空間導(dǎo)航是日常生活所必需的高級認(rèn)知功能,參與空間導(dǎo)航的海馬及內(nèi)嗅皮層等腦區(qū)易受到老化的影響并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)萎縮或功能紊亂。早期研究多利用動物實驗、紙筆測驗、現(xiàn)實環(huán)境等實驗范式考察老年人的空間導(dǎo)航老化特點。由于具有與現(xiàn)實環(huán)境相似的場景、兼容磁共振成像掃描以及導(dǎo)航者可以與場景交互等優(yōu)點,虛擬現(xiàn)實技術(shù)被越來越多地被應(yīng)用到空間導(dǎo)航的老化研究中,并進一步揭示了海馬等內(nèi)側(cè)顳葉腦區(qū)在空間導(dǎo)航老化中的重要作用。 

【文章來源】：心理科學(xué)進展. 2019,27(12)北大核心CSSCICSCD

【文章頁數(shù)】：15 頁

【部分圖文】：

圖1 兩類空間導(dǎo)航迷宮范式。A.莫里斯水迷宮范式,不同的試次中,導(dǎo)航者(小鼠)從圓形水池的不同起點出發(fā),通過近處、遠處地標(biāo)線索來定位隱藏平臺,并最終到達這一終點以避開厭惡刺激(水淹),圖片來自van Meer和Raber(2005);B.蜂巢迷宮范式,當(dāng)導(dǎo)航者處于任意平臺時(除終點),臨近的平臺中至多兩塊平臺處于可通行狀態(tài),導(dǎo)航者需要回憶終點位置,通過反復(fù)地二擇一,最終到達終點。灰色正六邊形為當(dāng)前所處平臺,藍色與橙色正六邊形為抬升的緊鄰平臺;C.蜂巢迷宮范式的立體圖。兩類迷宮外圍均存在遠處的標(biāo)志物,以提供空間相對位置關(guān)系。黃色五角星代表正確的終點,小鼠圖標(biāo)代表空間導(dǎo)航的起點,藍色平臺更靠近終點,為正確平臺,橙色平臺距離終點更遠,為錯誤平臺。

