無法在實驗室里研究人類行為？VR技術來解決

在實驗室研究人類行為具有挑戰性，通常人們採用嚙齒動物作為實驗模型。最近在BMC Biology上發表的一項研究應用虛擬現實（VR）實驗裝置來更好地了解人類真實的行為。在本文中，該研究的主要作者Johannes Fu?向我們介紹了這項研究的情況。

Johannes Fu?

行為學研究往往很難在實驗室環境條件控制下檢測人類的真實行為。研究者通常不得不轉而依靠觀察諸如身體反應這樣細小的動作來代替，或者完全跳過人類層面，取而代之地觀察嚙齒動物的行為。研究者可以將嚙齒動物置於人類無法進入的環境中，並在這一受控的環境中觀察其行為。

但是，這測量的是嚙齒動物的行為，尚不確定這些結果是否適用於人類。 為了更深入地了解嚙齒動物的行為學數據如何轉化至人類，我和同事們在人類中研究了最突出的嚙齒動物行為之一，即高架十字迷宮（EPM）實驗，這項研究最近發表在BMC Biology上。

針對人類的高架十字迷宮實驗結合了現實世界中的木製十字迷宮，並經虛擬現實技術對其進行強化

當存在焦慮的情況下（例如，面對威脅時），哺乳動物往往會以一種共同的方式調整其行為。如果該動物與威脅之間隔著一段較大的距離，那麼其可以首先表現出行為抑制（減少活動），然後會評估威脅的危險程度，並對其進行充分的探究。當威脅靠近時，它可以進行攻擊、保持不動或者逃走。具體採用哪種反應，取決於其當時的焦慮程度。

數十年來，行為生物學家們在標準實驗條件下測量了嚙齒動物的行為反應，以試圖測量他們的焦慮程度。其中最著名的實驗之一便是高架十字迷宮實驗，在該實驗中將嚙齒動物置於距離地面較高、具有兩個開放臂和兩個閉合臂的迷宮中。在這種環境中，嚙齒動物會傾向於躲避高懸的開放臂，因此，它們花費在厭惡的開放臂上的時間可作為評估其焦慮程度的一個標誌。焦慮程度低的嚙齒動物會花費更多的時間在開放臂上，而高度焦慮的嚙齒動物則會躲避在閉合臂中。

在精神病學研究中，往往利用上述實驗來研究藥物、遺傳操縱和環境因素如何影響嚙齒動物的焦慮程度。雖然通常認為這些實驗發現也適用於人類，但是鑒於以往沒有在人類中開展過類似的實驗，因此也就無從考證，從而使得轉化研究複雜化。

話說回來，通常很容易通過行為層面來觀察人類的焦慮程度，試想一下，人在黑暗的小巷裡會疾步如飛，或者在高聳的懸崖上會顫抖雙腿，這些場景是最熟悉不過的了。但是，在實驗室環境中很難設置出這樣的實驗場景來研究人類的焦慮行為。

雖然很容易在行為層面上觀察人的焦慮程度，但是我們卻苦於無法為此設置出行為學實驗。比如上面提及的黑暗小巷和高聳的懸崖，這些我們再熟悉不過的場景卻無法在實驗室環境中重現，另外，按照人的體型設置大型的高架十字迷宮實驗也會帶來後勤方面的問題，並且存在安全隱患。據我們所知，還沒有研究者在人類中嘗試過這項實驗。

為了最終能夠擁有同樣可靠的工具來檢測人的焦慮程度，我們開發出了一種針對人類的高架十字迷宮測試。我們研究的初衷是要測量人類的實際行為，並試圖找到一種能夠在任何普通規模的實驗室里實施、對受試者或研究人員安全的測試方法。

受試者可以在虛擬環境中自由移動，他們在現實世界中的行為也會被追蹤。

在我們開發的高架十字迷宮測試中，要求受試者站在一個3.5米×3.5米的木製十字架上，同時為其佩戴虛擬現實的耳機來模擬從十字架邊緣下墜50米（該十字架的實際高度為20厘米）的場景。我們使用混合的現實環境：除虛擬現實設置之外，我們還加入了現實世界中的感受（例如用吹風機吹風），這樣受試者不僅能看到，還能深入其境地感受到虛擬環境。有趣的是，我們中有些參與了高架十字迷宮測試的開發而且以往並不恐高的人，當面對虛擬的鴻溝時，也還是會被嚇得僵住或者顫抖。

這樣一來，我們便能夠通過這項針對人類的高架十字迷宮測試來研究受試者的行為了。通過運動追蹤，我們一共分析了150多位受試者在高架十字迷宮測試中的行為。有趣的是，我們發現反映人類焦慮程度的參數與嚙齒動物中的參數相同（例如，待在能看見50米下墜場景的「開放」臂上的總時間）。

在我們所開展的這項實驗中，這些參數與主觀焦慮評分和焦慮相關性狀存在關聯，並且對選擇性改變焦慮相關行為的藥物敏感。此外，我們發現參與者的應激系統在激素和生理水平上均被強烈激活，這證實了受試者在虛擬環境中處於緊張和焦慮狀態。因此，即使他們很清楚這只是實驗室測試，但是他們的焦慮感受是真實的，並且他們的行為應答反映了其焦慮程度。

我們相信這項行為學實驗將會推動精神病學領域轉化研究的發展。精神疾病表現在兩個相關領域：人的思想和人的行為。然而，至今很少有人在實驗室里研究過精神疾病的相關行為。例如，對焦慮症而言，一個標誌性癥狀是迴避潛在威脅。現在，我們可以通過針對人類的高架十字迷宮測試來量化這種迴避行為，並將其與一些神經生物學研究發現關聯起來。

我們期望針對人類的高架十字迷宮測試和後續開發的其他實驗，能夠幫助了解相關行為表型的特徵。研究人員將不再依賴於問卷或其他替代方法，而是直接觀察人類的實際行為。在臨床研究中，行為學結果將會與主觀報告的癥狀一起作為主要終點，或者甚至替代主觀報告的癥狀單獨作為主要終點。這意味著，虛擬現實技術會將我們帶進人類行為學研究的新時代，當前的高架十字迷宮實驗僅僅是一個開端。

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