虚拟现实技术在心理学研究中的应用-VR的心理学

摘要心理学近年来在我国已进入高速发展阶段。过往的心理学研究中，研究人员使用传统的实验工具和范式取得了相当不错的研究成果和进展。随着新技术的不断出现，虚拟现实技术(VR)以其良好的生态效度和沉浸式交互体验，进入了当代各个领域研究者的视野。为了解虚拟现实技术在心理学中的应用情况，探究其应用前景，改进应用过程中出现的一系列问题，本文通过对过往心理学研究中的虚拟现实技术的应用进行回顾，提供一个易于理解的角度，说明为什么虚拟现实技术在未来的研究实践中应该起到重要的作用并讨论了目前研究所面临的一些问题。关键词：虚拟现实技术；恐高；焦虑

目录TOC\o"1-2"\h\u5783摘要 118128引言 310661一、虚拟现实技术 321912二、虚拟现实技术的应用案例 41943(一)提升外科医生手术技能 430340(二)提升青少年体育运动的兴趣 426540三、虚拟现实技术在心理学研究中的应用 513404(一)恐高症和飞行恐惧症 58198(二)社交焦虑和广泛性焦虑 54422(三)创伤后应激障碍 625726(四)饮食失调 627356(五)精神病 614560(六)自闭症谱系障碍 718415(七)注意力缺陷障碍 76688(八)运动损伤康复和放松 79568四、虚拟现实技术面临的问题 815962五、不足及展望 817073结论 92445参考文献 1013378致谢 11

引言近年来，虚拟现实(VR)设备已经在心理学研究中得到越来越多的应用。这是由于与传统实验工具相比，虚拟现实工具有很多优势。例如，对实验环境控制的更为严格，对刺激的呈现和反应具有更好生态效度。与此同时，虚拟现实还提供了更高水平的沉浸感、临场感。这使得虚拟现实的应用扩展到了心理学的各个领域，如基础心理学、临床心理学、发展心理学、教育心理学和运动心理学等等。作为一种新兴的研究设备和手段，虚拟现实技术已经被牢固地确立为一种实验工具。一、虚拟现实技术虚拟现实一般指代三种类型的系统之一：基于屏幕呈现的虚拟现实环境、基于房间的整体系统环境(如CAVE)或头戴显示器(HMD)。最常见的电脑显示器虽然是二维的，但它们仍然可以呈现三维环境，例如比较流行的三维电子游戏。头戴式显示器通过让用户佩戴头盔，完全覆盖用户的视野，跟踪用户的头部运动，以确保呈现的虚拟现实环境与用户的视角一致，从而提供身临其境的体验。CAVE系统则是咋房间墙壁上围绕用户投射数字环境，让用户被这种沉浸式的环境所包围。这种技术造价昂贵，但通常认为，它们可以产生更高的真实度，达到更好的训练效果。尽管这三种系统完全不同，但有一个共同特点就是都引入了立体深度。这会让观众认为自己在虚拟空间中看到了真实物体。被试对呈现的刺激做出反应，同时沉浸在一个可以被控制的虚拟环境中。而传统的实验环境可以控制相关刺激，但无法控制周围的环境。当然，如果虚拟现实只是一种视觉媒介，那么它与传统实验范式相比，唯一的优势就在于能够呈现一个三维的视觉环境。但是，随着技术的日新月异，许多虚拟现实研究整合了多感觉通道，允许听觉、视觉、嗅觉、触觉同时体验到图形渲染的环境或目标。这极大地增加了用户在虚拟环境中的沉浸感。例如，暴露疗法是心理学中治疗焦虑症的常用疗法。但由于安全原因等因素，很难在现实情况下进行模拟如恐高、创伤后应激障碍等场景来进行治疗。在虚拟现实环境下，就可以通过呈现近乎真实的虚拟环境，同时加入多种感觉为患者提供有关环境的更完整的信息用以开展暴露疗法。被试在虚拟现实中体验到的“身临其境”的主观感觉称为临场感。沉浸感是对虚拟现实技术性能的客观描述，描述了虚拟环境可以渲染的详细程度，而临场感描述了用户对虚拟环境心理反应。不同用户可以在具有相同沉浸感的环境中体验到不同程度的临场感。