获得性脑损伤(ABI)会影响患者的自主性，尤其是日常生活活动(ADL)。为了减少这些变化对患者生活的影响，重要的是要发展多样化的任务，个人可以通过这些任务来训练和改善他们受损的能力，并加强那些保留下来的能力。因此，本研究旨在验证虚拟ATM(自动柜员机)任务用于训练认知障碍患者。样本包括34名ABI患者和66名健康对照者。这些参与者通过虚拟或真实的ATM来完成任务。除了揭示环境类型不影响任务表现之外，结果还显示了认知筛选措施的结果与完成任务的时间之间的关系，其中得分最低的参与者在任务中的表现更差。虚拟ATM对临床组的识别比真实任务更敏感。
获得性脑损伤(ABI)被定义为对大脑的损害，可以是短暂的或永久性的，与退行性或先天性疾病无关，影响大脑功能和结构，导致认知缺陷(Cattelani等人，2010;Gilmore et al. 2021)。这些可以通过记忆、语言、感知、注意力和执行功能方面的明显困难来观察，带来负面后果，损害心理和情绪状态，以及执行日常生活任务的自主性和独立性(Gilmore et al. 2021;Ponte and Fedosse 2016)。这里研究的ABIs类型涉及创伤性脑损伤(TBI)和中风。
外伤性脑损伤(TBI)是一种由外部压力引起的颅内损伤，通常是由于道路交通事故或其他影响大脑的原因造成的。这种类型ABI的发病率最高的是年轻人，通常影响额叶(Corps et al. 2015;Venkatesh和White 2016)，最终增加了意识改变、记忆丧失和执行功能缺陷的可能性(Gracey et al. 2017;Hawryluk and Manley 2015)。面对中度或重度临床状况，未来发生痴呆的风险显著增加，转化为患者日常生活中大量的残疾(Shively et al. 2012)。
另一方面，中风的特点是突发事件，会加剧高水平的压力，从而导致身体、认知、社会和心理缺陷(Caprio and Sorond 2019)。这种类型的脑损伤是世界范围内死亡的主要原因之一，在存活的情况下，可导致不同功能的缺陷，即认知、感觉、语言、运动(例如偏瘫、偏瘫、共济失调)和情感功能(Nakling等人，2017;Pavan et al. 2015;席尔瓦2010)。中风可根据其性质进行分类:出血性和/或缺血性中风(Doria and Forgacs 2019;Kogan et al. 2020)，根据葡萄牙国家统计局(INE)的数据，缺血性中风更致命，在70岁以上的人群中发病率最高。关于这类脑损伤的后遗症，取决于具体因素，如损伤区域的识别、损伤的严重程度及其延伸，以及受试者的危险因素(Kogan et al. 2020;席尔瓦2010)。面对诊断，患者在康复过程中通常会遇到一些困难。基本能力的丧失通常需要付出相当大的努力，因此，通过训练，受损区域可以得到优化，未受影响的区域可以得到加强(Andrade et al. 2009;Ekechukwu et al. 2020)。与中风相关的起源、性质和后果对患者及其家人的支持可能是毁灭性的(Pei et al. 2016)。
神经心理康复(NR)旨在尽可能减少与损伤相关的认知障碍，并从根本上以个体作为生物心理社会存在为中心。NR对于ABI患者至关重要，可以最大限度地减少病变对个体认知能力的影响/成本，通过神经心理学评估收集的数据，为每位患者设计独特的干预方案，以优化受影响的认知能力(Barman et al. 2016;Ekechukwu et al. 2020)。
多年来，使用虚拟环境作为康复治疗工具获得了越来越多的认可，因为人们认为它比更传统的方法(例如纸笔测试)具有一系列优势:患者收到即时反馈，使用基于屏幕的视觉系统不会对患者造成身体上的后果，场景和提议的任务可以根据每个人的需求进行调整(Gamito, et al. 2015;Shin and Kim 2015;Stevens et al. 2015)，并且可以通过包括自我的虚拟表示(例如Soccini et al. 2022)或其他虚拟治疗师(Gamito et al. 2022)来扩展它，从而为心理干预创造更自然的环境。
虚拟现实场景旨在重现现实世界和日常情景(例如，日常生活活动(adl))，因此，通过这种方式，受试者有更大的沉浸感，从而提高其生态效度(Faria et al. 2016;Gamito, et al. 2015;帕森斯2015;Rizzo and Buckwalter, 1997)。
