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1、虚拟现实技术用作治疗儿童自闭症的工具学号：1403110066姓名：黄 鑫简 介虚拟现实(VR),一个计算机模拟的真实世界,提供了用户可以在现实生活中体验到的多感官,多维介质交互(Burdea和Coiffet 2003)。虚拟现实有别于其他技术接口的两个关键特性是:浸没和互动。浸没指的是三维的现场感或虚拟环境中的“存在”。这种强烈的现场感通过增加关注相关刺激和限制注意力分散以及现实任务无关的刺激增强学习(Witmer等 2005)。与虚拟现实系统交互的程度可以通过任何感觉形态,取决于所使用的设备。虚拟现实工具包括可穿戴头盔设备(HMDs),提供360度多种感觉的刺激,桌面系统,传统的计算机屏幕
2、上的虚拟世界,和投影系统,它们可以捕获和映射用户的实时操作到虚拟环境中(Burdea和Coiffet 2003)。大多数虚拟现实程序使用这三个系统的变化。虚拟现实正在获得支持作为一个潜在的康复领域的有效工具,因为它能够在吸引和激励用户的同时提供某些治疗的优势。这种快速发展的技术的潜力“不仅仅是现有的人类运用计算机技术的一个简单的线性扩展。虚拟现实提供了创建人体试验系统,培训系统和治疗环境的潜能,它们允许复杂的精确控制,身临其境,动态三维刺激演示,在复杂的交互场景中,行为跟踪和性能记录的实现” (Rizzo 和Kim 2005, 119页)。基于这些原因,设计师和研究人员已经开始探索虚拟现实作为
3、一个自闭症儿童的治疗工具。虚拟现实在康复中的作用是一种新的但快速发展的领域。本章提供了这个领域中一个综合的先进技术发展水平知识,以作为未来研究的平台。下一节将讨论使用虚拟现实作为自闭症儿童的治疗工具的理论优势,以下部分概述了当前为这些孩子创建的虚拟现实系统的治疗环境和测试的综述。虚拟现实技术在自闭症治疗中的应用使用虚拟现实作为自闭症儿童的康复工具有诸多好处。一般来说,虚拟现实可以合并现有的自闭症治疗方法,而传统方法难以集成在一个框架。对自闭症儿童成功教育计划的基本组件包括提供现实的和相关的刺激,提供个性化程序,创建一个结构化的学习环境并提供系统的指令(Iovannone 2003)。一个治疗的
4、VR程序有能力满足并且超越上述所有的这些期望。自闭症固有的非均质性导致了多种介入性方法的发展。从概念上讲,孤独症康复可以视为一系列上下相关的行为策略来指导孩子,非结构化的,自然的干预措施。行为方法使用重复原则和强化改变特定行为(Lovaas 1987),而自然的方法利用学习的机会当他们出现在自然环境中(Cowan 2007)。行为方法的有效性已经在改变自闭症儿童特定的行为得到了广泛的验证,比如增加目光接触,表达需求,根据社会规范的行为,和学习基本的学术技能,如阅读、写作、和批判性思考(Howlin 1998;Magliaro等2005)。行为主义方法的主要缺点是指令主要是医生或老师驱动,加强行
5、为的环境不一定模拟的是真实情况,从而影响技巧的泛化程度或技能转换到训练之外(Parsons等2002)。推广已经被认为是最流行和普及自闭症治疗的问题;这是特别明显的行为干预(Howlin 1998;Rao等1998年)。第二种方法是通过自然干预的措施教学和奖励在孩子的自然环境中的行为，旨在解决泛化的问题(Cowan和Allen2007)。然而,往往很难促进强烈重复或在一个复杂的自然情况下修改环境刺激。虽然每种方法相对的存在缺点,他们通常很难合并在一个程序下运行。虚拟现实有能力填补这一缺口。VR设计师能够把行为策略直接融入计划,其中包括直接指令,多个提示,指导和强化。虚拟现实也善于促进多个重复的
