虚拟现实技术在应激医学教学中的应用

苏文君，严雯婕，蒋春雷

(海军军医大学心理系：1.应激医学教研室；2.心理健康教育与咨询中心，上海 200433)

在2019年，由中国科学院心理研究所主持完成的我国首部心理健康蓝皮书《中国国民心理健康发展报告(2017～2018)》正式发布，该报告指出，我国已经登上信息化、网络化的时代快车，人们生活与工作的节奏逐渐加快，所承受的生理和心理的压力(应激)也与日俱增，国民心理健康问题呈现出较单纯躯体健康问题更突出的态势[1]。更重要的是，急慢性应激暴露可能会导致多种躯体和精神心理疾病的发生。探索应激致病的病理生理机制及其防控策略，是现代医学的重要发展方向之一，应激医学学科应运而生。

应激医学是一门融合生命科学与社会科学的交叉学科，尽管学科建立较晚，但却发展迅速[2]。我校开设应激医学课程已有十余年时间，不仅积累了大量教学经验，也在教学方式方法上不断尝试改革与完善。虚拟现实技术作为一种前沿信息科学技术，因其具有沉浸性、交互性、多感知性、构想性和自主性等特征[3-4]，或将在应激医学教学领域具有广阔的应用前景。本文就该技术应用于应激医学教学的可行性进行分析论证，并初步拟定教学设计方案。

1 应激医学学科概况

1.1 应激医学的起源与发展

作为专业术语，“Stress”一词最早用于物理学中的力学研究领域，可译作“应力”。它是一种类似于“压强”的单位面积上的力，意指物体对抗外界干扰、维持正常稳态的内在作用力。此后，匈牙利裔加拿大内分泌生理学家汉斯·塞里(Hans Selye)在美国生理学家坎农(Walter B.Cannon)等人关于动物“战或逃”(fight or flight)式应急本能反应的研究基础上，正式将“应激”(stress)一词引入生物医学领域[5-6]。一般认为，应激指内环境稳态受到威胁时，机体对内外界刺激(应激源)产生的特异性和(或)非特异性反应，使机体维持在新的稳态。若新的稳态继续受到破坏，则将进一步发展，直至该系统崩溃，转而向其他系统继续寻求稳态[7]。

经过数十年的衍生与发展，应激相关理论现已凝练成为一门学科——应激医学。简而言之，应激医学由基础医学、临床医学、预防医学及心理学等多个相关学科整合而成，主要研究在特殊生存和职业环境条件下，人体应激反应的生理、心理特征及其生物学基础。该学科建立在大量临床与实验研究的基础上，目前是隶属于特种医学一级学科的特色学科、交叉学科[8]。

1.2 应激医学教学现状

我校在应激医学的基础研究和教学培养方面有着特殊的渊源，在该领域的成果备受同行认可。已故著名生理学家朱鹤年教授是我国应激医学与神经内分泌学领域的先驱，神经生理学家陈宜张院士在应激反应的神经机制及糖皮质激素作用的膜受体假说方面做出了卓越贡献。此后，徐仁宝、路长林及蒋春雷等专家教授，为应激医学学科及课程的创设和发展辛勤耕耘，鞠躬尽瘁。

特别是步入21世纪后，在学科带头人蒋春雷教授的精心筹谋下，我校于2005年和2006年分别开设《应激医学》本科生和研究生选修课程，在国内较早启动应激医学教学，且已经编撰出版《应激医学》[9]《应激与疾病》[7]等专著、教材，现第三版教材正在编撰中。此外，我校已于2017年正式获批在心理系编设“应激医学教研室”，从而进一步促进学科发展、拓展学科影响力。自2019-2020学年春季学期起，《应激医学》以焕然一新的面貌，成为我校“精神医学”专业本科生的必修课程。据悉，国内部分兄弟院校(四川大学华西医学院、河北医科大学等)也在近年分别开设《精神应激与健康》《应激医学》选修课程，面向精神医学等专业开展应激医学教学。然而，应激医学教学起步较晚，目前仍以传统“灌输式”教学为主，为了能更好地适应信息化社会的快速发展，满足人才培养的更高需求，理应在教学方式方法上适当改进。