关于将虚拟系统用于康复目的的优势，一般来说，科学文献强调:它的生态有效性，因为它能够更准确地描绘应用领域的空间、时间和情境因素;即时动态反馈;培训包括增加学习;重复和修改适合每个人的任务;个人不受社会评判的影响;它被认为是心理治疗中一种有效的策略;情境和呈现的刺激都是完全可控的，错误发生后不会产生身体或精神上的后果(Dores et al. 2016;Faria et al. 2016;Gamito, et al. 2015;帕森斯2015年)。选择一个不那么沉浸式的平台(即桌面虚拟现实)提供了一种合理的方法来平衡成本，同时也降低了任务工作量和模拟器病(Srivastava et al. 2019)。
如前所述，VEs的使用提供了根据患者的特点和特异性进行调整的可能性，从而有利于治疗和康复过程。因此，如果损伤是由中风或TBI引起的，这些个体可能会遭受身体上的后果，从而阻止ADL的实践，反过来，通过使用这些场景(描述这些非常相同的活动的实践)，预计通过培训患者能够克服由损伤引起的ADL方面的困难(Faria等人，2016;Gamito et al. 2015,2011)。
根据这一提议，之前的研究表明，在高度沉浸式生态有效的虚拟现实中，对工作记忆/注意力和由adl组成的记忆任务(例如，购物，找到去小市场的路)进行认知训练，可以提高abi等神经系统人群的整体认知灵活性(Faria et al. 2016;Gamito et al. 2011, 2015)和阿尔茨海默病(Oliveira et al. 2021)，通过传统的神经心理学评估测试来测量。此外，重要的研究还表明，在虚拟家庭中对特定的adl和技能进行培训，也促进了将收益转移到现实生活中的相关活动中(例如，Cooper等人，2021;Dobrowolski等人2021;灰色2017)。
考虑到上文强调的虚拟现实的众多优势，扩大虚拟现实环境中生态有效平台的数量，以增强认知技能的范围，并将收益转移到现实生活中的adl，这在很大程度上有利于神经系统人群(例如，在abi的情况下)，变得至关重要(Cooper et al. 2021;Faria et al. 2016;Gamito et al. 2011, 2015)。然而，在设计VE任务(例如，以adl的形式)时，重要的是首先确定其生态有效性和对神经系统患者表现的敏感性，然后才能将其作为认知修复的合适工具。
Fong et al.(2010)之前进行的一项相关研究是在ABI患者群体中进行的，目的是了解通过虚拟自动柜员机(ATM)任务使用VR的生态有效性，因为大多数ABI患者通常会失去使用ATM机的能力，因为记忆(数字记忆)和执行控制等功能在很大程度上被破坏(Fong et al. 2010;Gilmore et al. 2021)。这些任务包括取款和银行转账。结果与ATM虚拟任务的生态效度一致，因为执行虚拟ATM任务的组与执行真实ATM任务的组在性能(通过任务执行时间测量)上没有显着差异(Fong et al. 2010)。
目前的研究集中在两个中心目标上，第一个重点是分析通过任务执行时间和错误数量来衡量的自动取款机任务(更具体地说，在自动取款机上买火车票)的表现是否会根据暴露类型(即虚拟或真实)而变化，并了解临床状况如何影响任务的表现。我们打算了解如何使用VE任务平台是可行的认知训练，如果生态效度是重要的为此目的。
因此，可以预期:在神经认知测试中(特别是在蒙特利尔认知评估(MoCA)和正面评估电池(FAB)测试中)表现较低的老年参与者在ATM任务中的表现较差(即，获得更多的错误和更长的执行时间)，无论任务类型和组(假设1);无论任务类型如何，ABI组的参与者都应该获得更多的错误和更长的时间来执行/执行任务(假设2)。
总样本包括100名男女参与者(51名男性和49名女性)，平均年龄为40岁(SD=12，范围在20到95岁之间)。患有ABI的参与者(n=34)在康复医院招募，而其余样本(n=66)从普通社区招募。纳入标准为成人(等于或大于18岁)，母语为葡萄牙语，ABI组参与者被诊断为亚急性期获得性脑损伤(中风或TBI)，而对照组由没有ABI的健康参与者组成。为了参与这项研究，参与者必须通过菜单的外观来了解自动取款机，并且以前使用过这种设备。仅包括视力正常或矫正至正常的参与者。
根据实验条件对临床组和非临床组的参与者进行了分开的分配，因为这些组是在研究的不同阶段招募的。每组的参与者被随机分配到(1)真实ATM(自动柜员机)或(2)虚拟ATM。研究设计为受试者间研究。
大多数参与者在公民身份方面是单身(46%)，拥有学士学位(49%)，有稳定的工作(26%)。在临床诊断方面，ABI来源于卒中24例，外伤性脑损伤10例。组别间的统计比较采用卡方关联检验，区间资料采用Mann-Whitney检验。该分析显示，不同人群在公民身份(p < 0.01)、工作职位(p < 0.001)和年龄(p < 0.001)方面存在显著差异。ABI小组的参与者年龄较大，主要是已婚和失业。脑外伤患者与脑卒中患者在性别、年龄、教育程度等方面无显著差异(p > 0.05)。表1显示了每个群体的社会人口学变量的描述性数据。
