虚拟现实与呼吸交互技术助力焦虑症治疗的创新突破

为缓解焦虑症，研究人员开展 VR 与呼吸交互疗法结合的研究，证实其有效，为治疗提供新方向。

　　在快节奏的现代生活中，焦虑如同一片阴霾，悄然笼罩着许多人的心灵。焦虑症作为一种常见的精神疾病，会让患者陷入过度的焦虑和恐惧之中，不仅影响心理健康，还会引发如心动过速、颤抖等身体症状。据调查，大学生群体中焦虑问题较为普遍，使用自评焦虑量表（SAS）对 752 名大学生进行调查发现，23% 的学生存在焦虑症状，其中轻度焦虑占 19%，中度焦虑占 3%，重度焦虑占 1% 。

面对焦虑症的困扰，传统的治疗方法在不断探索中前行。认知行为疗法（CBT）通过帮助患者识别和改变负面思维及行为模式来缓解症状，正念减压疗法（MBSR）则凭借对认知和情绪的调节作用受到关注。然而，这些非药物干预措施仍需进一步研究以明确其最佳实施方式和效果。与此同时，虚拟现实暴露疗法（VRET）、艺术疗法等新兴治疗手段也在不断涌现，为焦虑症治疗带来新的思路。

在这样的背景下，北京工业大学艺术与设计学院的研究人员 Shaoting Zeng、Liyi Chen，以及清华大学美术学院的 Suihong Lan 开展了一项极具创新性的研究。他们将虚拟现实（VR）和多模态交互理论技术与心理学中的心理剧疗法和呼吸疗法相结合，致力于探索治疗焦虑症的数字创新方法，并成功开发出沉浸式多模态交互系统，相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

为开展此项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们选用麦克风传感器（KY-037）检测呼吸，该传感器能将声音信号转化为电信号并传输给 Arduino 进行处理。其次，利用脑电图（EEG）检测技术，通过 14 通道无线 EEG 头戴设备 EPOC X 采集数据，其采样率为 256 SPS，内部采样率 2048 Hz ，电极按标准 10 - 20 系统配置。此外，运用虚幻引擎（Unreal Engine）结合 Oculus VR 头戴硬件设备和 Arduino 传感器，构建多模态沉浸式虚拟现实交互系统，实现实时交互功能。

研究结果主要通过以下几个方面呈现：

1. 呼吸交互模态设计：研究人员创新性地提出基于嗅觉交互模态的呼吸交互方式，设计了针对焦虑治疗的呼吸交互语义。通过模拟日常生活中的自然交互模式，如吹灭火焰、驱散云朵、潜水等，选取相应场景融入呼吸治疗元素，为患者提供直观的视觉反馈，引导患者进行呼吸交互，完成呼吸治疗过程。
2. 虚拟现实沉浸式交互场景构建：基于三种呼吸治疗方法，设计了 “火焰祭坛”“云城”“水下潜水” 三个交互场景。在 “火焰祭坛” 场景中，患者通过循环呼吸（基于膈肌呼吸法）熄灭火焰，成功后场景会转换为充满鲜花、绿植和瀑布的画面；“云城” 场景里，患者持续呼气驱散代表焦虑的乌云，若成功，城市将展现出蓝天无云的清爽景象；“水下潜水” 场景中，患者通过屏气模拟潜水，屏气状态与 “可持续安全感” 语义相呼应，成功完成则会显示平静的海面。
3. EEG 实验结果：通过对 38 名有焦虑倾向的参与者进行 EEG 实验，对比分析地形图、频段功率报告和事件相关电位（ERP）数据。结果显示，实验组在接受 VR 呼吸交互治疗后，右侧前额叶和顶叶区域的电位值显著降低，α 波功率谱密度显著增加，β 波功率谱密度增加幅度小于对照组，N200 成分幅值显著降低，这些变化表明实验组焦虑水平明显缓解，情绪调节能力得到提升。而对照组在实验过程中未有效缓解焦虑。
4. 用户体验调查：对实验组 24 名参与者进行用户体验调查，使用 USE 问卷从有效性、可用性、可学习性和满意度四个维度收集反馈。结果显示，用户对治疗系统整体满意度较高，但在可用性方面，如 “无需手册即可使用” 等项目得分相对较低，为后续产品改进提供了方向。

研究结论表明，将 VR 与呼吸交互模态创新融合对焦虑症治疗具有显著效果。通过多种 EEG 指标分析，研究人员深入了解了焦虑状态下不同脑区的活动模式，以及情绪调节过程中频段功率和事件相关电位的变化机制，为未来焦虑症治疗干预提供了神经生物学证据。这意味着基于实时 EEG 反馈的焦虑症治疗方案有望得到优化，实现更精准的个性化治疗，在心理健康管理、临床干预和脑机接口技术等领域具有广阔的应用前景。不过，该研究也存在一定局限性。在硬件方面，当前使用的 Arduino 和呼吸检测传感器集成度较低；软件层面，场景数量有限，场景转换和游戏体验有待提升；用户实验中，可增加多模态检测设备以获取更全面的监测数据。但这并不影响该研究为焦虑症治疗带来的创新性突破和深远意义，为后续研究指明了方向，推动着 VR 和多模态交互技术在焦虑心理治疗领域不断发展。