徐子涵 侯世倫

(北京體育大學 運動醫(yī)學與康復學院,北京 100084)

1 前言

隨著運動健康逐漸成為大眾日益關注的熱點話題，健康游戲[1](games for health，G4H)這一概念出現(xiàn)在人們的視野中。這種將醫(yī)學中的部分臨床治療技術或行為干預手段改造為游戲玩法，并通過游玩體驗改善患者行為和健康狀態(tài)的游戲作品早在十多年前就已經(jīng)被提出和實施，并且在國際上被廣泛應用到慢性疾病[2]、運動功能障礙[3]、認知障礙[4]、精神疾病[5]以及健康教育[6]的實踐之中。通過游戲的方式輔助疾病診療和運動鍛煉，是一種非常積極且富有人文關懷的干預措施，G4H的真實療效也正被臨床研究加以證實[7]。

游戲是一種娛樂和再創(chuàng)造的過程，其本質(zhì)是在獨立于現(xiàn)實環(huán)境中遵循一定的規(guī)則所進行的交互，玩家在交互的過程中獲得樂趣，并在交互的過程中實現(xiàn)自我行為的再創(chuàng)造[8]。因此，游戲的交互在賦予樂趣的同時也會對參與者的行為施加影響，游戲的交互過程一般以直觀、深刻且易于理解的方式實現(xiàn)，因此具有積極意義的交互往往對參與者的行為有顯著促進作用[9]。

嚴肅游戲是指一種在提供娛樂功能的同時，以教育、訓練或行為干預作為主要方式，實現(xiàn)健康促進或臨床治療、知識或技能教育、軍事或體育訓練相關目的的游戲類型[10]。在嚴肅游戲的范疇中，以疾病和健康問題作為干預目的的游戲被稱為G4H，它將臨床上對患者進行行為干預的部分療法轉(zhuǎn)化成游戲玩法，以游戲交互的方式代替醫(yī)生的書面或口頭教育、輔助肢體訓練以及心理治療，通過更加有樂趣、直觀且易于參與的游戲交互實現(xiàn)對患者行為的改變，從而達到治療目的。本文將介紹G4H和現(xiàn)代電子游戲的關系，通過研究近年來國內(nèi)外的相關文獻，探討G4H的設計思路，以及在醫(yī)療和教育領域的應用理念。

2 G4H的設計和分類

不同于一般的電子游戲設計，G4H的目標是改善用戶的疾病或健康問題，其最終所達成的用戶體驗并不是單純娛樂而是以健康相關的行為干預為主[11]。對于G4H而言，其和傳統(tǒng)游戲一樣由數(shù)個重要組件構(gòu)成(見圖1)[1]。

第一是游戲設計和玩法(Game Design And Game Play)：這里的游戲設計和傳統(tǒng)游戲類似，將臨床的治療手段或干預措施通過各種方式和再設計，最終變成特有的游戲玩法。其次是行為的決定因素(Targeted Behavior Determinants)：對用戶/患者的行為進行分析，對決定其行為的重要因素進行干預，例如社會認知理論中所定義的注意、記憶、生產(chǎn)力以及動機等。第三是行為的干預(Targeted Behavior)：需要進行干預的行為，例如缺乏運動、疾病所致的肢體功能障礙、吸煙、酗酒等。第四則是健康問題前置因素的干預(Targeted Health Precursors)：對健康問題前置因素的干預，例如為手術前的患者提供嚴肅游戲干預以降低其對于手術的焦慮，以間接地幫助手術進行，或者對于慢性疼痛的患者進行疼痛管理，降低其對于疼痛的恐懼等。最后則是實現(xiàn)的健康目標(Targeted Health Aspects)：進行行為干預最終所要實現(xiàn)的健康目標，例如減肥、降低腫瘤患病率、縮短手術后恢復時間、增強運動功能等。

G4H本身是依靠改變玩家行為的方式實現(xiàn)干預目的[12]，其改變玩家行為的方式，就是將傳統(tǒng)的臨床療法轉(zhuǎn)變成了游戲玩法。因此G4H的設計需要針對其所干預的健康問題類型進行考量：健康問題是什么？導致該問題的異常行為(病因)有哪些？如何改變這些異常行為(治療病因)？改變異常行為的臨床療法有哪些？其中哪些療法能被轉(zhuǎn)化為游戲玩法？和為患者設計治療方案一樣，嚴肅游戲通過游戲玩法的設計嘗試實現(xiàn)對患者行為的干預，并最終實現(xiàn)治療效果。