近年來,虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越多地被用來測量人類空間導(dǎo)航能力的老化。虛擬現(xiàn)實技術(shù)指通過呈現(xiàn)視覺圖像以及非視覺的多媒體刺激,提供能夠進行交互的場景,并讓使用者相信自己真實地沉浸于這樣的虛擬環(huán)境當(dāng)中(Garcia-Betances,Arredondo Waldmeyer,Fico,&Cabrera-Umpierrez,2015)。相對在現(xiàn)實環(huán)境進行的空間導(dǎo)航老化研究,虛擬現(xiàn)實技術(shù)相對省時省力,且能夠嚴(yán)格控制實驗環(huán)境,減少了無關(guān)變量的影響(Garcia-Betances et al.,2015)。虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航實驗與前述提到的計算機呈現(xiàn)的空間導(dǎo)航相關(guān)任務(wù)存在兩點主要不同：虛擬現(xiàn)實環(huán)境與交互性。首先,虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航任務(wù)采用與現(xiàn)實環(huán)境相似的場景(利用照片或構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境),而非簡單的視覺流或視覺線索。其次,導(dǎo)航者與虛擬現(xiàn)實環(huán)境之間存在交互,通過主動操作或被動觀看的方式,導(dǎo)航者在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的空間位置存在一定的位移。虛擬現(xiàn)實環(huán)境及交互性使得虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航實驗與傳統(tǒng)空間認(rèn)知任務(wù)區(qū)分開來,從而為研究者提供了測量空間導(dǎo)航老化更優(yōu)化的方式。有研究者對比了現(xiàn)實空間導(dǎo)航與虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航的成績,利用計算機構(gòu)建了與現(xiàn)實環(huán)境相同的虛擬現(xiàn)實環(huán)境,并測量了各項空間導(dǎo)航成績,包括路線學(xué)習(xí)、地標(biāo)回憶、照片回憶等,結(jié)果表明無論是青年人、老年人、輕度認(rèn)知損傷患者,還是早期阿爾茨海默癥患者,在現(xiàn)實環(huán)境與虛擬現(xiàn)實環(huán)境的整體空間導(dǎo)航成績上均存在強相關(guān)(r=0.73),這也證明了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在空間導(dǎo)航老化研究上的有效性(Cushman,Stein,&Duffy,2008)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合精細(xì)設(shè)計的刺激,并加上傳統(tǒng)小鼠空間導(dǎo)航實驗范式已經(jīng)很好地應(yīng)用在人類被試身上,比如八臂迷宮或十二臂迷宮(Bohbot,Lerch,Thorndycraft,Iaria,&Zijdenbos,2007;Iaria,Petrides,Dagher,Pike,&Bohbot,2003;Konishi&Bohbot,2013),十字迷宮(Harris,Wiener,&Wolbers,2012),星型迷宮(王芳芳,2017;Igloi et al.,2015;Igloi,Zaoui,Berthoz,&Rondi-Reig,2009),以及莫里斯水迷宮(Driscoll,Hamilton,Yeo,Brooks,&Sutherland,2005)等。根據(jù)研究目的,這些虛擬現(xiàn)實研究范式可以進一步地分為不同類型。莫里斯水迷宮關(guān)注于空間導(dǎo)航成績,包括空間導(dǎo)航速度、錯誤率等效率指標(biāo)(Daugherty et al.,2015;Fouquet et al.,2010;Kunz et al.,2015)。與動物研究結(jié)果類似,這類虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航研究表明老年人在這些指標(biāo)上存在損傷,例如空間導(dǎo)航速度減慢,錯誤率增加等(Techentin,Voyer,&Voyer,2014)。在莫里斯水迷宮實驗范式的基礎(chǔ)上,研究者設(shè)計了圓形競技場范式,該范式與莫里斯水迷宮范式相似,導(dǎo)航者需要記憶不同物體在環(huán)境中的位置并進行移動,通過反應(yīng)距離誤差、移動距離、反應(yīng)時等指標(biāo)衡量導(dǎo)航者的空間導(dǎo)航成績(Horner,Bisby,Zotow,Bush,&Burgess,2016;Julian,Ryan,Hamilton,&Epstein,2016)。利用該范式,結(jié)合磁共振成像技術(shù),研究者首次在人類身上發(fā)現(xiàn)了類似網(wǎng)格細(xì)胞的表征。研究者發(fā)現(xiàn)攜帶阿爾茨海默病高風(fēng)險基因的健康成年人已經(jīng)出現(xiàn)了類似網(wǎng)格細(xì)胞的表征激活下降(Kunz et al.,2015),而健康老年人同樣表現(xiàn)出這一表征激活水平的下降,這可能解釋了空間導(dǎo)航成績的損傷機制(Stangl et al.,2018)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與空間導(dǎo)航實驗范式的結(jié)合并不僅僅應(yīng)用于理論研究領(lǐng)域,在臨床診斷、老化干預(yù)、康復(fù)等領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值(Bohil,Alicea,&Biocca,2011;Cogne et al.,2017)。已有研究發(fā)現(xiàn)利用虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航成績可以將阿爾茨海默病患者與健康老年人以及其他患者區(qū)分出來(武文博等,2015;Bellassen et al.,2012;Hort et al.,2007)。例如,研究者利用虛擬現(xiàn)實星型迷宮實驗范式測量了健康青年人、健康老年人、額顳葉退化患者、輕度認(rèn)知損傷患者與阿爾茨海默病患者的空間導(dǎo)航成績。研究表明,相比于傳統(tǒng)的神經(jīng)認(rèn)知測驗,空間導(dǎo)航成績能夠更為有效地將阿爾茨海默病患者同健康老年人、額顳葉退化患者區(qū)分開來,且更為準(zhǔn)確地預(yù)測輕度認(rèn)知損傷患者6個月后轉(zhuǎn)化為阿爾茨海默病的比率(Bellassen et al.,2012)。在老化干預(yù)領(lǐng)域,同樣有研究表明利用虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航訓(xùn)練可以改善空間導(dǎo)航成績,甚至是減緩大腦灰質(zhì)體積的萎縮(Lovden et al.,2012;Nemmi et al.,2017)。例如,有研究者利用跑步機,結(jié)合虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航任務(wù)對老年人進行了長達4個月的干預(yù)。這一研究中,跑步機正前方的屏幕上投影著虛擬現(xiàn)實環(huán)境,被試在跑步機上的移動將直接反映在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中。訓(xùn)練過程中,被試需要學(xué)習(xí)并尋找分散在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的物體。通過對比訓(xùn)練前后的結(jié)構(gòu)磁共振成像數(shù)據(jù),研究者發(fā)現(xiàn),虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航任務(wù)可以減緩海馬體積的萎縮(Lovden et al.,2012)。這些研究反映了虛擬現(xiàn)實空間導(dǎo)航任務(wù)的重要現(xiàn)實意義。5 空間導(dǎo)航老化的神經(jīng)機制

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]APOE風(fēng)險基因和性別差異對空間導(dǎo)航能力相關(guān)腦結(jié)構(gòu)的影響[D]. 王芳芳.南京大學(xué) 2017
[2]年齡和認(rèn)知狀態(tài)對空間導(dǎo)航能力影響的行為學(xué)研究及其腦網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[D]. 武文博.南京醫(yī)科大學(xué) 2015



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