使用虚拟现实 (VR) 评估和治疗恐慌症患者的平衡障碍

介绍

焦虑症是一组疾病，其特征是过度和异常的模糊的忧虑感，随后是压力和烦躁不安（Berrios 1999）。 作为一个群体，焦虑症被发现具有最高的终生患病率，即它们是最常见的精神障碍类别（Kessler 等人，2010 年），一年中的患病率为 17.7%（Kessler 等人，2005 年）。 这组障碍包括五种主要的精神障碍：特定恐惧症、强迫症、创伤后应激障碍、广泛性焦虑症和恐慌症——研究人员将重点关注这些障碍。

恐慌症 (PD) 是一种慢性疾病，其特征是自发的、意外的恐慌发作，即强烈恐惧的时期，患者之间和患者体内的恐慌发作的复发有很大差异，从每天几次到几次不等每年（美国精神病学协会 2000）。 PD 通常与广场恐惧症一起发生，即害怕和回避他们认为自己无法控制的情况和环境，例如公共场所和“令人窒息”的环境（Kessler 等人，2005 年）。 PD 的终生患病率可以达到 5%（Kessler 等人，2010 年）或更高（Serretti 等人，2011 年），女性受影响的可能性是男性的两到三倍（Schumacher 等人，2011 年）。 PD 主要发生在青年期（平均年龄 25 岁），但这不是强制性的，因为在儿童期或青春期早期发病很可能仍未确诊（Schumacher 等人，2011 年）。 据说患有 PD 的个体在休息和直立挑战期间（即 倾斜测试），通过与健康对照组相比更高的心率和舒张压来显示（Martinez 等人，2010 年）。

多年的研究一直致力于寻找焦虑或 PD 与身体平衡受损之间的关联（Perna 等人 2001 年；Sklare 等人 2001 年；Staab 和 Ruckenstein 2003 年；Staab 2006 年；Redfern 等人 2007 年）。 很多时候针对一般性焦虑症的治疗，以及其中针对边缘区域的 PD，都没有成功；因此，建议治疗并存的平衡障碍，单独治疗可以改善焦虑（Shefer 等人，2010 年）。 关于该主题的文献表明，总体上平衡障碍和焦虑症的合并症患病率很高（Alvord 1991；Balaban 和 Jacob 2001；Kalueff 等人 2008）以及特定的焦虑症，包括广场恐惧症、惊恐发作和广泛性焦虑症（Alvord 1991； Balaban 和 Jacob 2001；Balaban 和 Thayer 2001；Jacob 和 Furman 2001）。 一般焦虑和 PD 是急性和慢性前庭疾病的常见合并症（Eagger 等人，1992 年；Matheson 等人，1999 年；Jacob 和 Furman，2001 年；Pollak 等人，2003 年），由前庭功能障碍或感觉运动功能障碍演变而来。 尽管有大量文献支持焦虑与失衡的关系，但仍不确定它们是否存在因果关系。

对该主题的进一步调查表明，患有 PD 的个体也可能表现出认知模式的改变（Casey 等人，2004 年；Starcevic 和 Berle，2006 年）。 此外，过去十年在认知领域的研究一直致力于评估小脑受累情况（Andreasen 和 Pierson 2008）。 动物模型研究（Brodal 等人，1991 年；Dum 和 Strick，2003 年；Kelly 和 Strick，2003 年）表明，小脑通过脑桥和丘脑与额叶皮层相连，表明它参与调节更高认知功能的神经回路。 虽然动物的小脑损伤表明运动协调和运动学习障碍（Thach 1996 年；Bastian 等人 1998 年），但对人类的研究表明小脑在时间间隔感知（Akshoomoff 和 Courchesne 1992 年）、节律序列模仿（Fiez 等人）中发挥作用al. 1995) 和联想学习 (Attwell et al. 2002)。 因此，小脑似乎充当大脑皮层执行的认知过程的调节器，大脑皮层检测模式和模式变化以及运动和认知功能中的错误并反馈大脑（Andreasen 和 Pierson 2008）。