總的來說，G4H對健康問題進行干預的方式主要有三個類型(見表1)：以教育的方式進行直接干預，將教育和知識灌輸作為游戲玩法，以改變患者行為，從而影響患者的健康問題[13]；針對行為進行間接干預，將患者行為的決定因素作為游戲玩法，間接改變患者的行為，從而影響患者的健康問題[14]；針對行為進行直接干預，將需要干預的行為作為游戲玩法，直接改變患者的行為[15]。

表1 不同類型G4H的特點歸納[13-15]

2.1 以教育作為干預方式的G4H

教育類型的G4H是目前發(fā)展相對較為豐富和完善的種類，遵循相對固定的開發(fā)模式，基于基本的學習和教育理論，可將傳統(tǒng)的學習過程轉(zhuǎn)化為可供游玩的交互方式[16]。相比于傳統(tǒng)的教育模式，嚴肅游戲有著如下優(yōu)勢[17]：以用戶為中心的游戲體驗、豐富的交互手段，重復且持續(xù)給予的反饋機制等，這些優(yōu)勢無疑對用戶獲取知識的過程有著很大幫助。

對于以教育作為主要干預方式的G4H來說，首先需要確定的是如何將實際的教育內(nèi)容和方法變成游戲的玩法設計。例如，對疾病知識的科普、對疼痛形成的解釋、對治療技術的學習等內(nèi)容可以直接變成游戲劇本，以可視化的物品和環(huán)境放在游戲中，而將其中具有操作性的部分作為交互元素設計，例如玩家扮演免疫細胞搜索病毒和細菌，或是化身痛覺的神經(jīng)沖動在錯綜復雜的神經(jīng)傳導通路中尋找出路。這樣一來就實現(xiàn)了將教育和知識灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蛲娣?，將知識獲取這一外部動機轉(zhuǎn)化為在游戲中交互游玩的內(nèi)部動機，如圖2[18]。

除此之外，G4H相比于其他教育模式的優(yōu)越性體現(xiàn)在游戲設計對學習四大支柱的影響：注意力、主動學習、反饋以及鞏固[19]。首先G4H的游戲內(nèi)容必須簡明易懂，還需要有足夠吸引人的美術和音樂，以及合適的游戲難度來保持玩家的注意力；其次，一個足夠有樂趣的交互模式能讓玩家主動進行學習(例如以射擊或競速的玩法體現(xiàn)生理病理過程)，同時提供聲光效果、虛擬獎勵以及劇情推進的足量反饋；最后在游戲中設計難度和挑戰(zhàn)進階的關卡，幫助玩家鞏固之前學習的效果并嘗試更復雜的內(nèi)容，實現(xiàn)學習的鞏固。

2.2 間接干預行為的G4H

對行為進行間接干預的G4H在近年來受到了越來越多的重視，通過游戲的方式影響患者面對某種疾病和行為的態(tài)度，也是一種非常有效且富有針對性的方法。其適用情形一般包括如下情況：體力活動水平低下所導致的各類慢性疾病(如肥胖、高血壓等)、作為疾病危險因素的各類不良生活習慣(如酗酒、吸煙等)、認知水平低下或不足所致的對自我或他人健康造成威脅的行為(酒后駕車、校園霸凌、種族歧視)、以及其他可以通過激勵、告誡、規(guī)勸、提高認知水平等間接方式干預行為的健康問題。

G4H對行為進行間接干預的方法非常豐富，不過其實現(xiàn)干預效果的基本原理依舊是來源于經(jīng)典的臨床相關學說，也就是社會認知理論[12](social cognitive theory)。該理論認為，間接影響個人行為的決定因素有四個類型，分別是注意(attention)、記憶(retention)、創(chuàng)造力(production)以及動機(motivation)。因此對于間接干預行為的G4H而言，其對游戲內(nèi)容的設計需要在這四個方面嘗試對患者的行為產(chǎn)生影響。

首先，引起用戶對需要干預行為的注意十分重要[20]，一個設計精良有趣的游戲系統(tǒng)本身是一切的開始。游戲的劇本要和所干預的行為形成聯(lián)系，例如將體力活動水平聯(lián)系到探險旅程，將醉酒駕駛的行為聯(lián)系到令人戰(zhàn)栗的交通事故。其次，游戲的玩法交互需要反應玩家采取不同的行為所造成的影響，例如在游戲中多進行鍛煉就能夠獲得更高的角色能力、開車前飲酒則會增加玩家駕駛的難度等。其次，在游玩過程中所產(chǎn)生的情緒將會影響玩家對于某種行為的記憶[21]，較為積極的反饋(例如獎勵或故事劇情推動)所聯(lián)系的行為能夠讓玩家更深刻地保持印象，而那些與負面反饋(例如游戲角色受傷或是劇情懲罰)所聯(lián)系的行為則更容易讓玩家移開注意力并刻意忽略。對游戲劇情和反饋的設計將會進一步強化玩家認識并記憶那些需要干預的行為。

