虛擬現(xiàn)實技術(shù)在應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

蘇文君，嚴(yán)雯婕，蔣春雷

(海軍軍醫(yī)大學(xué)心理系：1.應(yīng)激醫(yī)學(xué)教研室；2.心理健康教育與咨詢中心，上海 200433)

在2019年，由中國科學(xué)院心理研究所主持完成的我國首部心理健康藍(lán)皮書《中國國民心理健康發(fā)展報告(2017～2018)》正式發(fā)布，該報告指出，我國已經(jīng)登上信息化、網(wǎng)絡(luò)化的時代快車，人們生活與工作的節(jié)奏逐漸加快，所承受的生理和心理的壓力(應(yīng)激)也與日俱增，國民心理健康問題呈現(xiàn)出較單純軀體健康問題更突出的態(tài)勢[1]。更重要的是，急慢性應(yīng)激暴露可能會導(dǎo)致多種軀體和精神心理疾病的發(fā)生。探索應(yīng)激致病的病理生理機(jī)制及其防控策略，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要發(fā)展方向之一，應(yīng)激醫(yī)學(xué)學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。

應(yīng)激醫(yī)學(xué)是一門融合生命科學(xué)與社會科學(xué)的交叉學(xué)科，盡管學(xué)科建立較晚，但卻發(fā)展迅速[2]。我校開設(shè)應(yīng)激醫(yī)學(xué)課程已有十余年時間，不僅積累了大量教學(xué)經(jīng)驗，也在教學(xué)方式方法上不斷嘗試改革與完善。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種前沿信息科學(xué)技術(shù)，因其具有沉浸性、交互性、多感知性、構(gòu)想性和自主性等特征[3-4]，或?qū)⒃趹?yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文就該技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)的可行性進(jìn)行分析論證，并初步擬定教學(xué)設(shè)計方案。

1 應(yīng)激醫(yī)學(xué)學(xué)科概況

1.1 應(yīng)激醫(yī)學(xué)的起源與發(fā)展

作為專業(yè)術(shù)語，“Stress”一詞最早用于物理學(xué)中的力學(xué)研究領(lǐng)域，可譯作“應(yīng)力”。它是一種類似于“壓強(qiáng)”的單位面積上的力，意指物體對抗外界干擾、維持正常穩(wěn)態(tài)的內(nèi)在作用力。此后，匈牙利裔加拿大內(nèi)分泌生理學(xué)家漢斯·塞里(Hans Selye)在美國生理學(xué)家坎農(nóng)(Walter B.Cannon)等人關(guān)于動物“戰(zhàn)或逃”(fight or flight)式應(yīng)急本能反應(yīng)的研究基礎(chǔ)上，正式將“應(yīng)激”(stress)一詞引入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[5-6]。一般認(rèn)為，應(yīng)激指內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)受到威脅時，機(jī)體對內(nèi)外界刺激(應(yīng)激源)產(chǎn)生的特異性和(或)非特異性反應(yīng)，使機(jī)體維持在新的穩(wěn)態(tài)。若新的穩(wěn)態(tài)繼續(xù)受到破壞，則將進(jìn)一步發(fā)展，直至該系統(tǒng)崩潰，轉(zhuǎn)而向其他系統(tǒng)繼續(xù)尋求穩(wěn)態(tài)[7]。

經(jīng)過數(shù)十年的衍生與發(fā)展，應(yīng)激相關(guān)理論現(xiàn)已凝練成為一門學(xué)科——應(yīng)激醫(yī)學(xué)。簡而言之，應(yīng)激醫(yī)學(xué)由基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)及心理學(xué)等多個相關(guān)學(xué)科整合而成，主要研究在特殊生存和職業(yè)環(huán)境條件下，人體應(yīng)激反應(yīng)的生理、心理特征及其生物學(xué)基礎(chǔ)。該學(xué)科建立在大量臨床與實驗研究的基礎(chǔ)上，目前是隸屬于特種醫(yī)學(xué)一級學(xué)科的特色學(xué)科、交叉學(xué)科[8]。

1.2 應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

我校在應(yīng)激醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究和教學(xué)培養(yǎng)方面有著特殊的淵源，在該領(lǐng)域的成果備受同行認(rèn)可。已故著名生理學(xué)家朱鶴年教授是我國應(yīng)激醫(yī)學(xué)與神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)，神經(jīng)生理學(xué)家陳宜張院士在應(yīng)激反應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制及糖皮質(zhì)激素作用的膜受體假說方面做出了卓越貢獻(xiàn)。此后，徐仁寶、路長林及蔣春雷等專家教授，為應(yīng)激醫(yī)學(xué)學(xué)科及課程的創(chuàng)設(shè)和發(fā)展辛勤耕耘，鞠躬盡瘁。