对这种关联的进一步支持在于学习理论。 埃雷兹等人。 (Erez et al. 2004) 提出了一个三阶段学习理论，其中包括一个习得阶段和两个不同的条件反应 (CR) 阶段：由自主神经系统和荷尔蒙系统驱动的情绪 CR 是快速且非特异性的和电机 CR，提供有效的 CR，缓慢但具体。 尽管存在明显差异，但这两个阶段似乎高度相关，这可以用可怕的刺激来解释：获得恐惧 CR，情绪恐惧 CR 接管并促进运动 CR。 相反，担心 CR 可能会接管，如果存在亚临床平衡障碍，则可以假定平衡干预可能会减少 PD。

平衡维护本身会自动发生，并参与基本动作的执行，这使得日常生活活动 (Keshner 1994; Kurtzer et al. 2005) 以及芭蕾舞 (Koutedakis 和 Jamurtas 2004) 和田径运动 (Hrysomallis 2011) 等高性能技能成为可能). 通常情况下，一旦平衡任务变得自动，就会启用自愿或认知行动而无需权衡（Adi-Japha 等人，2008 年）。 执行任何运动任务的成功取决于在不断的非自愿姿势调整之上进行与任务相关的自愿运动的能力 (Keshner 1994; Kurtzer et al. 2005)。 因此，每个与任务相关的动作都涉及四肢和躯干肌肉的收缩，以维持身体的稳定性。 平衡维持还需要来自前庭、视觉、体感（主要是本体感受）通道和运动系统的感觉输入之间的持续整合 (Shefer et al. 2010)。 该系统融合了不同的感官来源，解决了各种平衡维护方面的问题（Massion 和 Woollacott 1996），因此任何一个感官输入的损失都可能导致姿势的改变（Le 和 Kapoula 2008）。

前庭功能受损会导致失衡、恶心、眩晕和异常眼球运动（Gilman 和 Newman 1996），并阻碍矫正运动的获得和发射。 这种情况与边缘相关的焦虑有关，可能是通过臂旁回路（Balaban 和 Thayer 2001）。 臂旁核（PBN）与脊髓、下丘脑、杏仁核和边缘皮层相互连接，接收前庭核和内脏传入信息；因此将前庭-内脏整合联系起来，尤其是在适应重力惯性挑战方面。 在最近一项评估小鼠前庭突变的研究中，发现高架十字迷宫平台和开放场地测试对焦虑水平有很大影响（Shefer 等人，2010 年）。 在旋转时，细胞外记录支持 PBN 的前庭接收区整合来自前庭核的信号，并将有关全身方向的信息传达给产生稳态和情感反应的通路（Balaban 等人，2002 年）；进一步支持恐慌和平衡受损合并症。

患有前庭或平衡障碍的人多次表现出焦虑症状，相反，患有焦虑症的患者经常表现出临床平衡或前庭功能测试异常（Bronstein 等人，2004 年；Furman 等人，2005 年）。 佩尔纳等人。 (Perna et al. 2001) 表明，与健康对照组相比，PD 患者的身体摆动速度和长度更大。 另一项研究测量了焦虑症患者的姿势摇摆作为对移动视觉环境的反应，并发现与健康对照组相比，焦虑组的姿势摇摆更大（Redfern 等人，2007 年）。 一项帕金森病研究表明，在大多数情况下，他们并未患有特定的前庭疾病，但确实存在平衡系统的亚临床异常。 这些患者依靠非前庭线索、本体感受和主要是视觉输入来控制他们的姿势 (Staab 2006; Caldirola et al. 2011)。

尽管文献中有相当多的证据，但仍然难以隔离和验证 PD 中的平衡损伤。 因此，研究人员建议实施虚拟现实暴露疗法。 术语虚拟现实 (VR) 是指使用交互式计算机化环境（软件和硬件）模拟现实世界设置，使个人能够沉浸在审判中（Weiss 等人，2005 年）。 凭借其高灵敏度，可以创造一个环境，让个人逐渐进入一个激励和挑战的环境，这需要他/她的警觉性和身体参与而不是想象力。 在 VR 中，可以设计一个由激励和挑战元素组成的环境，这些元素表明个人关于他/她自己的能力和能力（与他/她的无能和被动相反）和修正后的经验（胜利是达到）。 此外，治疗师有独特的机会实时和直接地成为该环境的一部分。