除此之外，玩家在游戲中所進行的交互過程會逐步增強玩家對G4H所要干預行為的了解程度[12]，而在此基礎上游戲環(huán)境進行不斷地調(diào)整也會間接地影響玩家對于行為干預的態(tài)度。最后，進行游玩的經(jīng)歷將最終為推動玩家在現(xiàn)實生活中執(zhí)行所需要的行為提供內(nèi)在動機[22,23]，最簡單的將外部動機轉(zhuǎn)化為內(nèi)部動機的方法就是把游戲的獎勵和收益系統(tǒng)同玩家的行為進行掛鉤，例如打卡每天的運動可以獲得虛擬金幣和排行榜的提升等機制，這是促使玩家在現(xiàn)實中采取積極行為和行為改善的最簡單和直接的途徑。

2.3 直接干預行為的G4H

目前G4H已經(jīng)可以實現(xiàn)的行為直接干預主要分為兩個方面，一是認知功能的治療和訓練，二是運動功能的治療和訓練。這兩種健康問題及其治療方式依賴患者和治療人員的主動交互，而電子游戲則能進一步完善相關治療所需的交互類型，并且輕松容納大量的治療與練習方案供醫(yī)務人員和患者進行選擇。

G4H對于認知能力的干預有著天然的優(yōu)勢，單單依靠鼠標鍵盤的輸入和屏幕的視覺反饋就能夠?qū)崿F(xiàn)對一大部分認知能力訓練的要求。包括手眼協(xié)調(diào)[24]、空間視覺注意力[24]、視覺預測和搜索能力、視覺系統(tǒng)的感知能力[25]在內(nèi)的各類認知功能，都可以被直接轉(zhuǎn)化為游戲玩法并應用在G4H的設計之中。因此，在G4H的設計中，需要了解患者所需干預的認知能力類型[16]，并依照特定的認知能力為此設計針對性的訓練與游玩方式。而在患者進行游戲體驗過后，則需進一步評估G4H對認知功能具體的影響療效[16]：通過對應的臨床測試指標或量表系統(tǒng)分析患者在認知能力上的改善程度。

除了對認知功能進行直接訓練的G4H之外，另一種應用更為廣泛且為大眾所熟知的便是針對運動能力進行直接干預的G4H類型。這類游戲往往以體感操控為最主要的交互方式[26]：其通過紅外線成像鏡頭，VR或體感游戲設備(例如PS Move，HTC Vive，Xbox Kinetic)等動作捕捉設備。將肢體活動進行采集并應用于游戲交互中，這使得臨床治療所需要的運動類型、強度和時間都可直接設計為游戲內(nèi)部的玩法要素[27]，例如通過體感動作操控虛擬戰(zhàn)機進行卷軸射擊，以練習患者神經(jīng)肌肉動作控制的準確性；通過體感動作匹配游戲內(nèi)人物的動作來幫助患者學習運動動作，并設置難度挑戰(zhàn)；抑或是以游戲劇情的進展和角色能力的養(yǎng)成來幫助患者設定運動時間和頻率目標。

對于運動功能的G4H開發(fā)，首先需要確定G4H干預的運動類型[28]，例如腦血管意外后的患者面臨著單側(cè)肢體的運動和感覺障礙，因此其需要恢復最基礎的肢體活動能力并抵抗異常肌張力帶來的困難；腦癱患兒的運動康復則更加關注患者肢體運動的協(xié)調(diào)和平衡能力等。其次，開發(fā)者需要將干預運動的各種要素轉(zhuǎn)為游戲玩法[28]，并對影響運動練習的各種要素也加入游戲設計以指導玩家進行合理的運動訓練。例如參考運動處方(exercise prescription)來規(guī)定運動的類型、運動的強度、運動的時間以及運動的頻率，將上述評價指標同游戲的挑戰(zhàn)難度、評分方式與獎勵機制聯(lián)系在一起，引導患者進行正確的運動練習，并在患者獲得足夠進步的同時設置進階挑戰(zhàn)[28]。

