實驗心理學虛擬現(xiàn)實技術應用

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摘要：心理學作為一門實驗科學，其研究方法離不開實驗，然而實驗法因其對自變量和因變量的嚴格控制，外部推廣效度比較低，無法推廣。虛擬現(xiàn)實技術作為新的技術手段，因其特性引起了心理學家的關注?，F(xiàn)今虛擬現(xiàn)實技術在實驗心理學中，不僅在心理治療中發(fā)揮作用，同時各大實驗室也開始進行建設，并逐步應用在具體的研究和平臺建設中，其地位則顯得尤為重要，不容忽視。未來可擴大虛擬場景建設，豐富虛擬現(xiàn)實資源庫，為開展心理學研究提供更多的環(huán)境。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；實驗心理學；心理治療

引言

虛擬現(xiàn)實主要是借助于計算機建立一個與真實環(huán)境相似的虛擬環(huán)境，使用者再借助于傳感設備投入此環(huán)境中。近年來，隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在多個領域均得到了廣泛應用，例如醫(yī)療、軍事等行業(yè)，教育行業(yè)也不例外，國家越來越重視虛擬現(xiàn)實技術在該領域的應用，目前教育部在一些重點大學已批準建立虛擬仿真教學實驗室以探索該技術其應用，受此影響，無論傳統(tǒng)學習方式還是教學方式，均在發(fā)生變化。目前，國際上關于虛擬現(xiàn)實在教育領域的應用主要集中在課堂教學法、學習環(huán)境以及醫(yī)學、工程、地理等具體學科。國內則主要集中在虛擬學習資源建設、理論探索和仿真校園環(huán)境建設等方面。心理學是介于自然科學與社會科學之間的交叉學科，既具有自然科學的特點還具備社會科學的特點，其目的是研究個體的心理和行為的發(fā)展歷程，而個體的心理認知活動具有不易觀察和復制的特性，因而不論是心理學教學還是研究均離不開科學嚴謹?shù)膶嶒?。在傳統(tǒng)心理學研究中，研究方法不盡相同，莫雷等人根據對象的特征將研究方法分為兩個層次：一被稱為心理學研究設計方法，通過研究變量與變量的關系，來揭示心理現(xiàn)象與規(guī)律；二被稱為變量數(shù)據的獲得方法，利用各種方法采集變量的量化數(shù)據，然后再用量化的方法揭示變量與變量之間的關系，即測評法、實驗心理范式、認知神經科學范式。測評法是通過問卷、測量、評定等方法獲得變量的數(shù)據；實驗心理范式是在一些經典研究中形成的關于某些特質或者特征的量化數(shù)據的獲取范式；認知神經科學范式，主要是借助fMRI、EEG等技術手段來了解大腦神經元的活動數(shù)據，從而從生理層面來揭示心理現(xiàn)象和規(guī)律。盡管該范式起步比較晚，但現(xiàn)今已是心理學研究方法的主流趨勢。在3種研究方法中，后兩者被統(tǒng)稱為實驗法的技術范式。實驗法是最嚴謹?shù)?，自然科學的進步依賴于實驗方法的進步，心理學亦如此。然而在心理學研究中，實驗法還面臨一些問題，比如實驗法的外部效度比較低。實驗法的研究目的是確定自變量與因變量兩者間對應的數(shù)量化關系，故而要對實驗環(huán)境進行控制，該操作可保證研究具有較高的內部效度，而外部效度就比較低，結果無法推廣到類似環(huán)境中[1]。此外在實驗法中，研究對象是作為獨立個體的人類，必然會出現(xiàn)諸如特殊環(huán)境難以在實驗室呈現(xiàn)、大型儀器設備使用成本昂貴等問題。而虛擬仿真實驗存在不受時空限制、低廉、風險低等優(yōu)點，其必將成為心理學真實實驗的有益補充[2]。李婷發(fā)現(xiàn)將虛擬現(xiàn)實技術運用到心理學實驗中有4種優(yōu)勢：第一，在實驗中被試的自主性比較高，可實現(xiàn)對場景的全面控制，增加被試的選擇性；第二，虛擬現(xiàn)實存在較高的仿真度，個體可以體驗到增強的卷入感和真實感；第三，實驗室具有高度的自由，能自由更換實驗場景，選擇匹配度最高的場景；第四，數(shù)據易搜集、易量化，可實時記錄個體反應數(shù)據[3]。鑒于此，虛擬現(xiàn)實技術在實驗心理學教學中的地位則顯得尤為重要，不容忽視。

