虚拟现实自然场景中正念训练对大学生注意力的影响
发布时间：2021-07-09
【摘要】目的：探讨基于虚拟现实复愈性自然场景的正念训练对于注意力的影响，尝试推进VR技术在传统心理治疗方法中的运用。方法：采用组内设计，随机选取30名大学生作为研究对象进行为期2周每周2次的VR自然场景正念训练，比较干预前后注意力变化。结果：①4种虚拟现实自然场景均具有复愈性效果;②正念干预后研究对象在观察(t=-2.406，P<0.05)与不行动(t=-2.524，P<0.05)维度得分显著高于干预前，在不判断维度得分显著低于干预前(t=2.463，P<0.05);③SDANN心率变异性干预前后差异显著(t=-3.547，P<0.01);④干预后被试的选择性注意(F=4.555，P<0.05)和注意力警觉水平(t=2.433，P<0.05)显著提升。结论：基于虚拟现实技术构建的自然环境复愈性效果良好;虚拟现实复愈性环境有助于提高正念训练过程中个体的自我觉察能力和自主神经系统的调节功能;虚拟现实复愈性自然场景中正念训练能够有效改善注意力。
【关键词】环境心理学;复愈性环境;虚拟现实;正念训练;注意力;大学生
注意(Attention)是指心理活动或意识活动对一定对象的指向和集中，是一切心理过程得以产生和进行的必要基础。既往研究将注意力分为注意广度、选择性注意、注意转换、注意分配和注意集中等，其中选择性注意是指个体从外界刺激中优先选择特定的信息进行加工，以便执行与自己预期目标相符的有关行为，有助于有选择地注意、屏蔽外界干扰[1-2]。传统研究一般认为注意是一种整体知觉，而随着研究的深入，Posner提出的注意网络基于心理学和生物科学实验，将注意力划分为警觉(aler-ting)、定向(orienting)、执行控制(executivecon-trol)3个独立而联系的子系统，其中，警觉功能促使个体提高警惕、对即将出现的刺激进行快速反应;定向功能对输入感觉通道的信息选择注意，提高个体对注意信息的识别效率、加强注意过程;执行控制帮助个体抑制冲动、解决反映冲突，均受到如有氧运动[3]、正念训练[3]、接触复愈性环境[4]等方式的调节。
正念训练(Mindfulnessmeditationpractices，MMPs)是一种有目的、不批判的将注意力集中于此时此刻感受、情绪等觉察状态的心理调节方式[5]。Deikman(1963)认为正念是一个自动化和去自动化的过程，自动化过程通过个体的不断重复使指导其行为内部的步骤从意识层面消失，而去自动化则是指个体对内在的行为步骤重新获得觉察和注意力。既往的诸多研究表明，短期的正念训练有助于提高大学生的持续注意力、改善压力水平等作用[6]。Kabat-Zinn(2003)[7]提出正念是个体运用自律技术等对注意进行有效控制的一种自我放松的内在心理机制，即正念训练主要是对个体的认知或注意力进行训练，有着提升心理健康水平，缓解压力，调节情绪，恢复注意力和改善执行功能的功效。既往研究表明正念训练有助于在一定范围内增强被试的心率变异性、改善自主神经系统的调节功能[8-12]。
复愈性环境是对人类不断消耗的身心资源和能力有恢复与更新效果的环境设置[13]。注意力恢复理论(AttentionRestorationTheory，ART)表明，自然环境是良好的复愈性环境，接触自然可以减轻压力，改善情绪，恢复工作效率，对于需要集中注意、持续专注与任务极易暂时耗尽认知资源、出现自我损耗效应、导致个体疲劳、增加犯错率等现象都具有良好恢复效果[13-14]。在传统正念训练中，也常利用短时间的自然场景想象作为起始引入，以帮助被试更快放松、进入正念状态。
虚拟现实技术(VirtualReality，VR)是一种创建和体验虚拟世界的计算机技术，借助特定的设备和平台，研究对象在人为构建的计算机虚拟环境中实现多种逼真而自然的实时交互。既往研究表明当使用者融入虚拟世界时，认知功能和生理状态会受到虚拟环境的影响[15]，目前虚拟现实技术更多用于干预特定恐惧症、进食障碍脱敏等特殊群体，较少应用于对正常人身心健康的调节[16]。复愈性环境的注意恢复理论和减压理论(StressReductionTheo-ry)表明，除了对触觉、嗅觉等刺激(如空气、水质和温度等)的感受，自然环境减轻压力和恢复注意力的积极影响主要是通过视觉和听觉通道传递[17]，而虚拟现实技术通过提供视听刺激，让人产生身临其境感，是环境呈现的良好依托。