VR 让受试者和治疗师接触恐慌诱发情境的显着组成部分，通过视觉、听觉和运动元素重建压力环境并揭示其引发恐慌的根源 (Roy et al. 2010)。 VR 暴露能够识别令人生畏的时刻和自信的时刻，为考生提供应对压力时刻的竞争工具，同时允许环境改变和调整暴露水平并挑战考生（Wiederhold 和 Wiederhold 2010）。 VR 暴露是在实验室条件下并在全面监督下完成的，因此它也适用于身体无法进行户外训练的个人。 总而言之，VR 方法的使用允许采用逐步曝光方法，这是通过对场景进行计算机化和人工微调修改来实现的（Wiederhold 和 Wiederhold 2010）。

此外，VR 暴露疗法实践了 20 多年，支持神经运动任务的学习和训练，例如飞行、滑雪和手术模拟器。 在过去的几年中，VR 暴露方法已经在康复中心和医院进行临床应用，其中平衡和运动控制是主要焦点（Roy 等人，2010 年）。 接触 VR 可能有几个方面的贡献，这是传统治疗方法无法达到的。 VR 暴露疗法提供了一个创新和特殊的机会来重建场景和设置，从而导致恐慌行为，并将受检者暴露于构成恐慌根源的关键因素。 总而言之，VR 系统能够在受控环境中学习简单和复杂的技能，这是由于以系统的方式构建治疗的各种组件的监控、分级和适应性暴露的禀赋（Rizzo et al. 1997a; Rizzo et al . 1997b；Schultheis 和 Rizzo 2001；Merians 等人 2002；Deutsch 等人 2004；Weiss 等人 2005。

使用 VR，通过测量安静站立和几组扰动期间的身体摇摆，可以准确有效地评估平衡性能（Nashner 1976；Allum 和 Carpenter 2005）。 测量的因素是压力中心 (CoP) 的位移，即施加垂直地面的反作用力矢量的点。 这个力矢量表示每只脚在测力板上的压力矢量的加权平均值（Winter 等人，1990 年；Winter，1995 年）。 CoP 是一个动态因素，在平面内不断移动几厘米（Winter 1995；Winter et al. 1996）。 身体摇摆是一个运动学术语，通常根据 CoP 位移（在前-后和中间-横向轴上）进行估计，该位移源自测力板数据，并被假定为 CoP 测量的同义词（Winter 等人，1998 年） ).

平衡维持和姿势调整通过重复经验进行修改并通过练习得到改善（Pollock 等人，2000 年），募集的肌肉较少，反应​​精细并变得微妙（Horak 和 Nashner，1986 年；Horak 等人，1989 年；Chong 等人，1999 年） . 除了身体条件外，平衡的维持还取决于注意力、记忆力和双重任务等认知方面。 普洛特尼克等人。 (Plotnik et al. 2011) 表明双重任务能力与帕金森病患者的跌倒风险之间存在关系，这表明帕金森病患者容易受到双重任务的影响，在执行日常注意力时极有可能失去平衡-绘画活动。 因此，可以执行和监测从非常简单到最复杂的运动技能，以表征学习过程；虚拟环境中的培训提供了研究学习技能和建立学习曲线的机会（Holden 2005；Carelli 等人 2009）。 在 VR 期间，完整的运动序列被记录为允许全面调查运动技能的模式，这根据运动技能学习是特定于任务的概念非常重要（Karni 等人，1998 年；Korman 等人，2007 年）。