特別是步入21世紀(jì)后，在學(xué)科帶頭人蔣春雷教授的精心籌謀下，我校于2005年和2006年分別開設(shè)《應(yīng)激醫(yī)學(xué)》本科生和研究生選修課程，在國內(nèi)較早啟動應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)，且已經(jīng)編撰出版《應(yīng)激醫(yī)學(xué)》[9]《應(yīng)激與疾病》[7]等專著、教材，現(xiàn)第三版教材正在編撰中。此外，我校已于2017年正式獲批在心理系編設(shè)“應(yīng)激醫(yī)學(xué)教研室”，從而進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)科發(fā)展、拓展學(xué)科影響力。自2019-2020學(xué)年春季學(xué)期起，《應(yīng)激醫(yī)學(xué)》以煥然一新的面貌，成為我?！熬襻t(yī)學(xué)”專業(yè)本科生的必修課程。據(jù)悉，國內(nèi)部分兄弟院校(四川大學(xué)華西醫(yī)學(xué)院、河北醫(yī)科大學(xué)等)也在近年分別開設(shè)《精神應(yīng)激與健康》《應(yīng)激醫(yī)學(xué)》選修課程，面向精神醫(yī)學(xué)等專業(yè)開展應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)。然而，應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)起步較晚，目前仍以傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)為主，為了能更好地適應(yīng)信息化社會的快速發(fā)展，滿足人才培養(yǎng)的更高需求，理應(yīng)在教學(xué)方式方法上適當(dāng)改進(jìn)。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概況

早在1965年，美國著名計算機(jī)科學(xué)家伊凡·蘇澤蘭(Ivan Sutherland)提出了虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)的技術(shù)理念，并在3年后設(shè)計開發(fā)出第一款頭戴式顯示設(shè)備“Sutherland”，為該領(lǐng)域的飛速發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)[10]。總的來說，VR技術(shù)是一項以電子計算機(jī)技術(shù)為核心、多學(xué)科協(xié)同，通過應(yīng)用動態(tài)環(huán)境建模、三維動畫顯示等關(guān)鍵技術(shù)，對自然環(huán)境進(jìn)行模擬，形成與之高度相似的數(shù)字虛擬環(huán)境的一種高級人機(jī)交互技術(shù)[11]。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前VR技術(shù)除了提供視聽覺感知外，還具備呈現(xiàn)力覺、觸覺及運(yùn)動覺，乃至味嗅覺等復(fù)雜感知刺激的能力，為用戶帶來多通道的感知覺體驗。借助數(shù)據(jù)手套、手柄等輔助設(shè)備，使用者可在虛擬系統(tǒng)中如臨其境地進(jìn)行交互操作。由于VR技術(shù)兼具沉浸性、交互性、多感知性、構(gòu)想性和自主性等特征，并在實際應(yīng)用中展示出高效性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢，目前已經(jīng)全面融入現(xiàn)代社會生活，在包括軍事、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、設(shè)計、教育、娛樂及房地產(chǎn)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，甚至給行業(yè)格局帶來深刻影響與變革[10]。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在精神心理領(lǐng)域中的應(yīng)用

1993年，VR技術(shù)被應(yīng)用于心理咨詢領(lǐng)域，為心理咨詢與治療技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)打開全新局面，并拓展到精神心理的診斷評估與治療干預(yù)的各個方面[10]。據(jù)統(tǒng)計，VR技術(shù)目前已被成功應(yīng)用于社交恐懼的干預(yù)、自閉譜系障礙的評估和干預(yù)、注意力缺陷多動障礙的評估和干預(yù)、焦慮障礙的治療、物質(zhì)相關(guān)及成因障礙的檢查評估、腦損傷病人康復(fù)訓(xùn)練、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的治療以及情緒認(rèn)知能力和神經(jīng)心理的測試與評估等[11-13]。