尽管如此，研究人员希望尽可能地获得更高水平的沉浸感，因为更高真实程度的虚拟环境被认为会造成更多的迁移。事实上，沉浸式的环境似乎更容易被被试记住，引发更强烈的情绪反应并较为真实地触发与现实生活压力情境相关的焦虑状态。虚拟现实被定义为具有交互能力的真实或想象空间的三维数字技术。首先，用户使用称为化身的数字模型来表示他们在虚拟现实中的形象。用户可以从第三人称视角查看他们的形象和所处的环境，或通过第一人称视角来看到整个环境，而忽略自身形象。其次，虚拟现实环境的交互能力差异很大。一些虚拟现实程序使用户能够探索整个数字世界，而另一些则只允许用户对特定的对象执行特定的某些操作。除了呈现刺激，虚拟现实使得研究人员能够开发新的实验范式来检测或记录被试的反应。在需要评估诸如注意力等心理能力的研究中，大多数实验都将被试的反应简化为“鼠标点击”或“按键反应”。有研究者指出，虚拟现实技术可以通过允许参与者以更自然的方式做出反应来弥补这一差距，使被试能够做出实际的行动，而不是向主试报告他们假设在这种情境下会做什么。二、虚拟现实技术的应用案例几十年来，各种组织和机构已经应用虚拟现实技术来实现跨职业的培训，该技术可以提高员工的知识、技能、能力和其他特征。如今，虚拟现实技术已被开发应用于工程、计算机科学、化学、市场营销、军事、医学等许多领域。下面我们讨论一些研究，这些研究回答了通过应用虚拟现实技术，解决了哪些现实生活当中的实际问题。(一)提升外科医生手术技能腹腔镜手术或微创手术的快速发展对传统的手术培训系统提出了挑战。随着手术使用率越来越高，手术的并发症发生率也逐渐升高。造成这个现象的根本原因很复杂，但外科机构寻找更加高效的、与新手术的复杂性相匹配的创新培训方法提高手术表现，降低失误。为了探究虚拟现实培训的优势，有研究者开发了虚拟现实环境下的手术培训软件，并验证效果。在实验中，16名外科实习医生被随机分入接受传统培训同时接受虚拟现实培训的实验组，和只接受传统培训的对照组。培训过后对这些医生的后续手术过程进行视频记录，由两名经验丰富的专业医生通过一定的标准判断这些医生的手术失误率。结果显示，对照组医生发生失误的概率可能是实验组的5倍，手术时间比实验组长29%，对照组的失误率显著高于实验组。这项研究的结果表明，在没有丰富手术经验的情况下，为外科医生进行虚拟现实训练手术操作技术是可行的。这使得后续手术过程中犯错更少。使得更多外科实习医生在投入正式岗位之前有好的手段提升自身的手术水平，而降低患者手术并发症发生的概率。(二)提升青少年体育运动的兴趣当代青少年的休息时间被长期的久坐行为和屏幕使用所取代，导致大多数青少年的体育活动不足。这很明显对青少年的身心健康和发展造成了负面影响。一些研究人员认为虚拟现实技术的新颖性可以提升青少年对体育运动的兴趣，增加他们的动机。沉浸式的硬件例如头戴式显示器由于其使用体验，比现实生活中的标准运动更具有吸引力。因此，有研究者制作了一款虚拟现实运动游戏召集参与者进行体验。结果显示，在5343名完成调查的参与者中，有39.89%的参与者由从来不跑步的状态转变为愿意进行跑步。程序的使用者平均每周增加了84分钟的运动时间。人们通过沉浸在游戏叙事、目标或奖励中，而分散了对体育运动身体疲劳的注意力，并对运动或者说运动类型的虚拟现实游戏产生浓厚的兴趣，以支撑他们坚持运动下去。三、虚拟现实技术在心理学研究中的应用(一)恐高症和飞行恐惧症前述提到，虚拟现实技术可以模拟现实生活中较为危险的场景，来帮助被试克服心理障碍。在一项研究中，研究者使用组内设计来评估虚拟现实在治疗恐高中的有效性。被试被暴露于两种虚拟高度的场景中，结果发现虚拟现实治疗在降低被试焦虑状态、回避行为方面较为有效，结果在6个月的寻访中保持不变。