1虛擬現(xiàn)實的定義和特征

目前，關于虛擬現(xiàn)實的定義學術界并未達成一致，主要有3種觀點。一是由國內學者劉光然提出的，認為虛擬現(xiàn)實技術是一種由交互計算機仿真組成的一種媒介形式，能夠獲取參與者的一些信息，然后替代或者增強一種或者多種感官反饋，進而出現(xiàn)精神沉浸于或感覺在仿真環(huán)境中的感覺[4]。二是由學者趙沁平從數(shù)字環(huán)境視角提出的，認為虛擬現(xiàn)實在視覺、聽覺、觸覺等感覺方面與原環(huán)境高度相似的數(shù)字化環(huán)境，通過某些設備來實現(xiàn)與其中對象進行互動，從而產生與真實環(huán)境相對應的感受和體驗。三是有些學者認為虛擬現(xiàn)實技術是計算機技術的拓展，是綜合三維圖形生成技術、多傳感交互技術、高分辨顯示技術等于一體的科學技術。虛擬現(xiàn)實技術作為一種仿真系統(tǒng)，具有3大特性：沉浸性、想象性、交互性。沉浸性指個體在虛擬環(huán)境中所獲得的感受和真實環(huán)境高度相似，包括視覺聽覺、嗅覺等。想象性指虛擬現(xiàn)實技術可以結合個體的理性與感性，創(chuàng)建大腦里面構思出來的事物和情境，進行思維創(chuàng)新。交互性是指個體課借助一些交互設備，以自然方式與虛擬環(huán)境進行互動。

2心理學虛擬現(xiàn)實實驗室建設

隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，國家也加大了該方面的投入。2013年教育部“關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知”，指出虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產物。為響應國家的號召，國內一些院校開啟了建設虛擬仿真實驗室的熱潮。比如，華中師范大學依托心理學院建立了首個國家級虛擬仿真實驗教學中心，與行業(yè)領先企業(yè)結合，研發(fā)出多個基于虛擬現(xiàn)實技術的心理學實驗教學項目，現(xiàn)今該中心建成的虛擬實驗項目平臺主要有虛擬認知心理實驗、虛擬學習與教學實驗、虛擬發(fā)展心理實驗、虛擬心理咨詢與治療實驗、虛擬人格與社會實驗。通過這些項目，學生不僅對空間認知等基礎心理學的課題進行研究，還可借助該技術來探索人格社會心理學以及應用心理學中的難題[5]。隨著虛擬仿真實驗室的建立，各地均開始有所嘗試，蘇州大學結合傳統(tǒng)心理學實驗的局限以及虛擬仿真實驗的優(yōu)點，建立了虛擬仿真與實體實驗相結合的教學中心。該平臺包括7個子平臺，即生理心理學虛擬仿真平臺、認知行為實驗虛擬仿真平臺、特殊被試心理特征虛擬仿真平臺、特殊環(huán)境虛擬仿真平臺、大型儀器設備操作使用虛擬仿真平臺、心理咨詢虛擬仿真平臺和遠程行為觀察平臺[6]。而華南師范大學為了解決心理學公共課的一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)和一課多開設形式的復雜開課問題，建立了心理學公共課虛擬仿真項目，開發(fā)了30多個虛擬仿真實驗項目，以遠程互動的方式來開展教學，解決了任課教師攜帶設備不便無法演示和學生進實驗室實驗的問題，創(chuàng)新了公共課心理學的教學模式，提升了教學效果[7]。江漢大學心理與行為實驗中心為解決心理學教學所面臨的相同問題，也建立了心理學虛擬仿真實驗室，該實驗室由云端的軟件系統(tǒng)和實驗室的相關設備組成，包括資源平臺、管理和預約平臺以及自主科研平臺，其中資源平臺作為核心建設含有6個子模塊，如腦與認知虛擬仿真實驗模塊、特殊被試虛擬仿真實驗模塊等，每個子模塊里面又設計了多個具體的實驗項目，比如心理加工虛擬仿真實驗模塊包括心理旋轉實驗、錯誤信念實驗等[8]。