例如，執(zhí)行功能(executive function，EF)作為一種任務(wù)導(dǎo)向的綜合認(rèn)知適應(yīng)能力，其測量是認(rèn)知發(fā)展與神經(jīng)心理評估領(lǐng)域的核心問題之一[14]。傳統(tǒng)的紙筆測試和基于計算機(jī)程序的按鍵反應(yīng)等評估方法易于操作，但缺乏生態(tài)效度，且難以嚴(yán)格控制環(huán)境刺激變量?；赩R技術(shù)的執(zhí)行功能評估可在操縱被試覺醒水平、控制操縱環(huán)境、提高被試參與度和評估的生態(tài)效度，以及盡可能避免真實環(huán)境開展操作的潛在危險等方面提供便捷，因而應(yīng)用前景廣闊[11]。

再譬如，較之傳統(tǒng)暴露療法采用想象暴露等方式，虛擬現(xiàn)實暴露療法(virtual reality exposure therapy，VRET)可以通過向患者提供視、聽、觸等全方位、多通道的感覺刺激與交互體驗，產(chǎn)生遠(yuǎn)超語言描述和意念想象的臨場感。因此，VRET用于應(yīng)激相關(guān)障礙的治療與評估效果極為顯著。美軍研發(fā)的“虛擬伊拉克/阿富汗虛擬現(xiàn)實環(huán)境測試刺激庫”(virtual iraq/afghanistan VRET simulation)，現(xiàn)已被成功應(yīng)用在認(rèn)知績效評估測試，以及創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder，PTSD)的治療中[15-16]。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用

如前文所述，由于VR技術(shù)具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特征，可以解決部分制約醫(yī)學(xué)教學(xué)過程的實際問題，因而在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域具有較強(qiáng)的優(yōu)越性和實用性。例如，在人體解剖學(xué)課程教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方法通常以課堂教學(xué)為主，結(jié)合圖譜、教學(xué)模型等，最終輔以尸體解剖強(qiáng)化學(xué)員對于組織器官解剖構(gòu)造及毗鄰關(guān)系的理解。然而，尸體標(biāo)本的獲取、制備與儲存問題，經(jīng)常限制教學(xué)的最終效益。通過應(yīng)用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬人體標(biāo)本，可使學(xué)員在虛擬標(biāo)本上進(jìn)行解剖觀察和學(xué)習(xí)，不僅調(diào)動了學(xué)習(xí)興趣，也為授課教員提供便利，大大提高教學(xué)效率和質(zhì)量[17]。除此以外，基于VR技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真手術(shù)對象，結(jié)合力反饋系統(tǒng)模擬手術(shù)操作，可以用于臨床科室的實踐教學(xué)。一方面，針對單個術(shù)式的重復(fù)練習(xí)，可以在醫(yī)學(xué)倫理允許法范圍內(nèi)，增強(qiáng)臨床醫(yī)師的技術(shù)熟練度，協(xié)助制定手術(shù)方案、提高手術(shù)精準(zhǔn)性；另一方面，VR結(jié)合高速移動通信技術(shù)，能夠用于搭建遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)，醫(yī)師只需對虛擬患者進(jìn)行手術(shù)，即可操控手術(shù)機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的實際操作，以便應(yīng)對突發(fā)情況與特殊條件下的不時之需[17]。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)的可行性分析

3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)的設(shè)計方案

應(yīng)激醫(yī)學(xué)是一門交叉學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容不僅涉及大量的基礎(chǔ)理論，還包含一些感官體驗和技能實操。具體而言，應(yīng)激與應(yīng)激反應(yīng)、應(yīng)激的神經(jīng)解剖與生理基礎(chǔ)、應(yīng)激致病的病理生理學(xué)基礎(chǔ)等章節(jié)側(cè)重于理論講解，不良應(yīng)激反應(yīng)的預(yù)防與干預(yù)、應(yīng)激動物模型的構(gòu)建等章節(jié)側(cè)重于實踐操作，應(yīng)激與心身疾病、應(yīng)激與精神神經(jīng)疾病部分則是理論與實踐并重。