在另一项混合设计调查了认知对自我陈述是否具有高于虚拟现实治疗的附加值。患有恐高症的患者被随机分配到两个组中。A组接受两次虚拟现实治疗，然后是两次虚拟现实治疗加对应的自我陈述；B组先接触两次虚拟现实治疗加对应的自我陈述，再接受两次虚拟现实治疗。结果发现，无论是否进行自我陈述，虚拟现实治疗都能减少对恐高的焦虑和回避行为。有研究在不同的控制条件下，使用虚拟现实技术对飞行恐惧症进行治疗。结果表明，相比于阅读疗法、放松训练等传统手段，虚拟现实模拟飞行环境进行训练对飞行恐惧症的治疗效果更明显，并且治疗后的三年都有稳定的影响。从生态效度的角度来看，虚拟飞行训练较为经济，且具有可持续性。(二)社交焦虑和广泛性焦虑社交焦虑症的特点是过于害怕他人的负面评价和拒绝，以及对尴尬或羞辱的恐惧。鉴于现实生活中可用的社交训练情境较少，虚拟现实技术已成为重现社交情景的重要工具，并且已被证明有可能引发患者所经历的社交痛苦。许多研究表明，虚拟社会环境可以被有效地操纵以达到治疗目的。有研究人员设计了专门的虚拟现实系统，让有社交焦虑的用户进入引发焦虑的虚拟现实环境，进行两次演讲和与虚拟化身进行几次自由讨论，同时由治疗人员进行监测。进行三个月的暴露治疗后，被试的社交焦虑水平显著减少。广泛性焦虑障碍是以经常或持续的、全面的、无明确对象或固定内容的紧张不安及过度焦虑感为特征。这种焦虑与周围任何特定的情境没有关系，而一般是由过度的担忧引起。通常在20岁左右开始，并伴有慢性或反复发作的过程。有少部分研究调查了虚拟现实技术在治疗广泛性焦虑中的应用。在虚拟现实环境中，被试在宁静的虚拟环境中进行放松，随后面对一系列压力源。结果显示，与前测基线相比，虚拟现实放松治疗改善了被试的焦虑状态。另一项研究中，比较了正念训练和虚拟现实训练对广泛性焦虑障碍的影响。该研究中，正念组与正念加虚拟现实正念组在后测中都有显著改善。接受额外虚拟现实训练的组比只接受正念治疗的组更依从治疗。有研究者还检查了虚拟现实环境是否会引起患者足够的焦虑。这项研究中，28名广泛性焦虑患者首先暴露于中性的非灾难性场景中，然后暴露于他们描述的最担心的灾难性场景中。研究发现，虚拟现实环境可以引起患者相当程度的焦虑。(三)创伤后应激障碍许多研究调查了虚拟现实技术是否可以用于治疗患有创伤后应激障碍的患者。长时间暴露于与创伤情境相关的想象刺激被认为是治疗创伤后应激障碍的有效手段。虽然设计创伤情境的情绪处理和焦虑习惯的长时间暴露是创伤后应激障碍的循证疗法，但许多患者不愿意接受这种治疗，或者由于避免焦虑而无法想象创伤刺激，因此可能会在中途退出治疗。鉴于这种情况，临床医生制定了基于虚拟现实技术的替代策略。对于患者来说，可控的虚拟环境可能比想象中的暴露更容易接受。一些研究比较了美国现役士兵与退伍军人的虚拟现实与长期想象暴露，一般来说，虚拟现实环境与长期想象一样有效。其他的研究中，与控制组相比，虚拟现实干预组的自杀风险降低，服用抗抑郁药物的可能性也更低。(四)饮食失调先前的研究主要使用虚拟现实技术对饮食失调的两个方面进行研究：身体形象扭曲(与厌食症和神经性贪食症有关)和不受控制的饮食。为了解决饮食失调问题，研究者们创建患者身体的三维模型并呈现给患者，从而使患者能获得真实的身体感知。在一项研究中，为患有贪食症的肥胖患者呈现三维的身体形象，解锁了身体的负面记忆，导致患者的身体不满意度增加，刺激了对身体感知的改变。在随后1年的回访中，使用虚拟现实技术进行治疗的组有效地减轻了体重，减少了暴饮暴食问题，相比于传统干预手段更好地防止了体重的反弹。同时，研究人员还用虚拟现实环境模拟了现实生活中引发饮食失调行为的食物线索，使接受治疗的患者反复宝搂在与饮食有关的情绪激动的情景中。这样做的目的，旨在让患者在食物和焦虑情绪中产生联结，以控制暴饮暴食。