3虛擬現(xiàn)實在心理學中的應用

虛擬現(xiàn)實技術在國外的研究起步比較早，其最早應用主要體現(xiàn)在心理治療中，用來解決一些來訪者的問題，比如恐高癥，利用虛擬技術建立高空環(huán)境，然后讓來訪者一步一步暴露在該環(huán)境中，從而逐漸地降低來訪者的焦慮感。目前，國內學者已在醫(yī)學、心理學、計算機科學、軍事學、新聞學等多個領域開展了相關研究。其中，在心理學領域主要體現(xiàn)在心理治療和實驗心理學。VRT在心理治療領域主要體現(xiàn)在各類心理障礙或者疾病診斷和輔助治療中。2010年，劇友飛等人以認知暴露療法為理論依據，將虛擬現(xiàn)實技術應用在患有創(chuàng)傷后應激障礙的患者的治療中，彌補了傳統(tǒng)心理治療方法的不足，增加了心理治療的手段[9]。2018年，中科院心理研究學者李勇輝、周力丹等人，申請了一項基于VRT的成癮輔助治療技術的專利，并公開了包含用戶界面層、領域抽象功能層、數(shù)據及知識庫共享管理層和硬軟件設備驅動接口層的平臺以及使用方法，可為研究人員提供定制虛擬環(huán)境[10]。2019年，魏祥程學者又將虛擬現(xiàn)實技術應用在青少年心理干預中，他通過分析已有研究中青少年特定心理問題虛擬現(xiàn)實干預系統(tǒng)的開發(fā)過程，結合青少年的心理特點、傳統(tǒng)青少年心理干預流程和產品開發(fā)流程,提出了一套將虛擬現(xiàn)實技術應用到青少年心理干預中的規(guī)范、普適的方法。同時，他還開發(fā)了一套基于虛擬現(xiàn)實的高中生考試焦慮心理干預系統(tǒng)，并在北京宏志中學心理輔導中心進行了測試[11]。2020年，朱穎之等研究者將虛擬視景生物反饋系統(tǒng)用于治療廣泛性焦慮障礙患者，并針對該類人的心理特點，設計了一套3D虛擬視景生物反饋系統(tǒng)，同時將其應用于15例廣泛性焦慮障礙患者的治療中，觀察患者治療前后漢密爾頓焦慮量表與癥狀自評量表的評分變化，發(fā)現(xiàn)運用虛擬視景生物反饋系統(tǒng)治療GAD能夠取得較好的臨床效果[12]。在實驗教學中，虛擬現(xiàn)實技術同樣也發(fā)揮著非常重要的作用，其被用于各類學科學習中，尤其是心理學實驗教學。心理實驗教學多年來一直采用傳統(tǒng)的教學方法，即教師在實驗學習中帶領學生做相關的實驗。隨著科技的發(fā)展，許多研究者也將虛擬現(xiàn)實技術應用在心理學的實驗研究和教學中。比如，國內學者呂志明等人，考慮到國內一些城市是地震頻發(fā)區(qū)，為了提高個體的地震逃生心理素質，于2015年利用虛擬現(xiàn)實技術，結合地震安全訓練設置了模擬的地震逃生游戲，從而為我國地震緊急疏散提供指導。研究者趙小軍以B2C系統(tǒng)為研究平臺，使用行為實驗法、腦機連接技術等方法，創(chuàng)設了符合現(xiàn)實的大尺度空間環(huán)境，從而揭示大眾網絡購物的接受心理模型。吳施儀利用虛擬現(xiàn)實技術，對該狀態(tài)視覺誘發(fā)態(tài)下腦電和眼動的情緒分類進行了研究，創(chuàng)建3種共36張符合國際標準的情緒VR圖片庫，并搭建了3個場景的自動交互型VR視覺誘發(fā)實驗環(huán)境。該研究為創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實誘發(fā)態(tài)下帶情緒標簽生理信號庫打下堅實的基礎,為基于VR誘發(fā)的腦電信號去噪處理提供了可實施方案,為基于前額二導聯(lián)腦電的情緒分類研究提供了有效的參考。