眾所周知，應(yīng)激源是引發(fā)應(yīng)激反應(yīng)的始動因素，傳統(tǒng)教學(xué)模式對應(yīng)激源的描述多采用文字與圖片材料，缺乏感染力。作為軍醫(yī)院校，在講授該部分內(nèi)容時，可以結(jié)合“軍事應(yīng)激”章節(jié)的內(nèi)容，將能力訓(xùn)練融入課程教學(xué)中。從概念上來說，戰(zhàn)斗應(yīng)激反應(yīng)指戰(zhàn)場心理及生理應(yīng)激源作用于參戰(zhàn)人員所造成的失能性損害，常伴有軀體及心理癥狀和反應(yīng)，由此導(dǎo)致的戰(zhàn)斗減員可達(dá)戰(zhàn)爭總減員的30%以上[18]。通過運(yùn)用VR技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)外影視資料及軍事題材電子游戲，我們擬構(gòu)建一個沉浸式的戰(zhàn)場環(huán)境。在醫(yī)學(xué)倫理及學(xué)員身心素質(zhì)允許的范圍內(nèi)，學(xué)員可以通過頭戴式顯示器及無線控制手柄，在虛擬戰(zhàn)場中獲得逼真的情境刺激和感知體驗。這種授課方式，一方面，有助于培養(yǎng)學(xué)員在戰(zhàn)場環(huán)境中的心理穩(wěn)定性；另一方面，可以配合人機(jī)環(huán)境同步平臺，實時采集學(xué)員的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)(脈搏/心率、呼吸、皮電等)，指導(dǎo)其用生物反饋法形象直觀地理解應(yīng)激反應(yīng)的具體表現(xiàn)。

應(yīng)激的神經(jīng)解剖與生理基礎(chǔ)內(nèi)容枯燥，僅憑課堂上的平面圖片展示與文字描述等傳統(tǒng)教輔方式，教學(xué)難度較大。為提升教學(xué)效果，我們擬借助VR技術(shù)，對應(yīng)激相關(guān)的神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)(如下丘腦、垂體、邊緣系統(tǒng)等)進(jìn)行三維重建，并提供旋轉(zhuǎn)、切割、分離及標(biāo)記等交互操作，讓學(xué)員無死角地觀察和理解應(yīng)激相關(guān)腦區(qū)、核團(tuán)的三維解剖、毗鄰關(guān)系與傳導(dǎo)通路。

3.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)的優(yōu)劣勢分析

VR技術(shù)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)的教學(xué)，除了能形象逼真地展示微觀、抽象的應(yīng)激反應(yīng)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基礎(chǔ)，還可在實驗教學(xué)中減少實驗動物的使用，一定程度上降低教學(xué)成本、提升教學(xué)效率。特別是借助VR技術(shù)，能夠極大程度地模擬戰(zhàn)場等高危、高壓情境，觸發(fā)人體生理心理反應(yīng)，并極大程度保證學(xué)員安全，尤其適用于軍隊院校教學(xué)與訓(xùn)練的有機(jī)融合。與此同時，VR本身作為一種先進(jìn)的技術(shù)手段，已被用于應(yīng)激相關(guān)疾病的診斷與治療，在應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)中引入該技術(shù)，可以更好地幫助學(xué)員實現(xiàn)知識與技能的同步提升。

然而不可否認(rèn)的是，目前軍隊院校對于VR技術(shù)的應(yīng)用尚不成熟，存在諸多現(xiàn)實問題和技術(shù)屏障。一方面，該技術(shù)研發(fā)成本高，盡管軟硬件設(shè)施的售價持續(xù)走低，但課程設(shè)計、模型的建立和優(yōu)化，以及仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā)都需要大量人力物力支持。另一方面，VR技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)，還受限于其自身的技術(shù)壁壘，如頭戴式顯示設(shè)備的眩暈感、觸覺反饋失真等。此外，該技術(shù)的部分應(yīng)用方式可能會使得真實環(huán)境更顯虛無，因而帶來倫理爭端。

4 結(jié)語及展望

應(yīng)激醫(yī)學(xué)是一門研究特殊生存和職業(yè)環(huán)境條件下，人體應(yīng)激反應(yīng)的生理、心理特征及其生物學(xué)基礎(chǔ)的科學(xué)，是精神醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的橋梁課，理論與實踐教學(xué)并重?？傮w而言，VR技術(shù)可以用來彌補(bǔ)應(yīng)激醫(yī)學(xué)教學(xué)中傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷，甚至可在部分教學(xué)內(nèi)容中取代傳統(tǒng)教學(xué)方式。然而，如果過度強(qiáng)調(diào)虛擬仿真的簡便性、形象性和有效性，忽略其潛在的弊端與危害，可能會使該技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用走向歧途。探討如何充分發(fā)揮VR技術(shù)的優(yōu)勢，將其恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于應(yīng)激醫(yī)學(xué)等學(xué)科的理論與實踐教學(xué)中，是一項值得進(jìn)一步探索的研究方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明蘇文君、嚴(yán)雯婕：論文構(gòu)思、撰寫及修改；蔣春雷：論文審閱及修改