2 虚拟现实技术的发展与应用

2.1 虚拟现实技术概况

早在1965年，美国著名计算机科学家伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)提出了虚拟现实(Virtual Reality，VR)的技术理念，并在3年后设计开发出第一款头戴式显示设备“Sutherland”，为该领域的飞速发展奠定了坚实基础[10]。总的来说，VR技术是一项以电子计算机技术为核心、多学科协同，通过应用动态环境建模、三维动画显示等关键技术，对自然环境进行模拟，形成与之高度相似的数字虚拟环境的一种高级人机交互技术[11]。经过多年的发展，目前VR技术除了提供视听觉感知外，还具备呈现力觉、触觉及运动觉，乃至味嗅觉等复杂感知刺激的能力，为用户带来多通道的感知觉体验。借助数据手套、手柄等辅助设备，使用者可在虚拟系统中如临其境地进行交互操作。由于VR技术兼具沉浸性、交互性、多感知性、构想性和自主性等特征，并在实际应用中展示出高效性与经济性的优势，目前已经全面融入现代社会生活，在包括军事、医学、艺术、设计、教育、娱乐及房地产等诸多领域得到广泛应用，甚至给行业格局带来深刻影响与变革[10]。

2.2 虚拟现实技术在精神心理领域中的应用

1993年，VR技术被应用于心理咨询领域，为心理咨询与治疗技术的发展与改进打开全新局面，并拓展到精神心理的诊断评估与治疗干预的各个方面[10]。据统计，VR技术目前已被成功应用于社交恐惧的干预、自闭谱系障碍的评估和干预、注意力缺陷多动障碍的评估和干预、焦虑障碍的治疗、物质相关及成因障碍的检查评估、脑损伤病人康复训练、创伤后应激障碍的治疗以及情绪认知能力和神经心理的测试与评估等[11-13]。

例如，执行功能(executive function，EF)作为一种任务导向的综合认知适应能力，其测量是认知发展与神经心理评估领域的核心问题之一[14]。传统的纸笔测试和基于计算机程序的按键反应等评估方法易于操作，但缺乏生态效度，且难以严格控制环境刺激变量。基于VR技术的执行功能评估可在操纵被试觉醒水平、控制操纵环境、提高被试参与度和评估的生态效度，以及尽可能避免真实环境开展操作的潜在危险等方面提供便捷，因而应用前景广阔[11]。

再譬如，较之传统暴露疗法采用想象暴露等方式，虚拟现实暴露疗法(virtual reality exposure therapy，VRET)可以通过向患者提供视、听、触等全方位、多通道的感觉刺激与交互体验，产生远超语言描述和意念想象的临场感。因此，VRET用于应激相关障碍的治疗与评估效果极为显著。美军研发的“虚拟伊拉克/阿富汗虚拟现实环境测试刺激库”(virtual iraq/afghanistan VRET simulation)，现已被成功应用在认知绩效评估测试，以及创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder，PTSD)的治疗中[15-16]。

2.3 虚拟现实技术在医学教育领域的应用

如前文所述，由于VR技术具有沉浸性、交互性和构想性等特征，可以解决部分制约医学教学过程的实际问题，因而在医学教育领域具有较强的优越性和实用性。例如，在人体解剖学课程教学中，传统教学方法通常以课堂教学为主，结合图谱、教学模型等，最终辅以尸体解剖强化学员对于组织器官解剖构造及毗邻关系的理解。然而，尸体标本的获取、制备与储存问题，经常限制教学的最终效益。通过应用VR技术构建虚拟人体标本，可使学员在虚拟标本上进行解剖观察和学习，不仅调动了学习兴趣，也为授课教员提供便利，大大提高教学效率和质量[17]。除此以外，基于VR技术构建虚拟仿真手术对象，结合力反馈系统模拟手术操作，可以用于临床科室的实践教学。一方面，针对单个术式的重复练习，可以在医学伦理允许法范围内，增强临床医师的技术熟练度，协助制定手术方案、提高手术精准性；另一方面，VR结合高速移动通信技术，能够用于搭建远程手术系统，医师只需对虚拟患者进行手术，即可操控手术机器人执行相应的实际操作，以便应对突发情况与特殊条件下的不时之需[17]。