6、机会。重要的是,虚拟现实程序可以概括关键原则的整体自然的干预措施,特别是在各种情况下加强技能,使用各种教学材料和特殊的教学方法,使教学环境类似于真实的环境,教会技能背后的规则和原则而不是技能本身,包括自然刺激和强化物(Cowan和Allen2007)。VR程序可以提供各种各样的控制环境,设计自然刺激信号,反馈。虚拟环境基本上是用来模拟真实情况,因此,有一个高度的缺乏行为干预措施的生态效度。生态效度是虚拟环境中模拟真实的环境的程度,高生态效度增加模拟环境中所学技能将转移到现实世界中的可能性(Rizzo和Kim2005)。此外,虚拟现实同时允许对环境刺激特殊控制,使程序可以合并为顺序的和包含日益复
7、杂的感官刺激以及促进多个重复的技巧,这两者都是难以实现的自然的干预措施。因此,虚拟现实有合并基本组件行为和自然的方法为一个统一的、集成的程序的潜能。除了提供一个集成的行为自然化方法,虚拟现实额外的一个好处是它进一步为每个孩子提供个性化程序的容量。个性化的虚拟现实干预可以通过确定孩子的自身兴趣和偏好,比如喜欢卡通人物或歌,将它们直接集成到程序中。这种最大化接触,是成功学习的最重要的预测因子之一(Hurth等1999;Rogers1999)。此外,虚拟环境的复杂性可以被修改。减少环境的复杂性或增加首选刺激可以提高孩子的关注度和参与度。自闭症儿童最好能预测他们的一天。他们在提供了额外的支持,帮助他们
8、预测未来事件,了解行为预计的基础上更容易适应日常活动的变化(Hurth等1999;Rogers1999)。虚拟环境可以创建可预测的、结构化的学习环境同时在干预程序和虚拟环境本身中有可预见性和一致性。在虚拟场景中的物理杂乱可以最小化,额外的支持,如视觉线索和时间表也可以合并促进活动中的改变或转换(Rogers1999)。在一个适当的结构化学习环境中,孩子们意识到在学习过程中他们将做什么,最大化他们任务成功的可能性(Hurth等1999;Iovannone等2003)。传统的自闭症儿童学习计划是高度结构化的和重复的,伴随活动中难度的递增。这种重复需要教师以一种持续的激励方式呈现同样的练习。虚拟现实
9、可以减轻老师的负担,因为它有“在一个身临其境的虚拟环境中，系统交付能力和控制动态、交互式3D刺激”(Rizzo和Kim 2005)。完全控制虚拟现实任务的设计允许物理和程序相关的结构被引入到干预中。此外,额外的支持可以集成,环境可以根据训练任务的要求和孩子的需求被简化。对自闭症儿童的系统指令需要为每个学生建立有意义的目标,建立一个特定的,直接指令计划实施教学过程和评估这些目标的实现程度(Hurth等1999;Iovannone等2003)。控制虚拟现实应用的设计允许系统的教学策略被纳入程序。指示,线索,提示可以集成到每个任务的阶段。VR干预也可以提供各种形式的反馈和感官(Rizzo和Kim20
10、05)。因此,虚拟现实程序有能力整合关键方面的系统指令,从而促进参与,最终提高学习。在儿科康复中使用虚拟现实的唯一好处是安全的保证,这是一个父母主要关心的问题。这与通常没有足够的认知能力了解危险的概念的残疾儿童的父母更加相关,或者他们没有足够的身体的技能来应对危险情况。虚拟现实技术提供了对在现实世界中被认为是危险的现实环境的安全访问,如过人行横道或消防安全。在一个虚拟环境中练习危险的技能让孩子开拓足够的认知和物理技能以及在现实世界中安全运用这些技能的信心(我等2007)。无偏见环境能够发展一个在安全方面的信心和能力,是虚拟现实系统的最有价值的功能之一。总的来说,虚拟现实有能力将不同介入方法合并
11、成一个有凝聚力的项目去迎合自闭症儿童独特的学习要求,通过结构控制和系统的指令,高程度的现实主义,保证身体,心理和情感上的安全。虽然其理论优势明显,虚拟现实在多大程度上实现了这种潜能将在下一节中讨论。几种方法将被提出,每个都将将虚拟现实纳入自闭症儿童的治疗。虚拟现实和自闭症治疗当前部分描述了使用VR作为自闭症儿童的治疗方式及其可用性。第一节着重于使用虚拟解决三种孤独症的基本不足中的两个,即社会和交际行为的核心障碍。第二部分论述了虚拟现实的扩展到其他非诊断性障碍和技能不足是自闭症儿童常见的治疗目标。解决基本不足虚拟现实有支持自闭症儿童社会学习和交流发展的潜能。当前节展示已经创建的四个独立程序,初步