表1样本特征
这些措施包括一个简短的社会人口统计表格来收集参与者关于性别、年龄、教育程度、公民身份和工作职位的信息。评估方案还包括四种神经心理学工具:蒙特利尔认知评估(MoCA)，用于全球认知;用于执行功能的正面评估系统(FAB);日常生活自理能力问卷工具性日常生活活动(IADL)量表用于工具性adl的功能。
2.2.1 莫内部认知评估(MoCA)
这个测试被用作一个简短的认知筛选测试，用来评估视觉空间和执行功能、注意力、短期记忆、语言和定向。该筛选工具包括以下任务:轨迹制作测试B、三维立方体复制、时钟绘制、命名、粘贴、数字前后跨度、连续减法、选择性注意、句子重复、音素流畅性、语言抽象、学习和延迟回忆任务、时空定向。测试时间为10分钟，总分为30分，分界点为26分，分数越高说明认知功能越好(Freitas et al. 2011;Sim?es et al. 2008)。
2.2.2 摇来摇去精神评估组(FAB)
该测试是一种评估执行功能的神经认知评估工具。具体来说，FAB的六个子测试评估概念化、心理灵活性、运动编程、对干扰的敏感性、运动抑制控制和环境自主性。总分最高为18分，可分为3个分界点:低于12分为痴呆;从12到14表示功能障碍。标准值为15-18分(Dubois et al. 2000;Lima et al. 2000)。
2.2.3 日常能力问题nnaire (ECQ)
这个量表评估老年人在日常生活中的独立性，得分越高反映能力越强。ECQ由17个项目组成，分别涉及家务、日常生活、休闲活动、运动、手工技能、主观幸福感和一般语言能力。根据特定项目的量表将答案转换为数字分数，总分最高可达54分(Kalisch et al. 2011)。
2.2.4 日常生活工具活动量表(IADL)
该量表评估日常生活的各种活动，并用于了解日常生活活动的自主程度。IADL涵盖8个领域，包括使用电话、购物、准备食物、打扫卫生、洗衣、运输、处理财务的能力和自己服药的责任。评分基于每个项目的三个位置(1=无法，2=需要帮助，3=独立)。八个回答的总和是总分，其中得分越高，表明在日常活动中的功能越高(劳顿和布罗迪1969)。
该项目首先提交给Lusófona大学心理与生命科学学院伦理委员会(CEDIC)审批。招募是在葡萄牙里斯本地区的一家康复医院[中心医疗和康复中心]进行的，而健康的参与者是从葡萄牙大陆和亚速尔群岛的普通人群中招募的。所有参与者都获得了知情同意。在同意知情同意后，参与者填写社会人口学问卷，并由初级神经心理学家监督MoCA、FAB、ECQ和IADL的管理。所有这些措施对参与者没有身体上的影响，并由整个样本完成。完成后，向参与者展示如何执行任务，在此训练(3-5分钟)后，他们开始实验任务。实验任务包括一台虚拟的或一台真实的自动取款机，用葡萄牙语复制该国可用的自动取款机的相同功能。虚拟ATM应用程序是在Unity 2020.3.25f1 (Unity Technologies, https://unity.com)中开发的，描绘了一个与真实ATM具有相同屏幕和交互过程的数字版本(图1)。本任务中使用的屏幕是从真实ATM中捕获的，并用作该虚拟ATM中使用的不同菜单的纹理。
图1
ATM任务(从左至右:真实ATM、虚拟ATM启动画面、虚拟ATM选票、虚拟ATM确认火车票)
包括研究人员和临床医生在内的研究小组一致认为，该任务的具体目的不应该像真正的ATM机那样涉及任何货币交易。在葡萄牙，自动取款机可以用于不同的目的，即取款、支付账单或购买门票。因此，这项任务包括在购买火车票时查阅从东方到布拉格(这是葡萄牙里斯本地区的两个火车站)的火车时刻表。这项任务包括在两个不同的菜单中选择正确的选项。在两种情况下，在自动取款机上输入账户的密码都是0000。在第一个菜单中，参与者需要在8个选项中选择与“交通和通行费”相关的选项。在下一个菜单中，他们需要选择CP(火车票)选项，该选项描述了该国主要的公共火车公司。最后，他们需要选择出发和到达的火车站的名称。该任务提出的认知领域主要是选择性和持续性注意、言语记忆和识别记忆以及计划和排序能力等执行功能。