许多研究已经认识到在精神病理学的临床治疗中使用 VR 的潜力，尤其是在焦虑领域。 最近可以在文献中找到一些关于将 VR 暴露疗法应用于治疗特定恐惧症和 PD 的证据（Botella 等人 2004 年；Pull 和 Damsa 2008 年；de Carvalho 等人 2010 年；Gerardi 等人 2010 年；Meyerbroker和 Emmelkamp，2010 年；Perez-Ara 等人，2010 年；Meyerbroker 等人，2011 年）。 一项针对机动车事故外伤受试者的比利时研究表明，使用 VR 是治疗恐惧症的最有效方法，VR 暴露提供了一个与治疗环境无关的安全受控治疗环境（Wiederhold 和 Wiederhold 2010）。 因此，VR 曝光是交互应用的，因为在考生活跃且环境动态且具有挑战性的情况下，曝光更有价值；因为这种性质的暴露会增强警觉性和情绪兴奋，这对治疗的成功很有价值。 考虑到 PD 患者平衡障碍的患病率较高，研究人员将检查 PD 患者的患病率和严重程度。

VR方法的实施涉及研发成本和维护成本，有时由于依赖先进的多感官方法，可能会出现技术障碍。 VR 方法需要招聘专业治疗师以外的技术人员，他们将接受全面培训，并在将其介绍给患者之前进行大量软件试运行（试点）。 人们普遍认为，同时触发多个系统的多感官暴露会分散受试者的注意力并阻止他/她完全沉浸其中（Roy 等人，2010 年）。 在 Sheba 先进技术康复中心，有一个运行多年的 VR 实验室，使许多患者能够快速、成功地康复。 VR实验室的突出和相关规范可以调整到平衡障碍和恐慌的治疗。 研究人员打算在平衡障碍患者的治疗中实施 VR 方法，并研究其在改善恐慌行为方面的作用。 研究人员进一步假设 VR 治疗可以帮助患者应对具有挑战性的情况并改善神经运动功能，从而更好地管理他们的日常体验。

目标

第 1 阶段（评估）- 调查 PD 患者与匹配的健康受试者相比是否存在平衡障碍。

第 2 阶段（治疗）- 研究使用 VR 暴露疗法进行平衡训练是否比暴露于同一场景中没有平衡挑战的静止图片或来自 CBT 治疗 PD 的标准方案更有效地减少恐慌症状。

研究人群

第一阶段 60 名 PD 患者，男性和女性，年龄在 18-45 岁之间，将从 Sheba 医疗中心精神病诊所和广告中招募。 PD 将使用 SCID-1 检查表进行评估。 患者和 20 名年龄、性别和 BMI 匹配的健康对照将完成 MINI。

第 2 阶段 同样的 60 名 PD 患者将被随机分配到三个治疗组：(1) 20 名通过基于 VR 的平衡训练； (2) 20 通过接触来自同一 VR 场景的静态图片但没有平衡挑战； (3) 20 通过 CBT 进行 PD。

伦理

以下研究包括神经学检查，重点是基于问卷调查的平衡评估和用于 PD 诊断的精神病学检查。 此外，这项研究让参与者接触到一种医疗设备（VR），该设备已通过 FDA 认证并获得以色列卫生部的批准。 这种先进的方法每天都在 Sheba 医疗中心康复医院的先进技术部门使用。 此外，患者和健康对照者的身份和联系方式将被编码以遵循匿名。

方法

第一阶段：研究者将收集年龄、性别和教育等人口统计数据，身高和体重等基本信息，用于BMI计算，与健康对照进行匹配。 研究人员还将收集病史和合并用药、临床状态以及一般发病率和运动相关问题。

阶段 2：研究者将要求本研究的参与者不要参与本研究之外的任何心理治疗。

恐慌症诊断

参与的患者将使用 SCID-1 检查表和用于 PD 诊断和 CGI​​ 的 MINI 进行诊断。 此外，参与者将通过以下内容评估恐慌发作下的 PD 严重性和功能：

• 汉密尔顿焦虑量表 (HAM-A)。
• 恐慌症严重程度量表 (PDSS)
• 恐慌和广场恐怖症量表 (PAS) 此外，研究人员将使用视觉模拟量表 (VAS) 评估从一周到另一周的恐慌严重程度（将在每次访视中应用）。

