为什么电子游戏可以用在医疗领域?如何深度辅助疾病治疗?

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李国强  腾讯研究院高级研究员

宋巧玲  腾讯研究院助理研究员

 

电子游戏(Electronic Games)是指以电子设备为操作平台的一种交互式娱乐方式··|,主要特征为交互性、模拟性··|--。自20世纪60年代末产生以来··|,应用范围从娱乐不断扩展到军事、教育、医疗等方方面面··|--。于是··|,严肃游戏(Serious Games)这一概念应运而生··|--。即借助游戏形式来达到严肃目的(如教育、训练、治疗)··|--。


严肃游戏最早应用在军事训练领域··|--。世界上第一款严肃游戏是2002年美国陆军开发的《美国陆军(America’s Army)》··|,问世以后··|,引起了公众的普遍关注··|--。此后··|,逐步扩展到学校教育、技能培训、医疗卫生等其他领域··|--。本文主要对电子游戏应用于医疗卫生领域··|,辅助疾病治疗相关研究进行梳理和总结··|--。

 

图1  America’s Army


电子游戏辅助治疗是指以电子游戏为治疗媒介和载体··|,将心理学理论运用其中··|,使患者在游戏中表达和发泄自己的情感、经历及行为··|,从而获得满足、成长以及心理治疗作用的一种辅助治疗方法(王然 et al., 2013)··|--。主要通过利用人机交互干预患者的认知和行为技能两方面实现··|--。


Norman D.提出了适用于所有WIMP界面(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointing device)的电子游戏交互环(Interactive Circle)模型(见图2)··|--。其基本的循环过程是: 软件程序通过输出设备输出系统目前状态··|,用户对目前得到的状态进行分析(a)··|,如果需要改变目前系统的状态··|,就通过输入设备将指令信息输入(b)··|,软件系统则接受 /理解 / 评估这些指令(c)··|,然后改变自身的内部状态(d)··|,最后通知输出设备更新显示信息(e)··|--。至此··|,一个循环完成··|,用户看到更新的信息··|,知道系统状态已经改变··|--。 如果需要··|, 用户可以再次启动另一个循环··|--。

 

图2  Don Norman电子游戏交互环

 

在图2的交互环中··|,用户对屏幕信息的反应是单次循环的起止点··|,用户决定是否再次启动下一个循环··|,因此人机交互是由用户主导的交互过程··|--。而医疗专家则可通过有目的、有针对性地控制计算机对用户反应的处理及给予用户的反馈··|,对用户的认知和技能进行干预··|--。


例如··|,2014年Galna B.等人研发的基于Microsoft Kinect平台的帮助帕金森患者进行姿势步态恢复的体感游戏(设计草图见图3)··|--。研究者设置了12个不同难度级别的··|,多方向性抓握和迈步任务··|,来训练用户控制姿势步态的技能··|--。比如用户看到的是图3这个界面··|,则会做出伸手的行为;此行为通过传感器传输给计算机;计算机接受指令后··|,进行信息处理:用户是否够得着位于左侧的苹果;然后给出反馈:若能··|,则苹果消失··|,并在右下角的成就柱增加一分··|--。如是··|,研究者便引导用户完成了一个规定动作··|--。

 

图3 体态恢复游戏设计草图(Galna, Barry, Mhiripiri, Rochester, & Jackson, 2014)

 

在心理治疗领域··|,意大利临床心理学家Riva 认为··|,当事人的改变往往发生在对特定的事件和行为强烈聚焦之后··|--。通过对事件和行为的再探索··|,使当事人在知觉上进行重新组织··|--。


Safran和Greenberg指出所有心理学流派的疗法莫过于两种模式:自下而上和自上而下··|--。前者从情感经验开始··|,最终导向行为和概念层面的改变;后者从探索和挑战潜在的信念和规条入手··|,然后导向情感体验和行为计划··|--。这两种模式都需要集中的感官输入··|,这就是电子游戏与心理治疗的交叉点··|--。电子游戏同时能为患者提供视觉、听觉、嗅觉、触觉等多维感官输入··|,帮助患者快速强烈地聚焦于特定事件和行为中··|--。

 

 

图4 心理治疗模式图


目前··|,电子游戏广泛应用于辅助精神疾病治疗、康复治疗、感染疾病、神经系统疾病、缓解疼痛、性功能障碍(王然 et al., 2013)··|--。值得注意的是··|,电子游戏辅助疗法··|,并没有否定传统疗法··|,而是利用电子游戏的特点对传统疗法进行辅助和优化··|--。