这项任务是在一台15.4英寸的笔记本电脑屏幕上完成的，使用的是非沉浸式设置。选择这一选项是为了提供临床干预的低成本解决方案，但也降低了由于暴露而产生模拟器病的风险。参与者被要求使用电脑鼠标与虚拟ATM进行交互。在真正的ATM机中，用户必须在触摸屏上选择选项。两个程序的另一个区别是，在真实的自动取款机中，大多数参与者都是站着完成任务的，只有五个参与者坐在轮椅上，而在虚拟的自动取款机中，参与者都坐在椅子上。需要强调的是，这个任务非常简短，因为与自动取款机菜单的交互非常简单，而且大多数人都熟悉自动取款机，所以没有预测到站立姿势会在这两种情况下产生体力上的差异。此任务中的度量包括执行时间和错误(即选择了错误的选项)。在虚拟ATM中，这些度量直接从注册所选选项和执行时间的软件中检索。对于真实的自动取款机，实验者通过观察被试的任务执行情况来获取相同的测量值。考虑到实验任务和评估测试的整个过程平均持续时间约为30分钟。
统计程序在IBM SPSS Statistics 27中进行。考虑到组的小样本量，使用非参数统计进行统计分析。因变量为实验任务的执行次数和错误，以及MoCA和FAB、ECQ和IADL评分。自变量为条件(虚拟ATM vs真实ATM)和组(ABI vs健康对照)。两个独立样本间的比较采用Mann-Whitney (U)检验。变量之间的相关性使用Pearson相关系数进行，这是对整个样本进行的参数检验。结果还进一步探讨了使用接收者工作特征(ROC)分析来研究任务绩效是否区分群体。
摘要
1 介绍
2 方法
3.结果
4 讨论
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参考文献
作者信息
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表2描述了每项测量的总得分的描述性统计。
表2 Des神经心理学和ATM测量的记录数据
从Pearson相关系数来看，年龄与完成任务的时间有很强的正相关(r=0.601;P < 0.001)，这表明个体年龄越大，执行任务的时间越长。MoCA、FAB、ECQ与年龄呈显著负相关(MoCA: r=- 0.409;p < 0.001;FAB: r=?0.316;p < 0.001;IADL: r=?0.539;p < 0.001;ECQ: r=?0.504;p < 0.001)，表明随着年龄的增长，MoCA、FAB和ECQ得分下降。因此，在这些分析中，全球认知(MoCA)、执行功能(FAB)和日常能力与ATM任务表现之间的相关性采用部分相关来控制潜在的年龄效应。从MoCA获得的认知筛选措施得分与执行时间之间可能存在显著的负相关(r=- 0.531;P < 0.001)，误差(r=- 0.582;p < 0.001)，同时在该分析中控制年龄，以及执行时间的FAB总分(r=- 0.557;P < 0.001)，误差(r=- 0.684;p < 0.001)。同样的模式也被观察到来自ECQ的功能测量与执行时间(r=- 0.408;P < 0.001)，误差(r=- 0.510;p < 0.001)， IADL仅存在误差(r=- 0.261;p < 0.01)。这些结果表明，无论是真实的ATM还是虚拟的ATM，整体认知功能、执行功能和功能性得分较低的人在ATM任务中的表现都较差。
以下分析的目的是研究与健康对照相比，认知功能较低的ABI患者在ATM任务中的表现是否受到影响。采用Mann-Whitney检验对每个因变量(执行时间和错误)进行非参数分析。分析显示，在执行时间上，ABI患者和健康对照组的表现有显著差异(U=414.500;p < 0.001)和误差(U=692.000;p < 0.001)。ABI患者在两项测量中的表现都更差(图2和3)。
图2
每个组的ATM任务的执行时间直方图
图3
每个组的ATM任务中的错误直方图
该分析是使用Mann-Whitney测试来比较虚拟ATM和真实ATM的性能(无论条件如何)。测试显示，在这些任务的执行时间(p > 0.05)和错误(p > 0.05)上，性能之间没有统计学上的显著差异，这表明执行任务的环境类型对性能没有影响。
我们进行了ROC分析，以评估虚拟ATM在检测与ABI相关的认知障碍方面的敏感性，使用任务执行时间和错误作为虚拟ATM和真实ATM条件的测试变量。对于虚拟ATM，其对次数的敏感性较高(AUC=0.848;SD=0.059)，误差(AUC=0.824;sd=0.074)。相对于真实ATM，它在执行时间方面的敏感性较低(AUC=0.775;SD=0.082)，误差(AUC=0.566;sd=0.091)。这些结果表明，虚拟ATM(图4)比真实ATM(图5)更敏感地检测缺陷。在控制年龄对任务表现影响的中位数年龄以下/以上的参与者之间进行比较时，这些结果是相似的。
图4
虚拟ATM任务执行时间与错误的ROC曲线
图5
实际ATM任务执行时间与错误的ROC曲线
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