结果显示虚拟现实环境暴露有效地控制了暴饮暴食，提升了患者的身体不满意度，减少了患者对食物的渴望。这些积极的结果在随后的6个月的回访中维持的比较良好。这足以说明，基于现实的治疗对饮食失调的治疗是有希望的。(五)精神病虚拟现实技术在精神疾病康复中的应用仍处于早期阶段。在一项随机对照试验中，91名18至45岁的精神分裂症住院患者进行了10次使用虚拟现实角色扮演的社交技能训练，与使用传统角色扮演的社交技能训练进行比较。在虚拟现实角色扮演条件下，参与者与化身进行互动。结果显示，只有虚拟现实环境能增强患者的积极性，但两种训练都有效果。大多数精神疾病的患者都有偏执的想法，并存在回避倾向。现实生活中，部分患者因为强烈的焦虑、恐惧问题不愿意接受社会情境的暴露。有研究者调查了是否可以通过虚拟现实技术来克服这一局限性。他们进行了一项随机对照实验，58名实验组被试接受了16次虚拟现实训练，58名对照组被试接受传统训练。让两组被试暴露在引发焦虑的社交线索中。结果在后测和6个月的回访中，实验组的偏执倾向大幅减少，而对照组甚至略微增加了。这表明了，虚拟现实技术模拟现实生活中的社交情境可以显著减少偏执的想法。(六)自闭症谱系障碍自闭症谱系障碍是一种以社会交流、社会互动和认知功能受损为特征的神经发育障碍。近年来，研究者一直在探究虚拟现实技术是否可以帮助自闭症谱系障碍患者康复。许多研究调查了各项虚拟现实训练在自闭症谱系障碍康复中的可用性和有效性，包括情绪技能、认知技能。社会适应和沟通技巧等，但结果尚无定论。一般来说，高功能患者的虚拟现实训练结果优于低功能患者的训练结果，8岁以上的患者训练结果优于更小的患者。对患有高功能自闭症谱系障碍患者进行虚拟现实社会认知训练可以改善情绪认知、归因和心理理论。(七)注意力缺陷障碍注意力缺陷障碍的治疗主要依赖于药物疗法、传统训练或药物与训练相结合。传统训练包括社交技能训练和认知康复。认知训练试图通过改善认知功能来减少认知缺陷的日常影响，并且已被证实对患有注意力缺陷障碍的儿童有效。一项研究调查了基于虚拟现实环境的认知训练是否对多动症儿童有效。患有注意力缺陷障碍的儿童被随机分配到虚拟训练组、心理治疗组和药物治疗组。通过虚拟现实训练后，儿童在课堂测试中表现的更好，与药物治疗的显著性水平相当。值得注意的是，随着硬件技术的日趋发展和成熟，虚拟现实技术也能和其他软硬件相结合进行基础心理学的研究。例如有研究为了调查正常人和注意力缺陷障碍患者的驾驶绩效，让被试坐在拟真的驾驶模拟器中，通过头戴式显示器，呈现一个相当真实的驾驶模拟游戏—神力科莎(AssettoCorsa)来模拟真实路况。实验中，共有87名被试 (16名注意力缺陷障碍和71名正常人)完成了驾驶任务，并进行了注意力和执行功能的测量。结果表明，注意力缺陷障碍患者于正常人在驾驶表现的客观和主观测量中有所不同。患有注意力障碍的患者对油门踏板施加了更大的平均压力和最大压力，从而导致更高的速度。同时，注意力缺陷障碍患者在驾驶时也会对制动踏板施加更大压力，以致突然制动。此外，突然制动行为还可能是由于注意力不集中和冲动症状造成的行为困难。(八)运动损伤康复和放松体育运动需要运动员能不断应对变化的需求。运动员收到多种压力因素的影响，包括高训练负荷、竞争压力、人际冲突等。压力有可能损害运动员你的身心健康，因此，运动心理学从业者经常与运动员一起制定策略来帮助他们康复和放松。在康复过程中，可以开发模拟训练的虚拟现实环境，以便受伤的运动员可以在降低身体二次伤害的风险的情况下开始训练。受伤的运动员可以进行一组练习，让虚拟现实系统记录成绩作为客观衡量标准，以加强运动员康复的进展感。同时，在运动员重返赛场前，可以通过虚拟现实系统模拟赛场环境，降低运动员再次受伤的恐惧，例如比赛时可能面临的身体接触等场景进行脱敏训练。