电子游戏具有交互性和模拟性两大特征··|--。交互性指的是人与电子设备之间通过输入输出设备进行的联系和反馈··|,模拟性指对现实世界或思维世界的模拟··|--。电子游戏设计者不断追求更自然的人机交互和更立体逼真的模拟··|--。随着计算机技术的发展··|,在传统电子游戏的基础之上··|,产生了体感游戏和虚拟现实游戏(后文简称VR游戏)··|--。


体感游戏··|,是将体感技术运用于电子游戏产生的一种新型游戏··|--。体感技术是由机器通过感应器对用户的动作进行辨识、解析··|,并按照预定感测模式作出反馈的人机交互技术(徐云 & 季灵芝, 2016)··|--。运用此技术··|,用户可通过肢体动作操控游戏··|--。体感游戏采用“自然用户界面”··|,超越了传统鼠标和键盘与计算机··|,大大提高了用户的置入感和沉浸感(刘艳虹, 雷显梅, & 胡晓毅, 2015)··|--。


同时··|,体感游戏能增强用户能量消耗··|,相比于传统久坐游戏··|,更利于健康促进(王俊杰et al.,2014)··|--。目前国际知名的体感游戏平台主要有Wii(日本任天堂公司)、PlayStation(日本索尼公司)、Xbox360(美国微软公司)··|,国内有Idong(中国爱动)··|--。

 

图5 体感游戏示例

 

虚拟现实技术(VR)··|,是目前应用于辅助疾病治疗的另一种人机交互技术··|,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统(王亨, 卓子寒, 唐劲天, & 王然, 2013)··|--。将计算机图形构成的三维数字模型··|,编制到计算机中创建逼真的“虚拟环境”··|,从而使用户在感知上产生一种沉浸的感觉··|--。这就是VR的沉浸感(Immersion)或临场参与感(Presence)··|--。基于临场感··|,用户可以体验不同的身份··|,探索不同形式的自我··|--。


传统电子游戏中··|,用户主要介入视觉和思维;而在VR技术中··|,用户以整个生物个体的形式都沉浸于虚拟环境中··|,因此其视觉想象能得到充分的调动··|,意识和情感将被充分激发和表达(柳菁, 2008)··|--。

 

图6  VR游戏《尘埃拉力赛》

 

虽然VR在游戏领域的发展仍受制于VR设备成本过高、受众群体有限、缺乏VR核心游戏等因素(温才健 & 曹克亮, 2016)··|,但国内外已有不少利用VR技术辅助疾病治疗的尝试··|--。如VR技术应用于心理治疗已有二十余年··|,在治疗恐怖症(恐惧症)、注意缺陷障碍、精神分裂症、厌食症、男性性功能障碍、缓解疼痛等方面··|,都取得了丰富的成果(李涛··|,2005)··|--。下面将结合应用实例阐述电子游戏如何对传统治疗法进行辅助和优化··|--。


有些疾病··|,运用传统的诊断方法··|,或治疗方法难以达到理想的效果··|,而电子游戏则表现出优势··|--。如自闭症··|,其中一个临床表现为社会交往障碍··|,在现实生活中··|,患者通常难以理解人类的面部表情··|--。2005 年··|,英国一项研究发现··|,合作性虚拟现实环境在合作性虚拟现实环境中··|,超过 90%被试者能准确辨认虚拟环境中的人类表情(Cheng, Y., Moore, D., Mcgrath, P., & Fan, Y.··|,2005)··|--。


又如精神分裂症的诊断··|,研究发现··|,认知上的不连贯性会导致精神分裂症患者对事物的曲解··|,进而产生错误的判断··|,例如认为树是蓝色的··|,狗会发出牛的叫声等等··|,而这种错误的认知通常不容易被发觉(Riva, G.··|,2003)··|--。 以色列研究人员开始利用虚拟的视觉游戏··|,帮助患者尽早诊断出这种病症··|--。戴上研究者设计的专用眼镜后··|,就会感受到一种不同于周围环境的三维视觉效果··|--。真实环境中的事物被赋予了三维的声音、色彩和方位··|,从而很容易分辨出认知不连贯者··|--。结果显示能够正确预测出 85%的精神分裂症患者(Sorkin, A., Weinshall, D., Modai, I., & Peled,2006)··|--。


电子游戏辅助疾病治疗··|,对传统疗法的优化作用表现在以下几个方面:


1、提高效率、增强效果


例如··|,恐惧症的常用治疗方法是“满灌疗法”又名“暴露疗法”或“冲击疗法”··|--。亚特兰大埃默里大学医学院的 Rothbaum 指出··|,恐惧症的产生主要是出于对某些恐惧的记忆即通过激活患者的恐惧··|,然后在其所处的忧虑状态下消除它··|--。传统的“满灌疗法”中··|,医师通过口述··|,引导患者通过想象进入令自己恐惧的情境··|--。但这种方法受到医师和患者双方因素的制约··|,有很大的不确定性··|--。而利用虚拟现实技术的“临场感”··|,则患者则能直接进入安全可控的计算机模拟的情境中··|--。


2、增强趣味性、强化动机


很多疾病治疗的过程较漫长··|,且枯燥乏味··|,而电子游戏具备多感官的刺激方式··|,能够激发用户的兴趣··|--。游戏中设置的奖惩规则和个性化、多样化、层层递进的游戏内容能够强化和维持用户的兴趣和动机··|--。且传统疗法中··|,医师主动、患者被动的主客关系··|,而电子游戏则以用户为主导··|,能够有效增强用户的主动动机··|--。比如··|, Sun对26位老年人进行了6周控制实验··|,结果表明··|,老年人借助体感交互游戏进行自发的身体康复锻炼时··|,总锻炼时长是在医护人员监督下进行身体康复锻炼的时长的3倍多··|,可见··|,体感游戏比传统康复更能让老年人有更强烈的欲望和动机进行康复训练··|--。


3、减轻病痛


Hoffman等研究发现VR能够有效帮助患者沉浸于虚拟世界··|,达到缓解疼痛的效果··|--。在其一项研究中··|,让两病人分别在以下3种情况下接受牙科治疗:(1)用虚拟现实分散注意··|,(2)看电影··|,(3)什么都不用··|--。病人 1 在看电影时和什么都没用时疼痛度最高··|,虚拟现实时疼痛度轻微··|--。病人 2 报告在看电影时疼痛轻微··|,什么都没用时疼痛度轻微到中等··|,虚拟现实时基本没感到疼痛··|--。从该研究有限的样本中··|,可以看到VR通过转移患者的注意力来减轻病痛的效果··|--。


此外··|,研究发现运用VR进行身体内部疾患的诊断能够提高确诊率··|,同时减轻患者的痛苦··|--。1999 年 3 月报道··|,美国明尼苏达州梅奥诊所将电子游戏应用于结肠癌诊断··|,使医生可仿佛身临其境地在结肠中 “穿行”··|,寻找肿瘤或息肉部位··|--。新技术还可将结肠图像局部放大··|,以便对细小部位进行研究 ··|,将其“切开”··|,露出肠壁 ··|,让医生作更好地检查··|--。通过对 70 名患者的研究发现··|,利用VR技术进行检查要精确得多··|--。整个扫描过程所需时间不到 2min··|,病人无需保持镇静状态··|--。而使用最普遍的验血方法··|,患者不仅要承受一定的痛苦··|,且确诊率不到 50%(Royster A Pet al.··|,1997)··|--。可见··|,通过VR技术对患病实况的模拟··|,医生的诊断更直接、直观··|,同时医生诊断的过程在现实中并不会对患者造成任何实质性痛苦··|--。

 

图7 VR用于脑神经疾病诊断


4、保护隐私··|,更易接受


强迫症的经典疗法是认知行为疗法··|,包括“思维阻断法”和“暴露反应预防”··|,须由医师进行多次干预··|--。思维阻断法是在患者反复出现强迫思维时通过转移注意力或施加外部控制··|,比如利用设置闹钟铃声··|,来阻断强迫思维··|--。暴露反应预防是在治疗师的指导下··|,鼓励患者逐步面对和接受可引起强迫思维的各个情境··|--。比如患者很怕脏必须反复洗手以确保自己不会得病··|,他就需要在几次治疗中逐步接触自己的汗水、鞋底、公共厕所的门把手等而不洗手··|,而患者并未因此得病··|,强迫症状伴随的焦虑将在多次治疗后缓解直至消退··|--。