本实验使用VR设备作为呈现媒介，构建虚拟自然环境代替传统正念训练的内心想象，探讨基于虚拟现实复愈性自然场景的正念训练对于注意力的影响，尝试推进新技术在传统心理治疗方法中的运用。
1对象与方法
1.1对象
选自愿参加实验的在校大学生50人，选取其中数据完整的被试共30人(男7人，女23人)平均年龄18.77±1.02岁，身体健康，视力及矫正视力正常，无动晕症、幽闭恐惧症、高血压、心脏病等，在VR体验下无强烈不适感，此前未参加此类实验。
1.2方法
1.2.1五因素正念量表采用Deng等2011年[18]版五因素正念量表(theFiveFacetMindfulnessQuestionnaire，FFMQ)，共39个项目组成的5点计分量表，旨在评估正念的5个维度：观察(Observ-ing)、描述(Describing)、有意识地行动(Acta-ware)、不判断(Non-judging)内心体验和对内心体验无反应(Non-reacting)。问卷具有良好的信效度，克隆巴赫α系数为0.88。
1.2.2环境复愈性量表采用叶柳红，张帆和吴建平于2010年[19]编制的愈性环境测量中文量表(theRestorationEnvironmentScale)，量表由22个项目组成，划分为：远离、吸引和兼容、丰富3个维度，采用7点计分。远离即环境设置让被试产生远离日常环境和纷扰的感觉;吸引通过美学刺激使人产生温和的体验，提供反思空间;兼容环境支持个体爱好和目标同时个体决定也适应环境需求;丰富包含了关联性、一致性和范围，提供足够的内容和结构的环境，让个体感受整体环境、满足想象力。量表3个维度间存在显著相关，且已初步具备较高的信效度，科隆巴赫α系数在0.769～0.936，可以作为测量环境复愈性的良好指标。
1.2.3注意力网络测验采用注意力网络测验(AttentionNetworkTest，ANT)实验范式[20]，在电脑屏幕上呈现“+”为注视点，可能出现干扰信号或靶信号“←”或“→”。刺激新号可出现在屏幕中心处的上方或者下方，干扰星号出现的状态分4种)没有出现在中心点出现“在中心点上下同时出现双重暗示;在中心点上下分别出现空间暗示;靶子箭头出现的状态有3种)单个箭头出现一行方向一致的5个箭头中间一个为靶子同时出现，一行出现的5个箭头中中间的一个箭头;靶子方向与其它4个箭头方向相反[21]。
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实验用机为惠普暗影精灵5，15英寸彩色显示器，分辨率为1920*1080彩色显示屏，刷新率为143Hz。实验程序由Eprime2.0心理实验编程软件编写运行，刺激呈现时间、反应时均由计算机自动记录。被试与显示器的距离约60cm，背景为灰色(RGB值128，138，135)。每次试验控制在同一隔音室内进行。
1.2.4经典Stroop范式抑制功能实验范式通过改编STROOP任务，改变任务目标，需求被试根据颜色刺激反应汉字所代表的含义而不是字体颜色。刺激由红、黄、蓝、绿色的“红色、蓝色、黄色、绿色”词语组成，需要被试对快速呈现的带有颜色的词语做出判断。每个刺激出现4次，共有64个刺激。最后记录被试反应时间和正确率。实验场地和设备同上。
1.2.5生理指标测量使用BIOPACMP160系统及专业分析功能的AcqKnowledge软件，在干预时期内利用光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)对被试的手指桡动脉脉搏进行数据监控，测量被试的固定时间段的心跳间隔(R-R)和心率变异性(HeartRateVariability，HRV)。平均心跳间隔R-R指两个完整波形之间的时间间隔，一般反应的是心室电复律的时长，心电图上的两个QRS波群之间，R波与R波之间的时限，正常的范围在600～1000ms。心率变异性是指心电图中R-R间期的变异性。HRV产生于自主神经系统对心脏窦房结的调节，可以间接反映心脏自主神经系统的平衡、评估交感和副交感神经系统的状况。其中SDANNindex为每5分钟正常R-R间期均值的标准差的平均值，既往研究表明，正念训练有助于改善被试的心率变异性，经过正念训练被试SDANN心率变异性增强，即心血管系统有较强的应变能力，相关疾病的患病风险低[22-24]。