12、测试用于自闭症儿童。每个程序在虚拟环境的设计和格式以及干预本身的强度等方面用一种稍微不同的方法改善自闭症儿童社交和沟通行为。虚拟咖啡馆是一个桌面虚拟现实程序,旨在教导在公众场合中适当的社会行为。虚拟咖啡馆里描绘了一个模拟环境,配有一个能购买饮料,酒保和各种人坐在凳子上,排队秩序,站在吧台前的计数器(见图1)。该程序包含四个等级,教导日益复杂的社会习俗与订购,支付,在人群中导航,在一家咖啡馆坐下来。孩子为了完成任务收到口头和文字提示。通过完整的程序运作之后,其中包括两项训练,每项30 - 50分钟长,青少年能够用言语表达,更加复杂,将他们对社会习俗的理解应用在一个咖啡馆环境以及可以扩展他们学习其
13、他的虚拟场景(Mitchell 2007)。虚拟咖啡馆项目反映了在自闭症治疗中使用虚拟现实常用方法:提供一个对常见场景的现实模拟,将更加突出线索,提示和增强和多个实践技能的机会。能否真正的普遍化技能于真实场景中(例如：在一个真正的咖啡馆中),以及其他类似的社会习俗场景尚不清楚。名叫“我要表现好像”的触摸屏虚拟现实工具是为了教自闭症儿童如何思考想象(Herrera等2008)。这个程序为了促进想象力或象征性思维而开发,被认为是对发展前兆复杂的社会的理解。“我要表现好像”这一程序模拟一个虚拟超市内,孩子们可以对象逐渐有更多想象力的方式与各种杂货相处。起初,孩子们探索超市。然后他们与对象功能交互(例
14、如，捡香蕉),最终学会以虚构的方式(即操作对象。把香蕉用作电话)。实际的干预是非常密集的,由每周三个交易日,每次20 - 30分钟长,持续约2 - 3个月。孩子们通过多个水平和复杂度的程序逐步进步。有两个孩子的自闭症试点研究中,两个孩子均改善测试对象的使用功能,假装玩,想象力,和魔法的理解(Herrera等2008)。这些结果对使用虚拟现实工具来提高自闭症儿童的象征性思维能力提供了初步支持;然而,需要更大规模的研究来验证这一结果和评估假设改善象征性思维转化为社会发挥行为的变化。图一、虚拟城市应用程序的屏幕截图(米切尔等2007)。咖啡馆就是从用户的角度来看,其任务是选择合适的地方坐第三个项目是
15、StoryTable、多用户触控手势投影系统,它提供了一个创新的社会技能和沟通培训方法(Bauminger等2007)。StoryTable程序采用协同虚拟环境中两个孩子共同努力,创建一个虚拟的故事通过选择和排序的各种实时屏幕和故事元素,如设置,情节和主人公。一些故事元素必须同时被两个用户被移动,这需要两个孩子的合作。干预本身侧重于教学和加强关键社会技能如眼神、轮流、分享和联合指导行为。实际的程序为高功能自闭症儿童设计,9到11岁,是结构化的十多个20分钟的会话。在治疗期间,一对孩子在指导下一起创建和讲述故事。三对孩子评估这个项目。完成课程后,所有的孩子都呈现出更多的积极的社会行为,成功地推广
16、到另一个合作领域,非虚拟现实游戏。此外,儿童游戏的质量改进从简单的平行游戏到复杂,协调的游戏，他们的沟通进展从简单的短语到更复杂,深刻的话语(Bauminger等2007)。StoryTable项目支持一种结合刺激,奖励可视化界面,与真实的人进行学习和互动机会的成功方法。图2 教师与学生虚拟合作活动图（Cheng等2010）任务中，学生需对老师的指令选择适当的面部表情反应回应。多用户虚拟环境自闭症治疗的能力最近被扩展到“协作虚拟学习环境”的概念(CVLEs),它允许多个人在同一个虚拟环境中相互作用(Cheng和Ye 2010)。这个CVLE程序旨在提高自闭症儿童的社会能力。虚拟现实设计包括两个虚拟场景：教室和户外场景。场景包括单独的化身(虚拟角色),每个代表一个教师或学生,涉及的社会任务包括化身之间语言和非语言沟通。例如,老师的化身将执行一个行为,问一个问题,或表达一种情感,学生将被要求做出适当反应(