英国精神病学研究所经过多年的临床随机对照实验和开放研究··|,开发了强迫症的行为疗法程序 OCFighter··|,一种自助式治疗的程序··|--。它采用的交互式电话语音应答形式(IVR-OCFighter)得到了广泛的测试与好评··|--。该形式给患者提供了参与治疗的自主权··|,为患者提供持续的帮助和监督··|--。许多用户都极其信任 OCFighter··|,因为它减少了患者的羞耻感··|--。研究证明OCFighter有明显疗效(Tumur, I.et al.,2007)··|--。


可以看到电子游戏在各种疾病的诊断、治疗中都进行了不少的应用尝试··|--。已有的应用效果研究中既有商业游戏··|,也有研究者自行开发的游戏··|--。绝大多数的研究都通过实证研究··|,证明了电子游戏辅助疾病治疗不同程度的效用··|--。但由于不同的研究评估工具多样化、干预时间长短不一、干预活动安排具有灵活性··|,因此很难进行比较··|--。少数研究者则通过综述和元分析(Meta-analysis)的方法尝试整合针对同一疾病的不同研究的结果··|--。


Lohse K.等人于2013年4月以“视频游戏(video game)”、“虚拟现实(virtual reality)”和“增强现实(augmented reality)”为关键词对Medline(美国国立医学图书馆), CINAHL(护理学数据库)等国际主要的医学、护理学、心理学、教育学数据库中进行文献搜索··|,共搜索到4512篇相关英文文献(不含重复发表的文献)··|--。接着他们筛选出26篇VR应用于成人中风后康复治疗的实证研究文献··|,进行系统化的综述和元分析(Meta-analysis)··|--。结果发现VR疗法在身体功能(Body Function)和体力活动(Physical Activity Outcome)具有优于传统疗法的显著效果(总体效应量(effect size)分别为0.48和0.56)··|--。研究还发现··|,使用VR技术与体感游戏辅助康复治疗的效果没有显著差异(P=0.66)


Li J.等人则用类似的方法步骤对2013年5月以前的电子游戏应用于抑郁症治疗的8篇文献进行了系统化综述和元分析··|--。发现电子游戏对抑郁症治疗具有中等程度的效果(d=0.47)··|--。


虽然据Lohse和Li J.的研究··|,都证明了电子游戏辅助疾病治疗的效用··|--。但是两人都指出··|,目前关于应用效果的研究··|,具有以下局限性:(1)研究的样本量普遍较小(2)缺乏对电子游戏辅助疾病治疗的长期效果研究数据(3)很多研究缺少对如何应用电子游戏进行干预的细节描述(4)样本数量较小而难以进行严格的变量控制(5)缺乏对被试动机水平的考量··|--。因此在应用效果研究方面··|,需要更大规模、更长周期、更科学细致、更深入的研究··|--。


另外··|,电子游戏应用于辅助疾病治疗仍处于起步阶段··|,虽然目前已取得了较多的进展··|,仍然存在一些问题或局限性··|,这些问题一方面来源于对电子游戏自身带来的副作用··|,或是不当或过度操纵游戏引起的身心健康问题;另一方面则为电子游戏发展的阶段性局限问题··|--。


《大众媒体文化心理》(Psychology of Popular Media Culture)出版的对新加坡 3034 名儿童和青少年研究报告发现··|,电子媒体确实可提高视觉注意力··|,但损害了持续注意困难或枯燥任务的能力··|,这或带来更多的后续问题(Gentile,2012)··|--。电子游戏中过度的胜利会刺激雄激素分泌··|,或会造成激素分泌不平衡 、免疫力下降等健康问题··|--。电子游戏辅助疾病治疗目前仍处于起步阶段··|,受技术限制··|,目前适用的疾病非常有限;另外由于需要使用的较高成本的设备··|,限制了该疗法的普及··|--。


阶段性局限··|,随着科技的进步和发展··|,终将逐步得到解决;电子游戏本身或其使用相关的问题··|,也并非不可控··|,需要在研究电子游戏对人体各系统机制的基础上··|,针对性的进行监控和调整··|,而这是目前的研究空白··|--。


目前··|,已有大量电子游戏辅助疾病治疗相关的应用··|,其实质是对传统疗法的辅助和优化··|,而非否定··|--。很多研究已证明了一定程度上··|,电子游戏的介入相比于传统疗法有更优的效果··|,但未来仍需范围更广、周期更长、更科学精细和深入的应用效果研究··|,才可得出更具说服力的结论··|--。同时电子游戏辅助疾病治疗因其自身及所处的发展阶段··|,难以避免会存在一些问题和局限性··|,但随着科技的进步和研究的深入··|,这些问题都将能逐步得到解决··|--。



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