而陳玉嬌學者則利用虛擬現(xiàn)實技術對恐懼情緒進行研究，使用虛擬現(xiàn)實技術、腦電采集設備和移動手機組建情緒誘發(fā)系統(tǒng)，然后通過虛擬現(xiàn)實技術觀看恐懼視頻，創(chuàng)新性地提出了把虛擬現(xiàn)實技術應用到腦電情緒誘發(fā)中,從而將虛擬現(xiàn)實技術和視頻刺激結合起來,更好地誘發(fā)了被試者的恐懼情緒腦電，極大地豐富了虛擬現(xiàn)實在實驗心理學方面的應用。虛擬現(xiàn)實技術不僅在實驗研究方面給各位學者帶來了便利，同時也在不斷發(fā)展，其不再被認為僅是一種技術，而是作為一種整體的環(huán)境。閆沛學者發(fā)明了一項虛擬現(xiàn)實培訓心理教育教學系統(tǒng)的專利，該系統(tǒng)由頭戴式虛擬現(xiàn)實設備、仿真教學資源云平臺及個人數(shù)據庫3個部分組成。以名師教學實景為綱,通過三維數(shù)字技術生成教學虛擬現(xiàn)實資源,存儲于服務器建立仿真教學資源云平臺。用戶根據自身需求從云平臺下載所需學習資源建立個人學習數(shù)據庫,通過頭戴式虛擬現(xiàn)實設備獲得沉浸式學習體驗。該系統(tǒng)的建立可以緩解優(yōu)資教育資源分布不均勻的現(xiàn)象。莊雅玲利用虛擬現(xiàn)實技術建立了心理健康教育系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，用戶可與遠端心理健康教育輔導專家進行病情交互，模擬用戶作為主角存在于模擬環(huán)境，遠端專家根據數(shù)據進行分析和方案改進。虛擬環(huán)境中的物體可依據現(xiàn)實世界的物理運動定律,釋放現(xiàn)代人的壓力,緩解失眠、焦慮、抑郁的輕微癥狀,避免出現(xiàn)嚴重的心理健康問題，可以讓更多個體享受該服務。

4結語

虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展至今，雖然已經進行了多年的研究，然而在心理學方面的研究還是冰山一角，還存在一些問題亟需改變。比如，現(xiàn)實環(huán)境存在多樣性和復雜性，一旦外界的一種事物發(fā)生變化，現(xiàn)實環(huán)境很可能就會引起改變，而虛擬現(xiàn)實環(huán)境無法衡量環(huán)境中的變化，做不到與真實環(huán)境一致。同時，外界環(huán)境的種類有很多，心理學實驗更是數(shù)不勝數(shù)，而虛擬現(xiàn)實的資源庫還是有限的，無法實現(xiàn)所有的心理學實驗都在其中進行，存在單一性等特點，這是需要豐富和改進的。此外，因為人類是特殊的生物，有自己獨特的感知和思維系統(tǒng)，雖然虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的相似度比較高，但是其帶給個體的主觀感受還是存在一定的差異，那么虛擬環(huán)境如何消除該差異也是以后研究的方向。總之，虛擬現(xiàn)實技術雖然在一定程度上能夠彌補現(xiàn)今心理學實驗的不足，但是仍需要開展進一步的研究，以提高其在實驗心理學方面的應用。

參考文獻

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作者：鄭敏曉 單位：江漢大學