这是一种使人衰弱的疾病，影响社交能力和工作表现，治疗上比特定的恐惧症更具挑战性。认知行为疗法如美国宾州大学心理学家Edna Foa提出的延长时间暴露（prolonged exposure therapy）对创伤后压力心理障碍症病人有很高的治愈率。暴露疗法被认为可以通过帮助病人处理并最终减低与创伤事件机翼相关联的情绪。临床医生对病人逐渐实施暴露刺激，激活这类情绪，并指导病人去控制不必要的反应。

研究人员目前正探索虚拟程序是否可以实现标准化，以改善病人的疗效，尤其是那些对传统疗法不起作用的病人。我和美国康奈尔大学的Difede开发了一种虚拟现实暴露疗法，治疗一名911恐怖袭击时身在世贸中心、后来患了创伤后压力心理障碍症的年轻妇女。在治疗期间，这名病人戴上一只虚拟现实头罩式显示器，里面出现虚拟飞机撞向世贸大楼，并配以活生生的爆炸和音响效果。虽然治疗是渐进和系统的，但是最后一个疗程的情景却是逼真得可怕，画面会显示人们从燃烧的大楼跳下，以及警报和哭喊声。这些刺激可以帮助病人从事件中找回记忆，从而在医生的帮助下降低因为记忆而带来的不适。

我们第一位病人的创伤后压力心理障碍症症状在经过虚拟现实治疗后，出现了显著和稳定的减轻。其他因恐怖袭击而精神受创的病人目前在Weill Comell医学院和纽约长老医院接受虚拟现实的治疗。我也同一个由以色列海法大学的Weis领导的研究小组以及Garcia-Palacios合作，为创伤后压力心理障碍症的恐怖炸弹袭击生还者进行虚拟现实的治疗。

按时收费的虚拟现实程序

许多研究证实了虚拟现实疗法治疗特定恐惧症的功效，是最早广泛应用干临床的医疗程序之一。由虚拟现实先驱Hodges和Rothbaum联合成立于美国佐治亚州德卡图市的软件公司Virtually Better，已经编写出治疗一系列焦虑症的程序，其中包括对高空、飞行和公众演说的恐惧。该公司将软件以每月400美元的价格出租给心理学家和精神病专家，使这些人可以在自己的诊所内实施治疗。一家名为PREVI的西班牙公司也提供类似的程序。病人不用再躺在沙发上，而是通过乘坐虚拟飞机或站在虚拟听众面前向他们的恐惧感开战。

另一方面，虚拟现实是否能改善创伤后压力心理障碍症的治疗，还需要更多的研究。科学家还没有完成任何随机的、对照的研究，以检测虚拟现实治疗对这类疾病的效果。但一些创伤后压力心理障碍症方面的著名专家已经开始探索这一技术的价值，初步的结果令人鼓舞。

对于虚拟现实缓解烧伤病人疼痛的价值，采用大型的临床试验予以确认是必要的。到目前为止的研究表明，“冰雪世界”程序几乎没有危险和副作用。由于使用“冰雪世界”的病人同时也使用传统的阿片类药物疗法，他们即便不能从虚拟现实获得帮助，也不会比不用它更糟糕。虚拟现实可能最终会帮助减少患者对阿片类药物的依赖，使更加积极的伤口护理和理疗成为可能，从而加快康复速度，降低医疗成本。我们推荐的治疗剧烈疼痛的高质量虚拟现实系统极为昂贵，但是今后几年随着显像技术的突破，我们很有信心头罩式显示器的成本将会降低。另外，承受较轻痛苦如牙科手术的病人，可以使用市面上流通的便宜系统（恐惧症患者也可以使用便宜的头罩式显示器。）

这些程序的幻觉复杂程度，与电影《黑客帝国》（Matrix）还相差很远。但是虚拟现实已经成熟到可以帮助人们控制疼痛、克服恐惧和记忆创伤。随着技术的不断进步，未来几年应该会有更优秀的软件出现。

王伟/译

曾少立/校

魏征、张志文/审