通过沉浸在运动员喜欢的放松虚拟现实环境中，例如海滩、山脉等，被证明可以显著降低心率和血压。并且配合播放音乐可以进一步引导放松状态。另一种放松方法是系统的呼吸练习。通过佩戴虚拟现实设备，可以引导运动员系统地进行呼吸练习，使运动员在众多压力源中获得喘息机会，并使运动从业者获得运动员的生物反馈。四、虚拟现实技术面临的问题然而，除了有上述的优点，虚拟现实技术还存在一些缺点和持续存在的问题。事实上，并不是所有人都认为更高的沉浸程度是更好的。一些研究表明，部分被试使用虚拟现实头盔时会出现一定的副作用，主要是晕动症造成的恶心、呕吐、眩晕感。这种症状最初被认为是由于早期虚拟现实技术的限制引起的。在使用虚拟现实设备时，大脑接受到来自感觉器官的抵触信息，眼睛不能够明确同一个对照物的运动和在内耳形成平衡的机制。中枢神经系统对这种压力产生的应答是大脑中的恶心中枢活动。晕动症症状的严重程度因人而异，有研究表明，晕动症的易感人群使用桌面台式电脑和虚拟现实显示器的副作用几乎没有区别。但这些副作用一般来说是比较轻微的并且在结束使用后很快会消退，同时一些证据表明，被试可以通过反复接触来适应。其次，在一些领域中，例如某些医疗和军事领域，虚拟现实技术并不一定比传统的培训方法有着更好的表现。这可能是由于所开发的虚拟现实环境软件并不能贴合任务的实际需要，还需要进一步的改进。五、不足及展望当前，虚拟现实技术随着元宇宙概念的热潮而再度被人们广泛地讨论。在心理学领域，尽管先前有部分研究人员尝试结合虚拟现实技术进行研究，但应用范围仍然不够广泛，心理学所配套的相关研究软件依然不够丰富。未来，如何在心理学的各个分支领域充分应用虚拟现实相关软硬件工具进行研究仍然值得更多的研究者进行思考。并且，还亟待开发更多相关软件，如虚拟现实情境下的心理治疗的相关软件，来配合研究人员进行研究和进行辅助的心理治疗。同时还应该注意的是，一些虚拟现实的软件、游戏等，标榜自己可以进行一系列的心理能力康复或提升。而实际效果究竟如何，还需要进行深入研究。例如，国外有研究者对某种所谓虚拟现实脑力训练游戏的实际效果提出质疑，最终发现，在进行一系列训练(知觉注意、心理旋转、工作记忆等)之后，游戏前后测以及对照组、实验组的得分没有显著差异。这些发现不支持短期玩所谓脑力训练游戏会提升相关能力的说法。但总的来说，虚拟现实在心理学领域的应用前景仍然值得期待。

结论在过去的近二十年里，可用虚拟现实技术的爆发式增长在心理学中得到了越来越多的使用。在本篇综述中，我们例句了一些虚拟现实技术的实际应用案例，并概述了与传统实验技术相比，虚拟现实技术在心理学研究中的优势和劣势。虚拟现实技术的优势是可以更好地控制刺激的呈现；在三维环境下呈现刺激；呈现复杂而多样化的场景；支持多感官同时输入刺激；被试能以更具有生态效度的方式做出反应；能够检测被试复杂的行为；以及研究在现实生活中很难实现或充满危险的情况。此外，尽管这项技术在促进心理学发展方面具有巨大的潜力，但研究人员需要考虑到一些因素的制约。包括暴露在虚拟现实环境对身体和心理可能引起的副作用；以及计算机渲染出的图形环境与现实生活之间的比较差异等等。最后，由于技术的不成熟，有些环境设置在技术上还不能实现。同时，目前市面上所出售的具有良好的追踪系统的沉浸式头戴显示器的价格可能令人望而却步，而CAVE系统不但价格极为昂贵，还需要充足的室内空间来进行安装。尽管如此，随着头戴式显示器变得越来越廉价和容易获得，我们对虚拟现实技术在心理学领域发挥越来越重要的作用持乐观态度。希望看到未来的研究工作能够更彻底地分析这种新兴的技术在心理学研究中的应用价值和特性。

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