3 虚拟现实技术用于应激医学教学的可行性分析

3.1 虚拟现实技术辅助应激医学教学的设计方案

应激医学是一门交叉学科，其教学内容不仅涉及大量的基础理论，还包含一些感官体验和技能实操。具体而言，应激与应激反应、应激的神经解剖与生理基础、应激致病的病理生理学基础等章节侧重于理论讲解，不良应激反应的预防与干预、应激动物模型的构建等章节侧重于实践操作，应激与心身疾病、应激与精神神经疾病部分则是理论与实践并重。

众所周知，应激源是引发应激反应的始动因素，传统教学模式对应激源的描述多采用文字与图片材料，缺乏感染力。作为军医院校，在讲授该部分内容时，可以结合“军事应激”章节的内容，将能力训练融入课程教学中。从概念上来说，战斗应激反应指战场心理及生理应激源作用于参战人员所造成的失能性损害，常伴有躯体及心理症状和反应，由此导致的战斗减员可达战争总减员的30%以上[18]。通过运用VR技术，结合国内外影视资料及军事题材电子游戏，我们拟构建一个沉浸式的战场环境。在医学伦理及学员身心素质允许的范围内，学员可以通过头戴式显示器及无线控制手柄，在虚拟战场中获得逼真的情境刺激和感知体验。这种授课方式，一方面，有助于培养学员在战场环境中的心理稳定性；另一方面，可以配合人机环境同步平台，实时采集学员的生理指标数据(脉搏/心率、呼吸、皮电等)，指导其用生物反馈法形象直观地理解应激反应的具体表现。

应激的神经解剖与生理基础内容枯燥，仅凭课堂上的平面图片展示与文字描述等传统教辅方式，教学难度较大。为提升教学效果，我们拟借助VR技术，对应激相关的神经解剖结构(如下丘脑、垂体、边缘系统等)进行三维重建，并提供旋转、切割、分离及标记等交互操作，让学员无死角地观察和理解应激相关脑区、核团的三维解剖、毗邻关系与传导通路。

3.2 虚拟现实技术用于应激医学教学的优劣势分析

VR技术用于应激医学的教学，除了能形象逼真地展示微观、抽象的应激反应结构和物质基础，还可在实验教学中减少实验动物的使用，一定程度上降低教学成本、提升教学效率。特别是借助VR技术，能够极大程度地模拟战场等高危、高压情境，触发人体生理心理反应，并极大程度保证学员安全，尤其适用于军队院校教学与训练的有机融合。与此同时，VR本身作为一种先进的技术手段，已被用于应激相关疾病的诊断与治疗，在应激医学教学中引入该技术，可以更好地帮助学员实现知识与技能的同步提升。

然而不可否认的是，目前军队院校对于VR技术的应用尚不成熟，存在诸多现实问题和技术屏障。一方面，该技术研发成本高，尽管软硬件设施的售价持续走低，但课程设计、模型的建立和优化，以及仿真实验系统的开发都需要大量人力物力支持。另一方面，VR技术应用于应激医学教学，还受限于其自身的技术壁垒，如头戴式显示设备的眩晕感、触觉反馈失真等。此外，该技术的部分应用方式可能会使得真实环境更显虚无，因而带来伦理争端。

4 结语及展望

应激医学是一门研究特殊生存和职业环境条件下，人体应激反应的生理、心理特征及其生物学基础的科学，是精神医学领域的桥梁课，理论与实践教学并重。总体而言，VR技术可以用来弥补应激医学教学中传统教学方式的缺陷，甚至可在部分教学内容中取代传统教学方式。然而，如果过度强调虚拟仿真的简便性、形象性和有效性，忽略其潜在的弊端与危害，可能会使该技术的开发与应用走向歧途。探讨如何充分发挥VR技术的优势，将其恰当地应用于应激医学等学科的理论与实践教学中，是一项值得进一步探索的研究方向。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明苏文君、严雯婕：论文构思、撰写及修改；蒋春雷：论文审阅及修改