1.2.6实验设计干预实验开始前，采用PS、AI、CAD等进行构图设计、3DMAX建模、Unity交互开发，构建实验所用的4个主题虚拟现实自然场景花园，场景分为林间小道、蓝天草地、水域湖泊、木屋农田4个主题，见图1。
干预实验采用组内设计，每名被试进行为期2周每周2次每次20～30min的干预，每次体验一个虚拟现实自然主题场景，共计4次。被试场景体验顺序采用拉丁方设计，排除顺序效应。
正式干预开始前，首先安排被试完成ANT和Stroop实验范式记录下反应时(前测注意力水平)，再进行五因素正念问卷记录下正念水平(前测正念水平);然后给被试佩戴生理仪器监控被试心率水平(以实验开始前测和每次实验前的生理状态作为基线值);接下来要求被试进行不同主题的虚拟现实自然场景干预实验，场景自动播放，被试不需要任何操作，只需假设自己身临其境，根据指导语体验其中的感觉。实验过程中保证被试不被外界干扰，最后再次进行ANT和Stroop实验并记录后测反应时(后测注意力水平)，对正念状态和体验场景的虚拟现实自然场景复愈性评估，完成五因素正念问卷、复愈性环境问卷。
1.3统计处理
采用SPSS24.0进行样本的描述性统计与相关分析。
2结果
2.1虚拟自然场景的复愈性评估
实验中4种环境在复愈性环境量表得分见表1，4种VR自然环境在复愈性环境量表的得分均远高于量表总分平均值88分，符合问卷对于复愈性环境的要求，即4种主题的虚拟自然环境均可以认定为复愈性环境。2.2注意力测量2.2.1Stroop范式测量本研究采用单因素重复测量方差分析方法，在满足球性检验(χ2=1.541，P>0.05)(见表2)，且假设球形度P>0.05(见表3)，则表示各时间点的均数差异显著，并通过成对比较判断为期两周的VR自然场景正念训练干预对研究对象Stroop反应时(见表4)影响显著，干预前和干预后的Stroop反应时差异具有统计学意义(P<0.05)(见表5)。
2.2.2ANT范式测量本研究测量了被试在干预前后ANT范式的反应情况，通过配对样本t检验，发现研究对象经过为期2周每周2次VR自然场景正念训练后，注意力的警觉维度存在显著差异(t=2.433，P<0.05)，见表6。
2.3正念效果评估
本研究利用配对样本t检验来判断研究对象正念训练效果，见表7～8和图2。被试经过正念训练后，五因素正念量表观察维度和不行动维度的得分有显著下降(见表7)，差异有统计学意义。
根据场景游览的时间，本研究截取数据完整的30名被试在4个场景前180s游览段和后180s正念训练段的平均心跳间隔R-R数据(见表8)，计算被试在正念干预前后的心率变异性，通过配对样本t检验发现经过干预SDANNindex显著提升(t=-3.547，P<0.01)，见图2。
3讨论
3.1虚拟自然场景复愈性效果
虚拟自然场景的复愈性评估结果表明，实验所构建的林间小道、蓝天草地、水域湖泊、木屋农田4个场景在复愈性环境的3个维度均高于平均分，具备良好的复愈性效果。既往研究中现实的自然环境是公认的高复愈性环境，能够带给人放松、恢复的愉快体验。虽然虚拟环境中所呈现的自然场景并不能完全复刻自然环境，但由于虚拟现实涵盖个体的多感官，具备沉浸、想象、互动3种要素，能够更好还原真实自然场景中的视听刺激，使被试身临其境，故产生了和自然环境相仿的复愈性效果，这与前人的研究结果一致[25-26]，符合本研究的假设。研究结果支持虚拟现实环境具有一定的现实替代作用，有助于推进虚拟现实技术在心理干预中的运用，为自然环境接触不良人群带来福音。——论文作者：李悦王梓康王志蒙陈少彬郑艳竹吴建平△