3 G4H的應用與研究進展

3.1 在教育和認知領域的應用

G4H目前最為廣泛的應用領域就是教育和認知訓練，其中教育應用既包括對患者進行的健康相關教育，也有針對衛(wèi)生從業(yè)人員自身進行專業(yè)教育的案例。Agudelo-Londono等[29]研究設計了一款名為CODIFICO的教育類型嚴肅游戲，其目的是幫助大學本科醫(yī)學生學習ICD-10診斷標準的相關內(nèi)容。研究招募的61名學生在進過一周的游戲?qū)W習之后，其針對診斷知識的掌握相比對照組獲得了顯著提升。Chee等[30]研究納入了46名一線護士，實驗組的護士首先學習一款針對吸入器操作設計的嚴肅游戲，并通過該游戲繼續(xù)向患者進行培訓，對照組則采用傳統(tǒng)的臨床一對一口頭教學方式，研究結(jié)果顯示實驗組有效操作的比例明顯高于于對照組，且實驗組護士對教學所產(chǎn)生的自我效能評分也出現(xiàn)了明顯提升。

在教育領域最著名的G4H項目之一就是CliniPup(見圖3)，由Verschueren等[31]研發(fā)，這款游戲應用于腫瘤患兒的圍手術期以降低其對疼痛和疾病的焦慮狀態(tài)。該研究驗證了CliniPup的實用效果，將參與各種日間手術的患兒分為使用G4H的實驗組、使用普通游戲(無教育內(nèi)容)的安慰劑組及只接受口頭教育的對照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在術前1周進行G4H游玩的患者圍手術期焦慮顯著下降[31]。

除了直接教育之外，G4H對于行為和認知的干預案例也越來越多。Holzmann等[32]在德國巴伐利亞的兩所中學通過G4H的方式嘗試對青少年學生進行營養(yǎng)知識和預防肥胖的相關教育。試驗設計了一款名為“健康-食物-樂趣”(Fit-Food-Fun)的小游戲，并邀請學生連續(xù)參與3天、每天15分鐘的游戲環(huán)節(jié)，在進行G4H干預之后，實驗組對營養(yǎng)知識和健康相關的認知水平出現(xiàn)了顯著提升，且幅度遠高于普通課堂教育的對照組[32]。

3.2 在動作學習與康復訓練領域的應用

腦血管意外患者的康復訓練是目前直接訓練類G4H應用最為廣泛的領域之一，通過體感手柄和VR眼鏡所進行并指導的患者動作練習已成為各大醫(yī)院作業(yè)治療科室的主流項目之一。Kim等[33]對24名不同程度功能水平的腦卒中患者進行了VR游戲訓練干預，其在12周的連續(xù)練習之后，實驗組的患者通過G4H獲得了ADL評分的顯著提升。

對于神經(jīng)肌肉功能失調(diào)類型的問題，如患有腦性癱瘓的患兒也是接受G4H訓練的理想對象之一。Dehem等[34]發(fā)起了一項名為ROBiGAME的G4H項目，分析了G4H開發(fā)所需的游戲內(nèi)交互特征(例如目標速度位置，訓練設備所需提供的阻力或助力水平等)和腦癱患兒相關生物力學特點(受累上肢活動范圍，肌肉收縮模式以及肌力等)的相關性。該試驗以患兒嘗試完成一系列定點位置拿取和放置物品作為基本動作模式，通過安裝有力學傳感器和加速度計的上肢外骨骼機器人，對腦癱患兒的上肢三軸向運動范圍、肌肉等長/等速收縮力量等指標進行采集。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患兒上肢活動范圍與等長收縮力量和臨床相關評分呈高度相關，并建立了患兒完成定點物品拿放的三軸向運動及其相關的肌肉收縮類型的動作模型。研究者認為，未來針對腦癱患兒所進行的運動訓練G4H開發(fā)，可以參考其得出的運動學規(guī)律進行針對性的動作設計。

在臨床干預以外，針對普通大眾健康健身的需求所開發(fā)的運動訓練類G4H也是具有良好的前景。Monedero等[35]研究對比了采用傳統(tǒng)健身訓練和使用運動型G4H之間，對普通人群達到鍛煉效果的差異。試驗將受試者分為自我選擇鍛煉強度組、中等強度訓練組、娛樂主題體感游戲組以及健身主題體感游戲組，結(jié)果顯示娛樂型游戲未能達到足夠高的耗能水平，但是健身型G4H的生理反應和傳統(tǒng)運動練習之間沒有顯著差異，并且G4H訓練在心理愉悅程度的相關評分中占據(jù)了絕對優(yōu)勢。因此研究者認為，相比于進行艱難且重復性的傳統(tǒng)訓練，游玩合適強度的G4H作為鍛煉是普通人群和年輕人的最佳選擇。