平衡评估

被招募的参与者将通过神经系统检查，其中包括全面的平衡评估。 在此评估中，调查人员将实施两个自评问卷：头晕障碍量表和活动特定平衡信心 (ABC) 量表，以及神经科医生实施的功能评估工具：

• 伯格平衡量表
• 动态步态指数，DGI
• 功能性步态评估，FGA 此外，客观平衡评估将使用详细说明中给出的 VR 进行。

生理措施

研究人员还将收集以下测量数据：血压、皮肤电导率和心率

卡伦系统

调查人员将使用的 VR 系统是 CAREN™（计算机辅助康复环境）集成现实系统，使用 CAREN III 软件。 该系统由 MOTEK BV（荷兰阿姆斯特丹，www.motekmedical.com）设计。 该系统实时工作，并能够通过具有 3D 视觉、声音和本体感受刺激的专用软件创建各种受控和可重复的模拟环境。 它由以下组件组成：

运动平台 - CAREN™ 由一个电液运动 2 米直径运动平台（Rexroth Hydraudyne、MOTEK、Micro motion，www.rexroth-hydraudyne.com）组成，可以在 6 个自由度（x-y-z 平移和俯仰滚转）下进行操作-偏航旋转）。 平台的运动要么由主体的运动驱动，要么与定义虚拟环境中特定路径的功能曲线同步预编程。

测力板 - 两个 51 × 47 厘米测力板（AMTI - Advanced Mechanical Technology, INC, Massachusetts, USA, www.amtiweb.com） 嵌入运动平台。 测力板的输出是来自每个平台的三维力和力矩数据以及 CoP 位移。

运动捕捉——多达 41 个被动标记被放置在解剖标志上并以 120 Hz 采样以记录 3D 头部、躯干和肢体运动。 标记由一个光动力系统检测，该系统由 12 个分辨率为 2 百万像素的 Vicon 红外摄像机组成 (www.vicon.com)。

投影：将虚拟场景投影到大屏幕（3m×2.5m）上。 可以使用立体投影。

“道路场景” 在虚拟现实环境中，受试者站在移动平台上，需要保持平衡，同时沿着预定义的道路前进（“道路场景”）。 场景被投影到受试者面前的大屏幕上。 场景由一条虚拟道路组成，两侧被墙包围。 道路本身有平坦、笔直的路段、垂直颠簸路段（沿 y 轴移动）、左右倾斜（“z 轴”旋转 - “滚动”）和左右平移（沿“x 轴”移动） - “摇摆”）。 平台的运动与视觉刺激相关（即，当受试者到达屏幕上的凸起时，平台升高。 当道路倾斜时，平台相应地向同一方向倾斜）。 道路长度为1230m。 道路的速度为 30 m/sec，等于 1.8 km/min 或 108 km/h。 “X”（俯仰）和“Z”轴平台偏移的具体参数将在试点研究后确定。

带有附加任务的“道路场景” 自愿的次要任务包括拦截出现在道路上方的 18 个移动目标（直径 12.5 厘米的彩色球）。 当每个目标出现在距离受试者手部不超过 20 厘米时（在屏幕上显示为直径 4.5 厘米的球），都可以被拦截。 目标出现，一次一个，在道路上的预设点交替出现在受试者身体的左右两侧。 每个球从出现开始显示 5 秒，然后消失（除非它已被拦截）。 在拦截目标后，受试者被指示返回“原位”。

在任一场景中，挑战级别都可以通过增加平台的倾斜度来提高。

研究协议

第 1 阶段将举行 3-4 小时的介绍性会议，其中将包括使用 SCID-1 检查表诊断 PD 的几个小时评估，以及用于消除精神病理学的 MINI 的实施。 对健康对照和 PD 患者的一般神经学检查将包括功能平衡评估和自评问卷，基于 VR 的平衡维护客观测量评估（详细描述）。 VR 曝光将在三个连续曝光中完成： (a) VR 道路场景（仅限电影）——以防电影本身引起焦虑和恐慌症状； (b) 使用 VR 进行平衡训练（无电影）； (c) 电影+平衡挑战。