4 G4H未來的發(fā)展方向

4.1 更多循證醫(yī)學的證據(jù)支持

基于現(xiàn)有的臨床診療方法作為游戲玩法的G4H，雖然在理論和邏輯上有著十分積極的治療效果和預期，但是這些G4H對不同人群，不同疾病的患者以及不同的使用方式所帶來的真正效果依舊需要大樣本高質(zhì)量的臨床隨機對照試驗(randomized controlled trial，RCT)提供證據(jù)支持。只有某種類型的G4H療效獲得了足夠的驗證，那么其才有機會被廣泛應用在這一類疾病或人群的行為干預和臨床治療之中。

Kharrazi等[36]一項針對G4H發(fā)展現(xiàn)狀的系統(tǒng)綜述中提出，現(xiàn)有的G4H對于部分疾病和健康問題的行為干預確實具有積極作用，但是目前的研究普遍受限于受試對象的數(shù)量相對不足，進行游戲干預和測試時間不夠長，以及缺乏評價G4H干預效果和游戲質(zhì)量的“金標準”，這些問題都是制約G4H獲得高質(zhì)量研究證據(jù)的關鍵。

Lopes等[37]于一項針對腦血管意外的系統(tǒng)綜述中指出，在不同研究中G4H所帶來的影響是多樣性的，既包括對肢體運動功能以及體力活動的促進作用，也有著影響效果不夠顯著，療效難以同傳統(tǒng)治療相匹敵的種種問題。研究者認為G4H對于中風患者的康復依舊具有積極意義，在改善中風患者的治療意愿和信心方面有著一般家庭治療所無法企及的優(yōu)勢。

雖然G4H應用的頻率和范圍正在逐年增加，但是其依舊主要作為傳統(tǒng)臨床治療的補充療法而很少獨立進行[1,7,18]。盡管G4H對各種疾病和健康問題的干預效果得到了初步的肯定，但是依舊需要進一步的研究來獲得足夠的證據(jù)，讓臨床醫(yī)生和患者接受G4H的治療干預方式。

4.2 從臨床的角度優(yōu)化游戲設計

國際數(shù)字媒體和兒童發(fā)展研究所的G4H工作組(Institute of Digital Media and Child Development Working Group on Games for Health)強調(diào)，未來G4H的相關研究和開發(fā)應當考慮到對各種疾病和行為干預手段進行足夠數(shù)量的RCT研究，以確立G4H在行為干預和療效表現(xiàn)上的有效性，并幫助發(fā)掘和完善G4H如何影響患者行為的機制原理[1]。另外，Drummond等[18]指出，設計者需要考慮為不同年齡和發(fā)展階段的患者設計針對性的G4H干預計劃，例如面向兒童、青少年、成年人以及中老年人應當開發(fā)不同類型和難度的游戲內(nèi)容。

除此之外，Kharrazi等[36]認為，G4H還應當為不同環(huán)境和文化背景下的患者進行針對性開發(fā)，例如學校環(huán)境、物理治療診所、醫(yī)院病房或是健身中心，G4H的游戲玩法應當考慮和環(huán)境進行充分互動以增加治療效果，同時在游戲設計中采用更加先進的技術以改進交互模式，例如使用體感設備和VR系統(tǒng)能夠更加精確和方便地采集患者動作信息并依此進行游戲交互設計。同時，F(xiàn)issler等[16]強調(diào)，后續(xù)研究應進一步關注G4H對患者神經(jīng)系統(tǒng)的影響，了解不同程度的游戲元素和交互內(nèi)容對患者的認知和運動能力產(chǎn)生了多大的影響，依此來確定對患者堅持進行游戲并獲得成效的關鍵內(nèi)容，而剔除對治療結(jié)果影響不大的冗余內(nèi)容，以降低游戲開發(fā)成本并縮小游戲體量。

5 小論

將電子游戲與醫(yī)療和教育實踐相結(jié)合已經(jīng)在國內(nèi)外有著一定范圍的開展和應用。以G4H為代表的嚴肅游戲已經(jīng)向臨床醫(yī)生、患者以及社會展示出了較為顯著的積極作用。但是目前G4H依舊面臨技術水平相對有限、臨床療效和教育效果尚待進一步研究確認、潛在的游戲成癮以及患者隱私泄露等問題。因此目前的G4H需要進一步優(yōu)化游戲設計，將游戲玩法與教育和醫(yī)療實踐結(jié)合的更加緊密，通過更加充分嚴謹?shù)呐R床研究證實其在醫(yī)療和教育領域應用的效果。