评估将在一定条件下进行，例如进入黑暗的封闭房间，以确保引起最低限度的焦虑。 因此，研究人员将从参与者那里获取 VAS 主观报告和生理测量值，以进行心血管流畅性监测。

第 2 阶段 同样的 60 名 PD 患者将被随机分配到三个治疗组：(1) 20 名通过基于 VR 的平衡训练； (2) 20 通过接触来自同一 VR 场景的静态图片但没有平衡挑战； (3) 20 通过 CBT 进行 PD。 在这个阶段，调查人员也将使用 VAS 对上周恐慌程度的主观报告以及每次访问时的客观生理测量。

除了第 5 次和最后一次访问的神经科医生和精神病医生外，每次访问都会有来自 VR 团队的 CAREN 专家和物理治疗师。

1. 使用 VR 暴露疗法的失衡治疗方案（10 次访问） 9 次 VR 训练有/没有并行任务：道路场景重复，需要 24 分钟，包括准备和安装多达 41 个传感器；每次访问 45 分钟。 如果可能的话，挑战会增加，并且将包括陡峭的斜坡和崎岖不平的道路和/或认知负荷（附加任务）。 此外，将收集特定的平衡参数、HR、GSC 和生理检查，并在每次访问结束时进行口头对话，并告知参与者他/她的改进。

   在第 5 次访问期间，将使用相同的问卷和评估工具进行另一次精神病学评估。

   最后一次访问：没有 VR 曝光的总结会议。 调查人员将实施所有评估工具和调查问卷，以及神经学检查。 在这次访问中，调查人员将重复摇摆和扰动测量并进行总结。

2. 使用 VR 暴露疗法进行失衡治疗的方案（10 次） 9 次暴露于来自同一 VR 场景的静态图片：循环中的静态图片，耗时 24 分钟，包括准备和安装多达 41 个传感器；每次访问 45 分钟。 此外，将收集特定的平衡参数、HR、GSC 和生理检查，并在每次访问结束时进行口头对话，并告知参与者他/她的改进。

   在第 5 次访问期间，将使用相同的问卷和评估工具进行另一次精神病学评估。

   最后一次访问：没有 VR 曝光的总结会议。 调查人员将实施所有评估工具和调查问卷，以及神经学检查。 在这次访问中，调查人员将重复摇摆和扰动测量并进行总结。

3. 用于治疗 PD 的 CBT 标准方案（10 次访问） 用于治疗 PD 的 CBT 标准方案将应用于所有 10 次访问。 每次访问将持续 1 小时，但第 5 次和最后一次访问除外，其中包括使用与评估中相同的评估量表和问卷的精神病学评估，因此将持续 1.5 小时。 CBT 将由治疗师实施，即接受过恐慌症治疗培训的心理学家或精神病学家。 治疗师唤起情绪感受，如脆弱、失望、沮丧、快乐等。 这种支持性疗法可帮助个人在引起恐慌的情况下及之后使他/她的行为正常化。 治疗师试图通过提供他/她的自卫机制和内在强化工具来引导个人自我赋权。

处理数据

调查人员将确保收集的所有数据和医疗自由裁量权的匿名性。

学习时间

Stage 1：研究者拟采访 60 名参与者以招募 60 名 PD 患者，同时研究者将采访 20 名匹配的健康对照者。

第二阶段：

来自第一阶段的相同 60 名 PD 患者将参加为期 10-12 周的实验。 此外，将在试验结束后的 6 个月和 12 个月内进行随访，届时将要求参与者填写有关其 PD 的评估问卷。

统计分析

调查人员将测试因变量的正态分布，然后使用单变量分析检查组之间的差异：对于连续自变量，例如分数，调查人员将应用 t 检验，对于分类变量，例如性别 - chi正方形。 全部使用SPSS软件。

本研究期间收集的任何数据将仅用于研究目的，目前不具有诊断意义。 然而，这项研究可能在未来有临床实现和应用。 如果研究人员有重要发现，该研究小组有意将其发表。